竖向受荷桩与支护后的顺层岩质边坡共同作用研究

2021-12-03萧诗礼袁千城朱爱军陈权川田浩帆

水利规划与设计 2021年12期

萧诗礼，袁千城，朱爱军，陈权川，田浩帆

(1.贵州大学土木工程学院，贵州贵阳 550025；2.开阳县住房和城乡建设局，贵州贵阳 550300；3.贵阳建筑勘察设计有限公司，贵州贵阳 550009；4.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳 550081)

坡地是山区地形的一大特征[1]，充分利用坡地不仅能有效解决用地紧张问题，而且空间感十足的建筑群还能在一定程度上增加城市的美感，符合我国长期可持续发展的需要[2]，因此人们经常会在靠近边坡坡顶修建建筑物，然后把部分桩基建于靠近边坡坡顶的坡体中[3]。但随着建筑边坡桩基数量的增加及规模的扩大，工程问题频繁出现，处理不当可能导致严重的经济损失，甚至威胁人身安全、引起毁灭性的灾难。因此一些相关规范对建于边坡上的建筑桩基进行了约束[4]，即桩基穿过边坡影响范围内的岩体时[5]，往往要求在潜在滑动范围内采用桩与岩体的隔离措施，该措施只是基于定性的认识来避免桩对边坡的不利影响，而对临近边坡的桩基础在坡体内的竖向荷载传递规律的具体研究则很少。因此，研究临坡建筑桩基的荷载传递规律成为工程中迫切需要解决的问题，本文从研究建筑桩基与顺层岩质边坡[6]的共同作用出发，用FLAC3D分析了临坡建筑桩基的荷载传递规律[7-8]，对解决相关工程问题有一定的意义，也对后续相关研究有一定的参考价值。

1 研究方法

选取加固后的稳定边坡[9]，分别在距坡顶不同水平距离的3个位置修建建筑桩基，图1为沿坡面中线切片图，位于边坡中的桩基桩长为16m，桩径为1m，桩间距为7m。规定桩基从右到左依次编号为Z1、Z2、Z3。Z1距坡顶的水平距离为1.5m。在FLAC3D中分别对Z1、Z2和Z3桩顶逐级施加量级为0、2000、4000、6000kN的竖向荷载，研究建筑桩基竖向荷载增加对支护结构受力的变化规律。

图1 桩基布置图

2 支护结构对桩基荷载增加的响应情况

为了研究桩基竖向荷载增加时，支护结构受力的响应情况，选取Z1计算结果对锚索轴力和格构梁所受剪力的大小展开分析，如图2—3所示。

从图2可以明显看出，锚索锚固段和自由段轴力大小差异较大，自由段轴力明显大于锚固段轴力，4排锚索从上往下轴力呈递增趋势，说明第3、4排锚索受力较大，与边坡作用明显，随着荷载的增加，锚索轴力随之增大。

图2 锚索轴力云图

从图3可以看出，格构梁在坡脚往上第1个层面附近所受剪力最大，说明该位置边坡对格构梁的剪切作用明显，而在坡顶附近剪力很小，随着桩顶荷载的增加，格构梁所受剪力也随之增大。

图3 格构梁剪力云图

3 不同位置桩基竖向荷载增加对锚索轴力的影响

锚索轴力的变化能较为直观地反映出桩基与边坡的相互作用。为了研究不同位置桩基竖向荷载增加对锚索轴力的影响，从4排锚索中分别选取1根锚索观察其轴力大小随荷载增加的变化情况，绘制锚索轴力变化曲线如图4—6所示，并得出荷载从0kN增加到6000kN时各锚索自由段轴力的增长率，见表1—3。结合计算所得图表进行分析。

(1)Z1计算结果分析

从图4和表1可以看出，4排锚索轴力均随Z1竖向荷载的增加而增加，第3、4排锚索增加较为明显，同一荷载条件下，锚索距离坡脚越近，轴力越大。桩基荷载从0kN增加到6000kN时，第1、2排锚索自由段轴力增长率较低，分别为18.7%和18.2%，而第3、4排增长率相对较高，分别为19.9%和19.3%，说明坡体下部与锚索作用相对显著。