场地桩基施工对边坡稳定性的影响分析

2022-04-16齐权李铭杰夏彤

科技创新导报 2022年25期

齐权李铭杰夏彤

（江苏省淮沭新河管理处江苏淮安 223005）

工程施工中，场地桩基施工是基础部分，能够影响到后续的所有工程质量，边坡稳定性就是其中一种。边坡的稳定性是满足后续工程建设的基本要求，实现对工程质量的保障。因此，探寻场地桩基施工对边坡稳定性的影响，需要从桩基施工各方面出发，保证边坡稳定性能够达到实际要求。

1 场地桩基施工对边坡稳定性的影响分析方法

1.1 定性分析法

定性分析法是在实际的施工前对各种可能影响到边坡稳定性的因素进行勘察与分析，一般会涉及地质条件、气候条件、现场环境等，桩基施工也是其中一种。定性分析法中还包括以下几种分析方法。

第一种是图解分析法。图解分析法会根据投影原理，在实际的岩土层中分析出相应的空间剖面与排列组合，依据这些图像信息来对边坡稳定性进行分析，还能够通过对岩土层的标识获取相应的安全参数，从而对边坡的坡度、结构面、坡角、坡高等方面的参数进行计算，能够比较直观地计算出边坡的精准数据，有利于在场地桩基施工时依据数据来调整施工情况［1］。

第二种方法是工程类比法。该类方法的重心是对过往的典型相似工程的参数与施工方法进行参考与借鉴，从而对现有的边坡稳定性做出调整。工程类比法只能借鉴相应的工程的经验与数据，并不能直接将相应的数据和现有的工程画上等号。该种方法只对中小型工程有效果，且评价结果比较单一。

第三种方法是自然历史分析方法。这种方法一般用于边坡稳定性的自然影响因素的分析方面，且对于场地桩基施工方面的研究与分析也有着一定的帮助。通过边坡的形变及破坏的演变过程，相关人员能够分析出边坡稳定性的影响因素，根据这部分影响因素，能够将其与场地桩基施工的各类因素结合在一起，从而起到对边坡稳定性的改善［2］。

1.2 定量分析法

定量分析法涉及对固定数值的计算与分析。

其中，极限平衡法是最早的方法，其能够计算出边坡稳定性的系数，通过稳定性系数，就可以对场地桩基施工对边坡稳定性的影响因素开展分析，并调整相应的场地桩基施工因素。极限平衡法在现今对于边坡的稳定性方面的计算依然起到重要作用。

定量分析方法是数值分析法，这类方法中包含了许多的数值分析方法，包括离散元法、有限元法、运动元法等，这些方法都能对边坡施工时的各类影响数值进行模拟与计算，从而得出边坡的稳定性系数，对于后续的场地桩基施工调整具有数据意义，其中，有限元法使用相对广泛。

强度折减法是在1974年提出的一种定量分析法，其对于数值的计算过程比较复杂，所以在应用范围方面较小。其在计算数值方面要求相对较高，对于部分特定的施工现场情况来说具有比较适配的特点，能够适应其边坡稳定性的计算与测定，为场地桩基施工提供数据支撑。

1.3 非确定分析法

非确定分析法的种类较多，大多都是现今的技术支撑下的计算方法。

第一种非确定分析法是可靠性分析法。由于在施工过程中会产生多种随机的对于边坡稳定性的影响因素，其中有关场地施工的因素也很多，且大多并不可控。因此，可靠性分析法通过对各类边坡稳定性的影响因素进行概率的测算与排列，确认出其中能够对边坡稳定性造成最大影响的因素，依据发生概率及对边坡稳定性造成的破坏程度，就能锁定影响因素。

第二种是人工神经网络方法。其能够模仿人脑的思维与处理信息的方式，对岩土层及边坡稳定性的影响因素进行无模型的线性分析，通过对边坡数据的线性分析，就能够解决工程中的非线性问题。

第三种是灰色系统评论法。这种方法是依据朦胧理论对边坡稳定性中确定与不确定的影响因素进行分析与确认，通过已知的信息，对各类未知不确定的信息因素进行计算与预测，由此来判断边坡的稳定程度。

第四种是模糊分级方法。这种方法能够对边坡稳定性的影响因素进行分析，并对已知的影响因素进行赋值，建立边坡模型，以此来判断边坡的稳定程度。

第五种是模型搜索法。其会假设一个圆中心点，并以一定的步长对周围半径范围内的所有边坡的安全系数进行测算，得出其中的各个点位的安全系数，之后挑选出安全系数最小的一个点，再次重复该步骤，直到安全系数不再发生变化为止。

2 边坡稳定性的场地桩基施工影响分析

2.1 建筑荷载

桩基的施工影响到后续所有工程的进程及建筑物的最终质量，建筑荷载就是桩基在施工过程中对后续工程的影响结果之一，其能够对边坡的稳定性产生较大影响。在相应模型建立中，假设边坡的荷载为300～1300kN，压板的面积为0.07m2，且边坡的剖面长84m，高29m，在该边坡及建筑中，想要分析建筑荷载对于边坡稳定性的影响，可以从自然条件、条形基础及桩基础几个方面对边坡稳定性进行分析［3］。在自然条件下，对于边坡稳定性的影响最大的是人为的破坏，通过建设岩土层在自然条件下的应力土层，能够得知边坡稳定性。在自然重力的作用下，边坡随着深度的增加，竖向应力会不断地增大，从而导致边坡的形状位置发生改变，由于切应力与拉应力之间的互相转换，会造成边坡的区域坡角部分出现拉应力破坏带，不利于边坡的稳定。

在条形基础上，依据边坡模型中的建筑荷载变量，可知建筑荷载一直在300～1300kN 之间变化。在条形基础下，边坡的应力也会随着建筑荷载的变化发生改变，其中，随着深度的不断加大，边坡的中部应力相对稳定，两边的应力减小。但是，在坡顶荷载从300kN开始递增时，边坡整体的应力发生偏移，导致其容易发生扭曲，整体的边坡稳定性趋于危险。

在桩基础条件下，将深度划分为6m、8m、10m，对比3 种不同深度的情况下，根据桩基础条件的边坡在建筑荷载从300～1300kN之间的应力变化，从而得知边坡的稳定性情况。在深度为6m 时，边坡的稳定性减小，主应力发生变化，边坡的坡顶应力增大，中部应力减小。随着坡顶的应力逐渐加大，边坡开始不稳定。在桩基的深度为8m 时，坡脚的应力增大，会导致边坡的两侧应力轨迹发生偏移，坡顶应力逐渐增大。在桩基的深度为10m时，随着荷载的逐渐增大，桩基顶部的应力也随之增大，边坡坡脚处出现应力集中，坡顶的应力增大，整体的边坡稳定性不佳。但是，在整体的过程中，桩基的埋深越大，边坡的坡顶的应力就越少，对于建筑荷载的能力也就越强。为了保证边坡的稳定性，可以在场地桩基施工方面合理地加深桩基的埋深度，提升边坡的稳定性。

2.2 冲孔灌注桩

冲孔灌注桩是场地桩基施工过程中比较常见的一种桩基施工方式，其采用冲击钻机或者卷扬机带动冲击钻头在一定高度下落，利用其冲击力进行打桩，让桩孔为规则的圆形断面。在边坡稳定性的影响方面，冲孔灌注桩这种场地桩基施工技术的影响程度需要通过测量来确认。将边坡的条件设置为南侧高51m，边坡坡顶标高117m，坡率为1∶1.75～1∶2.0，冲孔灌注桩采用的是嵌岩桩为桩基，冲击钻头的重量约为3000kg。在实际的观测过程中，要将冲击灌注桩的冲击点选择在距离坡顶10m、24m的部位，由此来观察冲击灌注桩对边坡的稳定性的影响程度。通过观察，冲孔灌注桩在冲孔0.5s后的边坡最大振动检测数值为0.9mm/s，竖向水平振动数值也仅为5mm/s。通过对冲孔灌注桩对边坡振动数值的影响进行测量，能够发现各个点位的振动数值一直在5mm/s 以下，不会给边坡稳定性造成较大的不良影响［4］。

2.3 桩基托梁挡土墙

桩基托梁挡土墙对于边坡稳定性来说能够起到重要作用，在边坡的支撑作用方面能够起到较好的作用。在现阶段，由于边坡的稳定性不足，很容易引起部分地质灾害，会影响到人民的生命和财产安全，因此，需要设计相关的桩基托梁挡土墙，对边坡的稳定性起到一定的支持作用。在桩基托梁挡土墙的建造方面，需要最先打好支护桩基，确认其能够与边坡的具体情况起到相互连接的作用，之后，在桩基的基础上，对桩基托梁挡土墙进行挖孔与护壁的工程。在桩基托梁挡土墙中，主要的墙体结构采用的是钢筋混凝土的材料，其中，一般采用扶壁式的托梁挡土墙，使用C30的混凝土为原材料浇筑。在施工时，还会对桩间土进行C20 混凝土的喷洒，确保混凝土能够与桩间紧密联合，厚度约为10cm，能够起到良好的支撑作用，保证桩基托梁挡土墙的稳定性与结构可靠性［5］。在建造托梁挡土墙完成后，需要将其与边坡进行联合，起到对边坡的支撑作用。当桩基托梁挡土墙的压实度超过0.8之后，就要对桩基托梁挡土墙采用静压注浆技术作为加固处理，保证桩基托梁挡土墙的强度进一步加强。在完成对边坡的支护之后，需要对其中的桩基托梁挡土墙及对边坡的支护程度进行观察。在大部分的桩基托梁挡土墙的支护过程中，边坡并没有出现相关的沉陷与位移，稳定性一直保持在较好的范围，能够满足对边坡的稳定性的保护作用。

2.4 桩径的影响

桩径在桩基的应力与变化方面具有重要的作用，在桩径的变化过程中，会对自由段的长度一起发生变化，其中，随着桩径的数值不断地增长，相应的自由段的数值也会随之增加。但是，在荷载临界数值方面，相应的数值会随着桩径的长度不断变化而随之降低，并且降低的速度会随着桩径的数值增长而越发加快。可以将桩径的长度取0.5 倍、1 倍、1.5 倍、2 倍、2.5 倍，将临界荷载值代入到相应的桩径数值的变化中，能够得出其中对于桩基的影响数值，从而根据该数值确定能够起到最稳定作用的桩径数值，在相应的边坡稳定性的保证中，就能够采用该桩径数值，使边坡的稳定性得到保障。

2.5 桩体嵌固深度

桩体的嵌固深度与自由段长度及临界荷载值有关系，其中，在桩体的嵌固深度增长时，相应的自由段长度会减小，嵌固段长度会增加。当嵌固段长度达到4m时，桩基的应力点会转移到自由段上，此时的稳定程度不高，很容易发生位置的偏移。随着桩体嵌固深度的增长，当桩体嵌固深度达到15m时，桩基的整体达到稳定。想要细致地了解桩体嵌固深度与桩基临界荷载值之间的关系，就需要对其做定量分析。将桩体的嵌固深度在0～16m 之间逐渐增长，增长速度以4m 为区间。经过观察与计算发现，桩体的嵌固深度增长时，相应的临界荷载值会逐渐下降，桩体嵌固深度与临界荷载值呈现反比例关系［6］。但是，当桩体嵌固深度到达16m时，对于临界荷载值的影响微乎其微。因此，在桩体的嵌固深度在0～16m 的范围中时，能够降低边坡的荷载值，提升边坡的稳定性。

2.6 地基横坡

地基横坡对于边坡的影响主要在于其坡度大小的影响，在类似于路堤的边坡建造时，需要考虑到其对应的桩基的坡度建造，其中，要设置好边坡模型，并且将相应的地基横坡的比例进行分别运算，分别为1∶3、1∶3.5、1∶4、1∶4.5。在对其进行计算的过程中，能够发现其中的地基横坡越陡，边坡的稳定性就会逐渐下降，因此，想要保证边坡的稳定性，就要减少地基横坡的陡峭程度。可以在桩基施工后对地基部分进行弱质土的挖除，使用强度更大的材料进行回填，保证地基的强度。在边坡的整体稳定性方面，通过对具体的数值的计算，能够得出最适合的边坡稳定性的比例，约为1∶5.5，在这种地基横坡的坡度比例下，能够最大限度地保证边坡的稳定性。

2.7 桩基设计方案

在边坡的稳定性方面，桩基的各个方面都能够起到重要的影响作用，但在总体的设计方面，对于桩基及边坡的稳定性影响能够起到很大的作用。对于桩基的设计方案，能够决定桩基的主体规划，将人为影响边坡稳定性的因素加入到其中。因此，在实际的桩基的设计过程中，要注意对桩基各方面数据的计算与清晰标志。由于在实际的操作过程中边坡也会分为许多类型，包括路堤边坡、路基边坡等，因此，设计人员要根据不同的边坡类型设计不同的桩基、具体施工措施及施工技术，以实现桩基的各项数据都能在最大限度上保证边坡的稳定性。例如，在设计时，设计人员可以考虑边坡的排水问题，在桩基的实际施工过程中，将相关的排水设施建造好，并且在桩基建造时选取渗透性较好的材料，避免在雨水天气里边坡发生积水情况，导致滑坡现象发生，而是要保证边坡的稳定性

3 桩基施工对边坡稳定性影响的试验分析

3.1 边坡地质条件

某广场边坡位于嘉陵江岸坡，主要采用回填的方式，原本的岸坡坡度较大，且岸坡区域土层深厚，江水和拟建物的荷载会对边坡造成破坏，产生滑动或剪切等情况。边坡的土体为冲洪积黏性土和砂卵石，同时还包含一部分人工填土和粉土，各类土体的分布并不均匀，而且厚度也有很大差异。场地区域的地下水是基岩裂隙水，标高在183.09～184.33m 之间，地下水较深，与地表距离较大。在桩基施工中，主要采用了钢筋混凝土冲孔灌注抗滑桩，抗滑桩的直径为3.1m。施工期间，利用冲击钻进行钻孔，使用冲击钻时，往往会形成非常大的振动，在护臂施工中，使用泥浆，同样会影响边坡的稳定性。

3.2 振动测试

测试期间使用NUBOX-6016 测振仪和TP3V-1 型低频传感器，桩基施工的工具主要是10t 冲击钻，两次冲击的间隔时间为4s，按照15 次/min 的频率进行冲击，提锤的高度为2m。在钻孔施工中，记录钻进的深度，选几处与桩孔距离不同的地点，安装振动传感器，记录各个点位的振动波。所测抗滑桩最低处和地表的距离为36m，抗滑桩桩尖为泥岩，安排了10个测点，对20 多条振动波进行记录，得到振动速度和时间记录，绘制时程曲线，每次锤击的能量并不相同，所以各个测试点的峰值速度呈现出离散型的特征。总体来说，测试点和桩基越远，振动速度越慢，冲击钻为震源，振动波会向四周扩散，距离越远，能量密度和振幅越小。所以，边坡和桩基施工位置的距离决定了桩基施工期间边坡受到的影响，边坡和桩基中心点的距离越远，边坡越稳定。经过测试，对深度为36m 的区域进行锤击时，地表最大振动速度为2cm/s。锤击的过程中，如果所在区域靠近基岩，振动幅度较大；如果所在区域靠近软土，振动幅度较小，所以，桩基施工的场地条件也会对边坡稳定性产生影响。

《建筑工程容许振动标准》从建筑的角度进行了规定，避免打桩施工对建筑结构稳定性产生影响，但是，针对打桩施工对边坡稳定性的影响，还没有制定相应的规范，没有确切的容许振动峰值规范。为了进一步分析边坡强度的变化，继续进行静动三轴试验，在不同的动—静应力情况下，分析边坡受到的影响。

3.3 静动力三轴试验

在制备试样期间，参考粗细粒混合土抗剪强度的相关标准，如果粗颗粒含量低于70%，则细颗粒就会变成抗剪强度的主要影响因素。试验中的土样为边坡的粉质黏土，粉质黏土密度在1.83～2.02g/cm3之间，含水量在21.7%～31.3%之间，制样干密度为1.3g/cm3。运用击实法进行制备，为了加快排水固结速度，将滤纸条贴到试样上，放到三轴压力室中，增加压力，使打孔系数超过0.95。

在三轴静强度试验中，采用等压固结方式，固结压力分别设置为50kPa、100kPa、200kPa，天然密度和干密度分别为1.83g/cm3和1.3g/cm3，液限和含水量分别为28.7%和26.5%，塑性指数为12.5。试样彻底固结后，将排水的阀门关闭，调整轴向剪切速率，在操作中进行不排水剪切，试验期间记录轴向压力、变形情况和孔压数据。试验的过程中，发现偏差应力和轴向应变呈正相关的关系，应力—应变关系没有峰值，在轴向应变为15%的情况下，试样开始受到破坏。

在静动力联合作用的情况下，分析试样的剪切强度，找到边坡中的潜在滑裂面，对其进行观察。该区域的土体始终在初始固结应力和静驱动剪应力的作用下，施工会形成附加的动应力，在静应力和动应力的综合作用下，边坡土体会出现变形的情况，甚至会遭到破坏。面对不同的应力时，试样受到影响后，主要有两种状态，一种是稳定型，另一种是破坏型。当桩基钻孔施工的位置和边坡滑动面距离较远时，边坡受到的影响较小，符合强度折减原理，如果折减系数为0，说明边坡已经遭到破坏。通过试验可知，当各静动应力取不同的数值时，广场边坡的综合强度折减系数在0.7～0.8 之间。总体来说，桩基施工对边坡稳定性的影响与某些因素有关，如边坡桩基距离、土体软硬程度、锤击重量、振动深度、护臂泥浆等，为了避免边坡受到破坏，需要在桩基施工之前综合考虑各种影响因素，进行计算和监测，确保边坡稳定和安全。