抗滑桩对滑带土受力影响研究

麦合木提江·米吉提

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000)

1 概 述

水文地质条件复杂时，给边坡的稳定性带来极大影响。为此，长期有水环境的边坡需要进行适当加固。而桩基尤其是混凝土桩在边坡加固中的应用极为普遍，由桩基加固后的边坡往往能够在长期有水环境下保持稳定存在。针对桩基加固边坡的支护方式，许多学者对此开展了研究。

李兵等[1]为了使矩形截面桩在长期有水存在的复杂地质环境条件下高效施工，提出采用机械施工替代人工方法进行以矩形截面抗滑桩方式的边坡加固建造，并利用汶马高速公路沿道路边的某典型滑坡工点，对加固后的边坡岩土体受力、变形及矩形截面抗滑桩的受力、变形进行了分析。研究结果表明，经过加固后，岩土体结构的安全系数大，岩土体结构的整体抗变形刚度明显改善，结构内力较未加固时更加均匀。

郭涛等[2]针对降雨作用下残坡积土体抗剪强度降低、力学性质劣化的问题进行了研究。研究结果表明，随着降雨持续进行，土体饱和度会不断增大，土体的滑动变形位移增大，对抗滑桩桩身结构的强度提出了更高的要求。

闫玉平等[3]为了能够同时求解坡体推力和其分布形式，开创式地使用斜条分法对滑带土体进行划分计算。计算结果表明，单就坡体推力而言，土体中位于双排桩前排桩基后侧的土体受力，后排桩前侧的土体受力值小8.6%～10.6%；本文方法获得的结果有着更高的安全系数。

张国龙等[4]研究了山区高填方工程的服役性问题。研究结果表明，对整个施工单位的填筑施工阶段的土体进行变形监测有助于竣工后运营阶段的稳定性判断，使工程在服役期内更加安全可靠。

李华勇等[5]针对软弱夹层岩土体环境边坡工程下的深基坑边坡工程，通过建立强度折减法分析概化模型，研究了此类地质条件下的边坡稳定性。研究结果表明，软弱夹层带的存在使得抗滑桩剪力作用方向在遇到软弱夹层时发生反转，抗滑桩弯矩也在抗滑桩遇到软弱夹层位置处达到最大值。

刘耿仁等[6]针对锚索抗滑桩失效改善问题进行了深入研究。研究结果表明，通过增强锚索拉力，增加锚固长度，能够使边坡有足够的安全储备，同时能够使抗滑桩承载力满足设计规范要求。

石胜伟等[7]主要对大变形条件下抗滑桩工程修复问题进行了研究。研究结果表明，预应力锚索是一种十分有效的修复方法，应在大变形桩基加固边坡工程中广泛使用，且预应力施加大小的设置应进行准确可靠的计算。

谢明星等[8]通过对实际工程进行建立模型的数值计算分析，建立并验证确定了所提出的用于支挡结构联合形式的稳定系数计算公式，并通过该公式进行了桩身的受力和变形分析研究。研究结果表明，截面尺寸、桩间距对结构的变形参数、受力参数及边坡整体的稳定性影响程度不同。

刘昌清等[9]通过室内的振动台来模拟实际的地震作用，模拟剪切波作用下的地震动力条件，进而对某铁路路堑边坡进行了室内试验的加固措施研究。结果表明，双排桩加固方式的受力和变形明显优于单排桩。

向俐蓉等[10]针对大型滑坡大体积方量的特点进行了抗滑桩-桩板加固形式下的受力变形分析。分析表明，抗滑桩-桩板结构加固方式受力及变形合理，可作为大型滑坡有效加固方式。

以上研究成果均未涉及长期有水存在条件下的边坡工程稳定性问题。基于此，本文针对长期有水存在的地质水文条件下的边坡加固后、边坡内土体的受力变化特征开展分析研究，结合某实际工点边坡，通过Geo-studio软件进行建模分析。

2 工程概况

该实体边坡位于我国新疆地区，边坡横剖面见图1。构成边坡的各层材料主要有最下层的沉积砂岩层，强度相对较大，属硬岩；中间夹有一薄层的软质泥岩，属软岩；最上层为表层风化残积土层，易于发生失稳破坏。各层材料的相关岩体和边坡工程的物理力学参数见表1。

图1 边坡横剖面图

表1 岩土体物理力学参数

3 数值模拟

3.1 模型的建立

在Geostudio软件的slope模块构建实体边坡轮廓中，主要按照实际的边坡剖面进行建模，同时划分好各层土体的轮廓，然后根据表1中的材料参数对各层的岩土体特征参数进行设置。

根据设计方案，该边坡计划采用多排桩加固的方式进行加固支护，桩基设置方法见图2。桩基主要通过机械施工方法向下深打，需打入强度较高的沉积砂岩中深达3 m；固定端承载变形的摩尔库伦模式，实际的桩基材料设置和桩长均按照该设计要求进行，桩的强度为600 kPa，桩排距为2.3 m，桩间距为2.4 m，采用T形截面桩，桩的截面自身惯性矩(IY和IZ)为7.89×103m4，设计安全系数为1.5，设计的有效剪切力为其自身强度的75%。

图2 边坡数值计算模型

3.2 土条应力及强度

数值计算结果图见图3。土条与滑动面间总的法向作用力随着土条号的变化过程见图4。

图3 数值模拟结果图

图4 土条基底总正应力随土条号变化图

由图3所示的数值模拟结果图的滑面位置可知，经过抗滑桩桩基的加固后，边坡稳定性良好。只有靠近露头表层部位的土体有失稳风险，但该失稳风险较小,说明桩基设计加固方案合理高效，加固效果明显，起到了很好的作用，设计桩的强度能够满足加固土体的强度要求。因此，该方案适宜对该类型边坡进行有效加固。

由图4所示土条与滑面之间总的正应力大小随着土条号(X坐标值)的变化趋势可知，土条与滑面之间总的正应力先缓慢增大至第一个极大值28 kPa后缓慢减小，在土条号11处有一个向下的突变，且达到一个最小的负值-17 kPa，说明此时土条与滑面直接的力变为拉应力。但是，很快曲线有突变上升，说明土条受拉向外的运动趋势受到两侧土体的有效控制和约束。随后，土条与滑面之间总的正应力又逐渐增大至另一个最大值126 kPa。在上升变化过程中，有个别土条的值发生波动，但是总体趋势并未变化，且曲线上升的斜率逐渐增大，在土条号25处达到最大的值，即前面提及的126 kPa，随后曲线又以一较大斜率减小。

图5为土条抗剪强度随着土条号(X坐标值)的变化趋势。

图5 土条基底抗剪强度随土条号变化图

由图5可知，土条抗剪强度先缓慢增大至第一个极大值16 kPa后缓慢减小，在土条号11处有一个向下的突变，且达到一个最小的负值-9 kPa。随后，土条抗剪强度又逐渐增大至另一个最大值41 kPa，达到最大值后，曲线又以一较大斜率减小。

4 结 论

1)经过抗滑桩桩基的加固后，边坡稳定性良好，说明桩基设计加固方案合理高效，加固效果明显，起到了很好的加固作用。

2)土条与滑面之间总的正应力大小随着土条号增大，先缓慢增大至第一个极大值后，在土条号11处有一个向下的突变；而后又向上增大至另一最大值后，又向下变小。

3)土条抗剪强度随着土条号(X坐标值)先缓慢增大，在11号土条处向下突变；随后，又逐渐增大至41 kPa后，曲线又以一较大斜率减小。