李智韜
【摘 要】為了研究抗滑樁在滑坡加固中的應用,本文以實際邊坡模型為研究對象開展了相關(guān)研究,基于數(shù)值模擬軟件分析了錨索抗滑樁加固邊坡的作用效果,研究結(jié)果表明:在路堤修筑成形后滑坡斷面的安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求的最低值,進行加固后滑坡斷面的安全系數(shù)值有明顯的提高,并有一定的安全儲備;抗滑樁內(nèi)力以及錨索軸力分析結(jié)果來看,加固方案充分發(fā)揮了加固作用,方案合理可行,能夠滿足路堤的長期穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】抗滑樁;滑坡;穩(wěn)定性;加固
0 引言
隨著我國交通建設的迅速發(fā)展,建設的區(qū)域逐漸向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移,然而,中西部地區(qū)多屬于山區(qū),地質(zhì)條件復雜,山高坡陡,在公路、鐵路的修建過程中將不可避免的對其進行開挖與填方,因此,大量的邊坡工程也隨之產(chǎn)生,邊坡的穩(wěn)定與否直接影響公路、鐵路在修建過程中以及運營階段的安全性,若邊坡穩(wěn)定性不足,將直接對人們的生命、財產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅,此外對當?shù)氐沫h(huán)境也將產(chǎn)生一定的影響。統(tǒng)計資料表明,滑坡、火山以及地震已經(jīng)成為現(xiàn)階段全球威脅最大的三大地質(zhì)災害,每年由此產(chǎn)生的各項損失非常巨大。
預應力錨索抗滑樁是近年來發(fā)展起來并得到廣泛推廣的支擋結(jié)構(gòu),隨著設計理論與設計方法的不斷發(fā)展,在滑坡工程的治理方面發(fā)揮著非常重要的作用。預應力錨索抗滑樁是在抗滑樁的頂部施加預應力,其結(jié)構(gòu)由于施加了一定的預應力值其抗滑結(jié)構(gòu)為主動抗滑結(jié)構(gòu),在實際應用中其受力情況比普通抗滑樁更為合理,所能夠承受的土體推力較大,在造價方面也更加經(jīng)濟。
到目前為止雖然預應力錨索抗滑樁在實際工程中的應用越來越多,但是在其設計過程中海油很多不足之處,很多參數(shù)在設計階段采用的都是經(jīng)驗建議值,通過對前人的研究成果進行總結(jié)并參考其值的選取。然而,不同的實際工程所遇到的實際問題是有很大的差異的,若在設計過程中盲目的選用經(jīng)驗值,會在設計過程中留下安全隱患,因此在實際工程的施工之前需要對其設計方案進行相關(guān)的模擬,以確定該方案的安全性,盡量將安全隱患降到最低。為此,本文在實際設計資料的基礎(chǔ)上,根據(jù)本文滑坡工程的地質(zhì)勘查資料,結(jié)合有限元數(shù)值模擬軟件對本文所涉及的滑坡工程的設計方案進行模擬,驗證該方案的準確性,為工程的施工提供參考,其研究價值具有一定的實用性與理論意義。
1 工程概況
貴州省六盤水至盤縣高速公路第6合同段K27+100~K27+300段位于水城縣發(fā)耳鄉(xiāng)躍進村,該路段主要為填方路基,填土高度為5~24m,最大填土高(自然溝處)約25m。2009年12月中旬,該路段填方路堤基本成型后,由于發(fā)耳地區(qū)11、12月普降暴雨,K23+300左側(cè)約80m附近新建的民房附近出現(xiàn)走向為N20°~40°W的裂縫,裂縫寬度一般為0.2~3cm之間,裂縫主要集中在左側(cè)邊坡坡頂附近;在K27+250附近的蓋板涵地基見寬約3cm的裂縫,其走向約為N55°~70°W,貫穿K27+100~K27+300邊坡右下腳已修筑的水溝,延伸至K27+290右側(cè)約95m處的水稻田內(nèi),其中在水溝溝底沿水溝延伸方向見三條裂縫,裂縫基本平行,裂縫寬度介于0.2~2.5cm之間,在水溝兩側(cè)由于土體較松散,裂縫多被掩埋;K23+300左側(cè)民房的裂縫在路基填土進一步填筑的條件下有擴展的趨勢,裂縫寬度變大,裂縫東北側(cè)相對有輕微錯動下沉的跡象,且裂縫在民房后緣的坡頂呈弧形改變走向,走向漸變?yōu)镹80°W左右。出現(xiàn)上述情況后立即組織對其地質(zhì)條件進行勘探,并提出相應的處置方案。
2 計算模型的建立
貴州省六盤水至盤縣高速公路第6合同段K27+100~K27+300段滑坡典型斷面為研究對象,對典型斷面在路堤填筑完成后一集預應力錨索抗滑樁施加后的穩(wěn)定性情況進行研究。通過數(shù)值模擬計算得出預應力錨索抗滑樁加固滑坡的效果,為工程施工提供一定的參考。本文的計算模型區(qū)域土層以及網(wǎng)格的劃分如圖2所示,截面共劃分2477個單元,2533個節(jié)點。
本文對預應力錨索抗滑樁加固滑坡數(shù)值模擬采用相應邊坡土體實測巖土層力學參數(shù)進行分析,確定的計算分析采用的各土層參數(shù)見表1。
3 穩(wěn)定性計算結(jié)果分析
(1)穩(wěn)定性分析結(jié)果
本文所分析的滑坡斷面主要以種植土與粉質(zhì)粘土組成,其穩(wěn)定性受到巖土體的物理力學性質(zhì)影響較大,所以本文采用Janbu方法對安全系數(shù)進行計算。圖3、4分別是加固前后邊坡安全系數(shù)分析情況。如圖可知,加固前后滑坡安全系數(shù)值分別為Fs=0.859、Fs=1.857;當路堤施工基本完成后滑坡斷面穩(wěn)定性分析結(jié)果來看,其邊坡處于危險狀態(tài),若采取相應的加固措施,產(chǎn)生滑坡的可能性是非常大的;當采取設計加固方案后滑坡斷面的穩(wěn)定性情況得到很好的改善,能夠確保路堤的長期穩(wěn)定。
(2)抗滑樁模擬結(jié)果
抗滑樁剪力分布特征以及彎矩分布特征如圖5、6所示。從圖5可知,抗滑樁剪力在不同深度有不同的變化趨勢,抗滑樁的最大正剪力為475.8kN,位于樁頂;最大負剪力值為403.4kN,位于距樁頂5m處,在此處剪力逐漸向正剪力發(fā)生突變。從圖6可知,抗滑樁彎矩呈“S”形分布,最大正彎矩值與最大負彎矩值分別為667.7kN、947.1kN;對于抗滑樁而言,曲線的兩個反彎點,樁身的極值均充分說明了在預應力錨索施加后樁身的內(nèi)力分布情況得到了很大的改善;預應力錨索的施加不僅能夠在一定程度上抵消滑坡的推力,而且能夠使抗滑樁的結(jié)構(gòu)體系得到改善,從而在一定程度上減少抗滑樁截面的尺寸與埋深。
(3)預應力錨索模擬結(jié)果
圖7、8分別為預應力錨索錨固段軸力分布特征。從圖中可以看出,預應力錨索的軸力值在錨索上的分布很不均勻,對于上、下兩根錨索而言,錨索的軸力(錨固段)變化趨勢是一致的;隨著錨索錨固段長度的增加,距錨索自由段越遠錨索的軸力越小,在與錨索自由段連接處錨索預應力最大,最大值分別為729.3kN、356.2kN;上排錨索的軸力值比下排錨索的軸力值要大,這時由于上排錨固力要大于下排錨索。
4 結(jié)論
通過選取典型斷面對預應力錨索抗滑樁加固方案的加固效果進行數(shù)值模擬可知,在路堤修筑成形后滑坡斷面的安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求的最低值,進行加固后滑坡斷面的安全系數(shù)值有明顯的提高,并有一定的安全儲備;抗滑樁內(nèi)力以及錨索軸力分析結(jié)果來看,加固方案充分發(fā)揮了加固作用,方案合理可行,能夠滿足路堤的長期穩(wěn)定。
【參考文獻】
[1]潘家錚.建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析[M].北京:水利出版社,1980.
[2]徐邦棟,馬驥.確定滑坡推力的工程地質(zhì)比擬法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),1979(1):124-129.
[3]王恭先.滑坡防治工程措施的國內(nèi)外現(xiàn)狀[J].中國地質(zhì)災害與防治學報, 1998(1):102-106.
[4]沈珠江.樁的抗滑阻力和抗滑樁的極限設計[J].巖土工程學報,1992,14(1):51-56.
[5]馬驥.單根抗滑樁受力條件的試驗研究[C]//滑坡文集(第六集),中國鐵道出版社,1988.
[6]徐良德,尹道成,劉惠明.抗滑樁模型試驗第一階段報告—樁前滑體抗力分布的研究[C]//滑坡文集(第六集),中國鐵道出版社,1988.
[責任編輯:楊玉潔]