楊緯卿，程蕓，張雄云，段志超

（1．云南建投第一勘察設(shè)計有限公司，云南 昆明 650032；2．云南省水利水電勘測設(shè)計研究院，云南 昆明 650021）

0 引言

為了助力成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈的快速發(fā)展，成渝地區(qū)將建設(shè)成為軌道上的雙城經(jīng)濟(jì)圈，未來幾年將新建多條鐵路線路，建設(shè)由高速鐵路、城際鐵路等線路組成的多層次軌道交通網(wǎng)絡(luò)體系。但成渝地區(qū)地形起伏大，多山地丘陵，在成渝地區(qū)修建交通設(shè)施不可避免要穿過山地，也不可避免地要進(jìn)行大量深路塹邊坡的開挖。成渝地區(qū)分布有大量的順層巖質(zhì)邊坡，成渝地區(qū)的山體構(gòu)造因其獨特的歷史成因及環(huán)境氣候，使得山體構(gòu)造十分復(fù)雜，容易發(fā)生邊坡垮塌或危巖落石的病害，嚴(yán)重影響行車安全。故在對成渝地區(qū)的順層巖質(zhì)邊坡進(jìn)行支護(hù)時，須對支護(hù)的效果進(jìn)行研究，以期后續(xù)在成渝地區(qū)進(jìn)行邊坡支護(hù)時能夠提供參考[1-3]。

目前，對于巖質(zhì)邊坡支護(hù)方式主要有抗滑樁[4]、錨桿框架梁[5]、錨索框架梁及排樁等[6-7]，對支護(hù)效果的評價主要采用位移控制[8]、應(yīng)力控制[9]，即要求順層巖質(zhì)邊坡在支護(hù)后不能產(chǎn)生過大位移，也不能使支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。當(dāng)然在保證行車安全的基礎(chǔ)上，還會從工程造價的角度進(jìn)行支護(hù)方式的優(yōu)化，以期減少材料使用并減少工程投資。

傳統(tǒng)的支護(hù)方式僅是采用單一的支護(hù)方式，很難發(fā)揮不同支護(hù)方式的優(yōu)點，單一支護(hù)方式的缺點被放大，為了使邊坡支護(hù)能夠更加科學(xué)、更加合理，復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)因其能夠發(fā)揮不同支護(hù)方式的優(yōu)點而受到了越來越多的關(guān)注。為了探究復(fù)合支護(hù)方式對順層巖質(zhì)邊坡支護(hù)效果的研究，本文以成渝地區(qū)某工點順層巖質(zhì)邊坡為研究對象，采用FLAC3D 進(jìn)行建模，研究錨桿框架梁及抗滑樁復(fù)合支護(hù)方式對順層巖質(zhì)邊坡支護(hù)效果的研究，并在次基礎(chǔ)上對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以明確錨桿框架梁及抗滑樁復(fù)合支護(hù)方式對成渝地區(qū)順層巖質(zhì)邊坡支護(hù)效果的影響，并對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1 工程概況

所研究邊坡位于某計劃修建高速公路的南側(cè)，從現(xiàn)在地面標(biāo)高算起到設(shè)計標(biāo)高，地面最大高差達(dá)到126m，由于采用開挖的方式進(jìn)行施工，開挖后邊坡自穩(wěn)性較差。

邊坡從表層至底層，地層巖性分別為：雜填土，厚度1～3m，結(jié)構(gòu)松散破碎；粉土，主要為黃色或者灰色粘土，遇水后呈可塑或者軟塑狀；紅層砂巖，主要呈粉紅色，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部呈現(xiàn)碎散狀；紅層頁巖，紅色，節(jié)理面光滑，含有大量的有機(jī)質(zhì)，常與砂巖出現(xiàn)互層現(xiàn)象；紅層泥巖，磚紅色，有機(jī)質(zhì)含量高，其中夾雜有少量碳質(zhì)砂巖及煤巖碎塊。

2 模型建立

以地勘得到的巖層變化為依據(jù)，采用FLAC3D 建立邊坡模型，如圖1 所示，巖體參數(shù)取值如表1 所示。模型建立結(jié)束后，在自重作用下應(yīng)力平衡，保留平衡后的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行后續(xù)計算研究。

圖1 研究截面

表1 巖體力學(xué)參數(shù)取值

采用巴西劈裂試驗及直剪試驗對巖體的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量，模型參數(shù)根據(jù)上述試驗進(jìn)行取值。

通過室內(nèi)試驗研究確定地層巖性的力學(xué)參數(shù)，不同地層的力學(xué)參數(shù)如表1所示。

圖2 邊坡支護(hù)方案

錨桿設(shè)計參數(shù)及抗滑樁設(shè)計參數(shù)以設(shè)計資料為依據(jù)，錨桿設(shè)計參數(shù)取值如表2 所示，抗滑樁設(shè)計參數(shù)如表3所示。

表2 錨桿計算參數(shù)取值

表3 抗滑樁計算取值

3 邊坡支護(hù)效果研究

3.1 樁身長度對支護(hù)效果的影響

為了研究樁身長度對水平位移的影響規(guī)律，在保持樁身截面尺寸的情況下，通過改變抗滑樁長度進(jìn)行研究，樁身長度原設(shè)計為25m，對樁身長度進(jìn)行縮減后研究其水平位移的變化規(guī)律。如圖3所示，不同樁長的抗滑樁，其樁身水平位移隨著樁身長度的變化并沒有出現(xiàn)太大差異，在嵌固段范圍內(nèi)，樁身既有擠壓邊坡的位移，也有背離邊坡的位移，且隨著樁長增加，水平位移快速的由擠壓邊坡轉(zhuǎn)為背離邊坡。在出現(xiàn)斷裂帶的位置，水平位移出現(xiàn)突變，出現(xiàn)突變的原因可能是由于斷裂帶巖體破碎，對抗滑樁的擠壓作用減弱。故抗滑樁的水平位移會在巖層斷裂帶的位置出現(xiàn)突變，當(dāng)抗滑樁的長度超過邊坡時，由于沒有了邊坡地擠壓，抗滑樁的水平位移會先快速下降，而后保持不變。

圖3 樁身水平位移隨著樁身長度變化圖

如圖4 所示，抗滑樁穩(wěn)定系數(shù)隨著樁身長度的增加逐漸增加，存在一個臨界樁身長度，當(dāng)抗滑樁身長度小于臨界長度時，抗滑樁穩(wěn)定系數(shù)隨著樁身長度的減小快速減小，當(dāng)樁身長度大于臨界樁身長度時，抗滑樁穩(wěn)定系數(shù)隨著樁身長度的增加緩慢增加。由此可知，當(dāng)樁身長度大于臨界樁身長度時，此時再增加樁身長度，并不能顯著提高支護(hù)效果，反而會增加工程量，增加工程建設(shè)的成本。

圖4 穩(wěn)定系數(shù)隨樁身長度變化

在第二級支護(hù)中，抗滑原設(shè)計為20m，為了研究抗滑樁身長度對水平位移的影響規(guī)律，對樁身長度縮減后進(jìn)行研究。如圖2 所示，當(dāng)錨桿框架支護(hù)和抗滑樁支護(hù)離得較近時，抗滑樁的樁身位移全部為正，及邊坡對抗滑樁全部產(chǎn)生擠壓，隨著樁身長度的增加，樁身位移隨樁身長度的增加先增加后減小。樁身水平位移增加是由于邊坡對抗滑樁有擠壓作用，樁身水平位移隨著樁身長度的增加逐漸減小是因為錨桿框架梁對邊坡進(jìn)行錨拉后，邊坡的變形逐漸由錨桿框架支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行承擔(dān)，導(dǎo)致邊坡對抗滑樁的擠壓作用逐漸減弱，故抗滑樁水平位移隨著樁身長度的增加逐漸減小。且由圖5還可知，當(dāng)樁身長度小于18m時，樁身水平位移出現(xiàn)了明顯增大，當(dāng)樁身長度不小于18m 時，樁身水平位移基本保持不變。

圖5 第二級支護(hù)抗滑樁水平位移隨著樁身長度變化圖

由圖6 可知，隨著樁身長度的增加，穩(wěn)定系也逐漸增加，同樣出現(xiàn)臨界長度，在樁身長度小于臨界長度時，穩(wěn)定系數(shù)隨著樁身長度的減小迅速減小，當(dāng)樁身長度大于臨界長度時，穩(wěn)定系數(shù)隨樁身長度增加緩慢。

圖6 第二級支護(hù)穩(wěn)定系數(shù)隨樁身長度變化圖

綜合圖5和圖6可知，當(dāng)樁長小于臨界長度時，抗滑樁的水平位移顯著增大，穩(wěn)定系數(shù)顯著減??；當(dāng)樁長大于臨界長度時，抗滑樁的水平位移基本保持不變，穩(wěn)定系數(shù)也增長緩慢，故可以選取臨界長度作為抗滑樁的長度。

3.2 錨固角度對邊坡的影響

為了探究錨固角度對順層巖質(zhì)邊坡的影響，在保持錨固長度不變的情況下通過改變錨固角度進(jìn)行研究。由圖7 可知，隨著錨固角度的增大，邊坡的最大水平位移在逐漸減小，這主要是由于錨桿嵌入角度越大，對邊坡的拖拽作用越強(qiáng)，對邊坡的支護(hù)作用就越明顯，故穩(wěn)定系數(shù)隨著錨固角度的增加逐漸減小。

圖7 邊坡最大水平位移隨錨固角度變化圖

由圖8 可知，同樣存在一個臨界錨固長度，故在采用錨桿框架梁對順層巖質(zhì)邊坡進(jìn)行支護(hù)時，可以選取臨界錨固長度進(jìn)行支護(hù)設(shè)計。

圖8 最大水平位移隨著錨固長度變化圖

4 結(jié)論

本文通過FLAC3D 對順層巖質(zhì)邊坡進(jìn)行建模，對采用錨桿框架梁及抗滑樁復(fù)合支護(hù)的順層巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了研究，分析了樁身長度、錨固角度及錨固長度對邊坡位移及穩(wěn)定性的影響，主要得到了以下結(jié)論：

①當(dāng)樁長小于臨界長度時，抗滑樁的水平位移顯著增大，穩(wěn)定系數(shù)顯著減小，當(dāng)樁長大于臨界長度時，抗滑樁的水平位移基本保持不變，穩(wěn)定系數(shù)也增長緩慢，故采用抗滑樁對順層巖質(zhì)邊坡進(jìn)行支護(hù)時，可以選取臨界長度作為抗滑樁的長度；

②當(dāng)錨桿框架支護(hù)和抗滑樁支護(hù)離得較近時，由于錨桿框架梁對邊坡進(jìn)行錨拉后，邊坡的變形逐漸由錨桿框架支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行承擔(dān)，導(dǎo)致邊坡對抗滑樁的擠壓作用逐漸減弱，故抗滑樁末端樁身水平位移隨著樁身長度的增加逐漸減小；

③當(dāng)錨桿框架梁的錨固角度小于臨界錨固角度時，邊坡位移隨著錨固角度減小迅速減小，當(dāng)錨桿框架梁的錨固角度大于臨界錨固角度時，邊坡位移減小并不顯著。