公路边坡稳定及抗滑桩加固分析

来源：核心期刊咨询网时间：12

摘要：摘要：常规的边坡支护设计方法因理论支持力度匮乏，使当前边坡工程设计仍有一定缺陷，造成边坡变形甚至失效或支护结构过剩。文章以某公路人工堆填边坡为例，采用PLAXIS3D有限元软件建立三维模型进行边坡稳定性分析，利用考虑桩-土相互作用的强度折减法，研究边坡支护形

　　摘要：常规的边坡支护设计方法因理论支持力度匮乏，使当前边坡工程设计仍有一定缺陷，造成边坡变形甚至失效或支护结构“过剩”。文章以某公路人工堆填边坡为例，采用PLAXIS3D有限元软件建立三维模型进行边坡稳定性分析，利用考虑桩-土相互作用的强度折减法，研究边坡支护形式的合理选型。研究结果表明：抗滑桩+毛石挡墙联合支护措施，比同几何设计尺寸的抗滑桩措施更能有效控制边坡变形，保证边坡稳定;当仅采用抗滑桩进行加固时，桩间距等桩身参数需严格调整，使得施工难度大、经济性差;在公路边坡附近设置弃土场时，弃土荷载作用下，边坡受到的影响有限;在现行设计标准下，拟建弃土场的最大堆载量可达到设计标准荷载的2倍。

　　关键词：边坡;稳定性;抗滑桩;PLAXIS3D有限元软件;桩-土相互作用

　　0 引言

　　当前，边坡因其组成成分、坡体形态、成因条件、环境变化等因素的差异呈现出工程地质条件越来越差、事故多样化等特点。在当下不同类型的边坡工程中仍有问题亟待解决，诸如边坡岩土体强度指标确定问题、边坡稳定性分析问题、边坡合理的支护设计问题等。现有规范[1]、手册[2]等指导性文件规定了边坡勘察、设计的标准，而针对边坡工程的支护措施，尽管设计和科研人员在工程实践中积累了特别丰富的经验和教训，但对如何选择合理、经济、有效的支护措施还需进行多方面的研究和探讨。目前，各类支护结构及体系，例如桩、复合土钉墙、锚杆(索)、混凝土(钢)内支撑及新型或组合支护形式已在各类边坡工程中进行了应用尝试[3]。抗滑桩因具有设计简单、结构形式灵活多变、组合兼容性强、施工便宜、设计理论完备等优点，在基坑、边坡等工程中应用广泛。针对抗滑桩的研究，众多学者已经从极限平衡法的理论计算手段的改进验算[4]、室内相似原理的物理模拟试验[5]、原位桩身变形和内力的监测测试试验[6]、有限元或有限差分方法的全尺寸真三维的数值模拟试验等[7]，得出了抗滑桩的设计优化理论，并研究了边坡变形对抗滑桩的内力及形变的影响。然而，常用的极限平衡法无法全面反映土体侧移变形对支护桩的影响，即无法考虑桩-土协同变形而造成设计支护过于安全或偏不安全。近些年，有学者逐渐引入抗滑桩加固边坡的结构-坡体协同理念，深入探讨桩身截面尺寸、桩长、设桩位置、桩间距等桩几何尺寸因素对支护效果的影响，以此作为优化的依据[8]。但是，常规的支护设计方法主要是在克里金土压力基础上衍生而来的，依据工程勘察提供的土体物理力学参数结合工程经验进行设计，理论支持力度匮乏，造成当前边坡工程设计仍有一定缺陷，引起边坡变形甚至失效或支护结构“过剩”。

　　公路边坡稳定及抗滑桩加固分析/高兴杰[=JP2] 为此，本文以某公路起始段人工堆填边坡为例，采用PLAXIS 3D有限元软件建立三维模型进行边坡稳定性分析，利用考虑桩-土相互作用的强度折减法，分析抗滑桩支护、桩-墙联合支护两种支护设计方法对于边坡变形和稳定性的影响，提出优化合理的设计方法，并进一步考虑坡顶后续堆积荷载对重新支护后边坡的稳定性影响，分析在各种工况下桩身变位、坡体变形等特点，以期为抗滑桩工程设计提供参考。

　　1 工程概况

　　该公路全线按照一级公路标准建设，设计时速采用80 km/h，路基宽度为24.5 m，其中新建特大桥1座、新建大桥1座。该公路在起始段为堆填路堤边坡，并在边坡的左侧边缘距离路堤坡頂24 m处设置一处临时弃土场，用于临时转运(边坡形态如图1所示)。根据场地工程地质勘察资料显示，拟建公路穿越的位置原为一淤积池塘，因初期施工速度等问题影响使得池塘中的淤泥未能完全清除干净，留存厚度为10 m。除此之外场地内土层由上自下依次为：第四系全新统(Q4ml)人工填土层①、第四系全新统坡积粉质黏土(Q4dl)②、侏罗纪中统沙溪庙组砂岩③(J2s)。岩土体的物理力学参数如表1所示。

　　2 支挡防护设计方案及模型建立

　　根据工程地质勘察报告，结合工程现场揭露的地层情况、后续边坡卸载处置措施、拟建弃土场的堆土量级等基本工程情况，支挡防护措施方法分为两种：

　　(1)抗滑桩支护：桩长为6 m，间距为5.5 m，桩径为1 m，设桩位置位于坡脚;挖除坡体上部土体尺寸为2 m×13 m;桩间距根据计算结果进行反复调试并最终确定。

　　(2)抗滑桩+毛石挡墙支护：桩长为6 m，间距为5.5 m，桩径为1 m;毛石挡墙长33 m、宽1 m、高6 m;挖除坡体上部土体尺寸为2 m×13 m。

　　采用PLAXIS 3D有限元软件建立三维模型进行边坡稳定性分析，利用考虑桩-土相互作用的强度折减法，研究抗滑桩支护的原边坡变形破坏特点，为设计施工方案的有效实施提供技术支撑。三维计算模型如图2所示，并进行网格优化与计算调试。为了建立的三维计算模型能合理反映地层分布、地形地貌、抗滑桩、桩间挡墙及弃土场拟建荷载等，建立的模型长40 m、宽100 m、高50 m。

　　岩土体本构模型可参见文献[9]。

　　岩土体的物理力学参数如表1所示。桩、墙结构的计算参数如表2所示。

　　3 边坡稳定性模拟结果分析

　　3.1 抗滑桩模拟结果分析

　　如下页图3所示，计算时冻结边坡外土体，对抗滑桩赋予相应材料进行计算，计算结果如图4、图5所示。

　　由图3可知，桩距为5.5 m时，抗滑桩加固坡体发生显著变形破现象，该坡体变形破坏属于倾覆破坏+桩头剪除破坏，在坡顶位置的潜在滑移面产生滑移剪切破坏，说明坡体自身相对来说已发生失稳，该加固措施并非适宜。通过坡体内部的塑性点分布图也可以看出(见图4)，在抗滑桩顶部和坡顶后方路面分布着大量的拉伸截断点，这些很好地反映了坡体中部、坡体后缘发现的张裂缝。

　　同时，根据图5的位移云图可以看出，在坡体及抗滑桩桩顶的位置产生的位移最大，接近3 cm，接近一般对边坡设计4 cm水平位移的要求(基坑监测报警值为4 cm[1])。根据规范[1]第5.3.2条规定，一级边坡的安全系数需>1.35，而该边坡的稳定性系数为1.2，处于临界稳定状态但安全储备不足。

转载请注明来自：http://www.qikan2017.com/lunwen/lig/22501.html