基于极限平衡方法的堆积体斜坡稳定性分析与抗滑桩加固措施敏感性讨论

廖海龙林焕

（1 贵州路桥集团有限公司；西南交通大学）

基于极限平衡方法的堆积体斜坡稳定性分析与抗滑桩加固措施敏感性讨论

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（1 贵州路桥集团有限公司；西南交通大学）

以贵州省官渡至官渡河公路K11+030～K11+150段堆积体路堑边坡改扩建工程为依托，运用极限平衡分析的方法，对边坡的稳定性进行了分析，并在此基础上，以抗滑桩加固方案中抗滑桩间距、截面尺寸等为参数，研究了边坡处治方案对其稳定性的影响。

堆积体斜坡；极限平衡分析法；边坡稳定性；抗滑桩

边坡是在地壳运动或人工开挖过程中形成的扰动体，其内部大多存在着潜在滑动面。对于工程开挖过程中形成的边坡，其稳定性受到边坡的岩土体组成、存在的地质环境等相关因素制约，开挖后需及时采取支护措施。根据边坡类型的差异，选择合理的治理措施，如挡土墙、抗滑桩、锚杆支护、浆砌片石护坡等。本文以贵州省官渡至官渡河公路改扩建工程K11+030～K11+150段堆积体路堑边坡为依托，主要利用极限平衡分析方法，对该堆积层边坡的稳定性与加固效果进行分析，并在此基础上进行抗滑桩加固方案中设计参数的敏感性分析。

1 工程概况

贵州省官渡至官渡河公路改扩建工程官渡至马尿溪段K11+030～K11+150段路基为路堑边坡，路基开挖3～6米时，右侧边坡上的民房开始有开裂的迹象，导致施工无法继续进行，大量地表水及滑坡体上的民用水池渗漏出来的水体长期对边坡的影响，崩积层的浅表层岩土体不断开裂，对路基及滑坡下方的石堡乡政府产生较大的安全隐患。

地质勘探资料显示，滑坡的形状大体呈正方形，滑坡边长约120米，滑坡体厚度呈非线性分布，最大垂直滑面厚度在13米左右，整个滑坡面积大约14000平方米左右，滑坡体积约为6万立方米，属于推移式大型滑坡。目前坡脚处已有少量坍塌和局部推移的现象。

结合常规处理方案，设计思路如下：

根据试验资料，综合考虑滑坡滑动岩土层的物理力学性质，计算采用滑体容重r=20KN/m3，内聚力C=5.0KPa，内摩擦角φ=13.2°。

根据滑坡体情况，采用抗滑桩加固坡体。抗滑桩布设在线路路基右侧9.0米处，截面尺寸均为2.0×3.0米（长边与滑坡体滑移方向一致），桩心距为6.0米，桩长14.0米，总计16根。抗滑桩间采用挡墙进行封闭。

在滑坡周边位置设置环状截水沟，滑坡体内设置树枝状排水沟，以便将地表积水和民用水池排出的水体及时排出滑坡体外。

2 计算模型及参数

对于斜坡堆积体极限平衡分析计算模型，其水平向相对长度133米，竖向相对长度取78米。根据堆积体斜坡的地质特性，将模型分为二块，其中上部堆积体厚度约4m至29m。

推测斜坡堆积体滑动面属浅层滑动，在计算中未考虑空隙水压力的影响。

3 极限平衡计算方法所得结果

极限平衡条分分析中，滑动面上共设置30块土柱。计算中选用了Morgenstern-Price、Janbu与Spencer法等三种方法计算斜坡堆积体安全系数均小于1，其中，Morgenstern-Price法与Spencer法所得结果基本一致（0.933与0.931），Janbu法所得结果略小（0.901）。计算表明坡体处于欠稳定至不稳定状态，需进一步加固处理以策工程安全。

4 抗滑桩设计参数的影响

4.1 斜坡堆积体的抗滑桩加固方案

为在计算中实现对抗滑桩加固方案的稳定性分析，需将空间问题转化为平面问题，反映到计算模型中，采用等效连续墙方案进行处理。

等效连续墙方案是将加固范围内的抗滑桩及桩间土视为一列纵向连续墙，等效连续墙的容重按式（2）计算，强度指标按式（3）、（4）确定。

桩土置换率的计算公式为

其中，m为桩土置换率；

l 为抗滑桩短边边长；

L为桩间距。

等效连续墙容重计算公式为

其中，Cp为桩体材料的抗剪强度指标，综合考虑C30混凝土的容许剪应力，以及桩中钢筋对强度贡献，取为1.2MPa；

Cs, φs为土体材料的抗剪强度指标，分别取5KPa，13.2°；

η为土体材料强度指标发挥系数，论文中其取值为0.5。

实际工程中对于堆积体斜坡采用抗滑桩方案进行加固，其中，桩径为2×3m、桩间距为6m，桩长14m。

采用抗滑桩加固后，极限平衡分析所得安全系数均大于1，则坡体处于稳定状态。其中，Morgenstern-Price法与Spencer法所得结果基本一致（1.339与1.320），Janbu法所得结果略小（1.274）。

4.2 抗滑桩材料的影响

实际工程中，抗滑桩采用C30混凝土浇筑，若将其改为C20混凝土材料，公式（3）中的Cp取0.8MPa，通过计算抗滑桩混凝土材料由C30改为C20，Morgenstern-Price、Janbu，Spencer等三种方法计算得加固斜坡体稳定性系数仍大于1，但较混凝土材料为C30时均有一定折减，其折减系数约为10%。

4.3 抗滑桩间距的影响

2.渐进(1964—1978年)：率先完成“四类分子”摘帽的经验。1964年1月14日，中共中央发出了《关于依靠群众力量，加强人民民主专政，把绝大多数四类分子改造成新人的指示》，同时转发公安部蹲点枫桥形成的《诸暨县枫桥区社会主义教育运动中开展对敌斗争的经验》。同年2月，第13次全国公安会议提出在全国推广“枫桥经验”。

为研究抗滑桩桩间距对所加固斜坡安全系数影响，保持计算模型中其它参数不变，将抗滑桩桩间距分别取4m、5m、6m、7m、8m，按公式1～4得计算模型中等效连续墙材料参数。等效连续墙参数计算得坡体稳定系数可以看出，桩间距在4～8m范围内，随着桩间距增大，坡体安全系数呈非线性减小趋势。

4.4 抗滑桩截面宽度的影响

抗滑桩截面宽度对所加固斜坡安全系数敏感性分析中，将计算模型中其它参数固定，抗滑桩截面长边边长分别变为2m、2.5m、3m、3.5m、4m，计算模型中等效连续墙材料参数仍按标准取值。

通过计算，桩体截面长边边长在2～4m范围内，随着桩体截面积增大，坡体安全系数近似呈线性增长趋势。当桩截面为边长2m的正方形时，计算得坡体稳定安全系数约为1.19，若桩身抗倾覆、抗剪等验算容许，可进一步在设计方案基础上适当减小桩体截面长边边长以优化设计；桩体截面长边边长至4m时，计算得坡体安全系数约为桩体截面长边边长3m情况所得量值的110%。

5 结论

针对贵州省官渡至官渡河公路改扩建工程K11+030～K11 +150段堆积体路堑边坡，利用极限平衡分析方法就其稳定性进行了分析，并在此基础上，针对抗滑桩加固方案中抗滑桩间距，截面尺寸等工程设计中较关心的参数进行了敏感性分析，得到以下几点认识：

（1）采用Morgenstern-Price、Janbu与Spencer等三种方法对斜坡堆积体进行了极限平衡分析，结果显示，Morgenstern-Price与Spencer法计算得安全系数接近，而Janbu法所得安全系数略小。采用上述三种方法对加固前坡体进行稳定性计算，其安全系数均小于1，坡体处于欠稳定状态。

（2）采用抗滑桩加固后，极限平衡分析所得安全系数均为1.3，坡体处于稳定状态。抗滑桩混凝土材料由C30改为C20，Morgenstern-Price、Janbu，Spencer等三种方法计算得加固斜坡体稳定性系数仍大于1，但较混凝土材料为C30时均有一定折减，其折减系数约为10%。

（3）抗滑桩桩间距在4～8m范围内，随着桩间距增大，坡体安全系数呈非线性减小趋势。

（4）抗滑桩桩体截面长边边长在2～4m范围内，随着桩体截面积增大，坡体安全系数近似呈线性增长趋势。