预应力锚索抗滑桩在滑坡加固中的应用研究

李智韬

【摘 要】为了研究抗滑桩在滑坡加固中的应用，本文以实际边坡模型为研究对象开展了相关研究，基于数值模拟软件分析了锚索抗滑桩加固边坡的作用效果，研究结果表明：在路堤修筑成形后滑坡断面的安全系数均不满足规范要求的最低值，进行加固后滑坡断面的安全系数值有明显的提高，并有一定的安全储备；抗滑桩内力以及锚索轴力分析结果来看，加固方案充分发挥了加固作用，方案合理可行，能够满足路堤的长期稳定。

【关键词】抗滑桩；滑坡；稳定性；加固

0 引言

随着我国交通建设的迅速发展，建设的区域逐渐向中西部地区转移，然而，中西部地区多属于山区，地质条件复杂，山高坡陡，在公路、铁路的修建过程中将不可避免的对其进行开挖与填方，因此，大量的边坡工程也随之产生，边坡的稳定与否直接影响公路、铁路在修建过程中以及运营阶段的安全性，若边坡稳定性不足，将直接对人们的生命、财产安全产生威胁，此外对当地的环境也将产生一定的影响。统计资料表明，滑坡、火山以及地震已经成为现阶段全球威胁最大的三大地质灾害，每年由此产生的各项损失非常巨大。

预应力锚索抗滑桩是近年来发展起来并得到广泛推广的支挡结构，随着设计理论与设计方法的不断发展，在滑坡工程的治理方面发挥着非常重要的作用。预应力锚索抗滑桩是在抗滑桩的顶部施加预应力，其结构由于施加了一定的预应力值其抗滑结构为主动抗滑结构，在实际应用中其受力情况比普通抗滑桩更为合理，所能够承受的土体推力较大，在造价方面也更加经济。

到目前为止虽然预应力锚索抗滑桩在实际工程中的应用越来越多，但是在其设计过程中海油很多不足之处，很多参数在设计阶段采用的都是经验建议值，通过对前人的研究成果进行总结并参考其值的选取。然而，不同的实际工程所遇到的实际问题是有很大的差异的，若在设计过程中盲目的选用经验值，会在设计过程中留下安全隐患，因此在实际工程的施工之前需要对其设计方案进行相关的模拟，以确定该方案的安全性，尽量将安全隐患降到最低。为此，本文在实际设计资料的基础上，根据本文滑坡工程的地质勘查资料，结合有限元数值模拟软件对本文所涉及的滑坡工程的设计方案进行模拟，验证该方案的准确性，为工程的施工提供参考，其研究价值具有一定的实用性与理论意义。

1 工程概况

贵州省六盘水至盘县高速公路第6合同段K27+100～K27+300段位于水城县发耳乡跃进村，该路段主要为填方路基，填土高度为5～24m，最大填土高（自然沟处）约25m。2009年12月中旬，该路段填方路堤基本成型后，由于发耳地区11、12月普降暴雨，K23+300左侧约80m附近新建的民房附近出现走向为N20°～40°W的裂缝，裂缝宽度一般为0.2～3cm之间，裂缝主要集中在左侧边坡坡顶附近；在K27+250附近的盖板涵地基见宽约3cm的裂缝，其走向约为N55°～70°W，贯穿K27+100～K27+300边坡右下脚已修筑的水沟，延伸至K27+290右侧约95m处的水稻田内，其中在水沟沟底沿水沟延伸方向见三条裂缝，裂缝基本平行，裂缝宽度介于0.2～2.5cm之间，在水沟两侧由于土体较松散，裂缝多被掩埋；K23+300左侧民房的裂缝在路基填土进一步填筑的条件下有扩展的趋势，裂缝宽度变大，裂缝东北侧相对有轻微错动下沉的迹象，且裂缝在民房后缘的坡顶呈弧形改变走向，走向渐变为N80°W左右。出现上述情况后立即组织对其地质条件进行勘探，并提出相应的处置方案。

2 计算模型的建立

贵州省六盘水至盘县高速公路第6合同段K27+100～K27+300段滑坡典型断面为研究对象，对典型断面在路堤填筑完成后一集预应力锚索抗滑桩施加后的稳定性情况进行研究。通过数值模拟计算得出预应力锚索抗滑桩加固滑坡的效果，为工程施工提供一定的参考。本文的计算模型区域土层以及网格的划分如图2所示，截面共划分2477个单元，2533个节点。

本文对预应力锚索抗滑桩加固滑坡数值模拟采用相应边坡土体实测岩土层力学参数进行分析，确定的计算分析采用的各土层参数见表1。

3 稳定性计算结果分析

（1）稳定性分析结果

本文所分析的滑坡断面主要以种植土与粉质粘土组成，其稳定性受到岩土体的物理力学性质影响较大，所以本文采用Janbu方法对安全系数进行计算。图3、4分别是加固前后边坡安全系数分析情况。如图可知，加固前后滑坡安全系数值分别为Fs=0.859、Fs=1.857；当路堤施工基本完成后滑坡断面稳定性分析结果来看，其边坡处于危险状态，若采取相应的加固措施，产生滑坡的可能性是非常大的；当采取设计加固方案后滑坡断面的稳定性情况得到很好的改善，能够确保路堤的长期稳定。

（2）抗滑桩模拟结果

抗滑桩剪力分布特征以及弯矩分布特征如图5、6所示。从图5可知，抗滑桩剪力在不同深度有不同的变化趋势，抗滑桩的最大正剪力为475.8kN，位于桩顶；最大负剪力值为403.4kN，位于距桩顶5m处，在此处剪力逐渐向正剪力发生突变。从图6可知，抗滑桩弯矩呈“S”形分布，最大正弯矩值与最大负弯矩值分别为667.7kN、947.1kN；对于抗滑桩而言，曲线的两个反弯点，桩身的极值均充分说明了在预应力锚索施加后桩身的内力分布情况得到了很大的改善；预应力锚索的施加不仅能够在一定程度上抵消滑坡的推力，而且能够使抗滑桩的结构体系得到改善，从而在一定程度上减少抗滑桩截面的尺寸与埋深。

（3）预应力锚索模拟结果

图7、8分别为预应力锚索锚固段轴力分布特征。从图中可以看出，预应力锚索的轴力值在锚索上的分布很不均匀，对于上、下两根锚索而言，锚索的轴力（锚固段）变化趋势是一致的；随着锚索锚固段长度的增加，距锚索自由段越远锚索的轴力越小，在与锚索自由段连接处锚索预应力最大，最大值分别为729.3kN、356.2kN；上排锚索的轴力值比下排锚索的轴力值要大，这时由于上排锚固力要大于下排锚索。

4 结论

通过选取典型断面对预应力锚索抗滑桩加固方案的加固效果进行数值模拟可知，在路堤修筑成形后滑坡断面的安全系数均不满足规范要求的最低值，进行加固后滑坡断面的安全系数值有明显的提高，并有一定的安全储备；抗滑桩内力以及锚索轴力分析结果来看，加固方案充分发挥了加固作用，方案合理可行，能够满足路堤的长期稳定。

【参考文献】

[1]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].北京：水利出版社，1980.

[2]徐邦栋，马骥.确定滑坡推力的工程地质比拟法[J].水文地质工程地质，1979（1）：124-129.

[3]王恭先.滑坡防治工程措施的国内外现状[J].中国地质灾害与防治学报， 1998（1）：102-106.

[4]沈珠江.桩的抗滑阻力和抗滑桩的极限设计[J].岩土工程学报，1992，14（1）：51-56.

[5]马骥.单根抗滑桩受力条件的试验研究[C]//滑坡文集（第六集），中国铁道出版社，1988.

[6]徐良德，尹道成，刘惠明.抗滑桩模型试验第一阶段报告—桩前滑体抗力分布的研究[C]//滑坡文集（第六集），中国铁道出版社，1988.

[责任编辑：杨玉洁]