桩板墙结构加固边坡作用效果数值分析

侯淑倩

（新疆交通建设管理局项目执行二处，新疆 乌鲁木齐 830000）

引言

近年来，国内学者在路堤边坡加固方面进行了一些研究，李梅等［1-2］以工程项目为研究背景，采用现场监测、室内试验和数值模拟等手段重点研究了桩板墙加固边坡效果，并重点对桩板墙受力和变形进行了分析，表明桩板墙具有较好的加固作用。倪号叶等［3-4］采用数值模拟方法，对桩板墙加固边坡进行了分析，并分析了桩间距的影响，结果表明，该项目设计方案效果良好。罗云松和周勇［5-6］以某改扩建工程路堑边坡治理为研究对象，分析了抗滑桩+预应力锚索框架加固方案的有效性，表明通过计算该设计方案能满足边坡稳定性要求。罗渝等［7］依托某工程，采用理论分析、室内试验和数值模拟的方法重点分析了桩板墙加固边坡效果、挡土板对桩身受力的影响等，研究表明随着荷载增加，挡土板承受的土压力不断增加，挡土板所受的土压力峰值均在滑体以下部分，桩距较大时，两桩间土体呈拱形向下滑动，挡土板强度对边坡加固效果影响不大。

1 工程概况

项目区地质构造复杂，植被发育较为旺盛，属于剥蚀型低山面貌，受降雨影响较大。勘测发现，项目区内不存在断层带，岩层的产状为190°∠23°，存在节理3 组，节理产状分别为295°∠84°、186°∠36°和28°∠84°，节理间距在65～380 mm 范围内，为封闭型节理，节理间填充为淤泥质杂土。现场地质勘察显示，滑坡区土层从上向下依次为人工填土、粉质黏土，厚度依次为2～8 m 和3.5～6.5 m。

2 现状稳定性分析及治理措施

2.1 边坡稳定性分析

由于该边坡中存在节理，且裂隙水发育，在持续性降雨的情况下会致使路基内积水，随着时间的推移，滑体重量不断增大，土体的物理力学参数不断降低。原设计挡土墙坡趾位于滑动面上，边坡在持续降雨的影响下逐渐达到临界状态，从而发生滑塌。

现场路堤滑裂面见图1，地表出现明显的弧形滑裂缝，且由于填筑土为粉质黏土，排水效果差，导致路基在长时间浸水而处于临界破坏状态。

图1 边坡滑裂面

采用岩土理正软件进行计算，采用搜索圆弧滑动法计算得到正常工况和暴雨工况的边坡稳定状态见表1。

表1 土体的物理力学参数

2.2 加固措施

通过现场具体分析，拟采用桩板墙结合刚性反压支护方案，此种支护方法不仅可以减小边坡发生滑塌现象，还能有效降低滑裂体位移，且该种支护模式的使用年限较长。结合工程实际，选取抗滑桩尺寸为2.0 m×2.5 m，桩长取14 m，刚性反压支护为标号C25 片石混凝土形式。

3 数值模拟分析

3.1 模型建立

采用大型有限元软件ABAQUS 建模进行计算分析，计算方式为强度折减法。模型长、宽、高分别取70 m、30 m 和2.5 m，除模型上边界外，其他边界均进行位移和边界约束。边坡采用C8D8 网格建立，土体采用摩尔库伦模型，桩体采用弹性模型。抗滑桩尺寸为2.0 m×2.5 m，桩长取14 m，桩间距为5 m，抗滑桩之间采用厚度为30 cm 的挡土板进行刚性连接，见图2。

图2 数值模型

3.2 材料参数

边坡土体的物理力学参数见表2，支护结构的物理力学参数见表3。

表2 土体的物理力学参数

表3 支护结构的物理力学参数

3.3 结果分析

采用桩板墙结合刚性反压支护方案加固前后的边坡位移等值线见图3。

图3 边坡位移等值线

由图3 可以看出，该边坡加固前最大位移为49.3 mm，当采取桩板墙结合刚性反压支护加固后最大位移为21.9 mm，相比于加固前，加固后边坡最大位移减小了55.6%，说明采用桩板墙结合刚性反压支护加固的效果比较明显。

采用强度折减法对材料的黏聚力和内摩擦角进行逐步折减，将折减系数变化设置为从1～5，以防止过早收敛，递增间隔取0.3。通过对桩板墙结合刚性反压支护加固后的边坡进行模拟分析，得到边坡安全系数与水平位移关系曲线见图4。

图4 边坡安全系数与水平位移关系曲线

由图4 可以看出，曲线拐点为判断边坡安全系数的标志，该边坡加固后的安全系数达1.51，而加固前边坡安全系数仅为1.06，相比于加固前增大了42%，说明该边坡采取桩板墙结合刚性反压支护方案起到了很好地加固效果。

4 结语

（1）采用桩板墙结合刚性反压支护方案可以有效的增大边坡稳定性，加固后边坡最大位移减小了55.6%，安全系数增大了42%。（2）桩板墙+刚性反压支护加固可以有效提高边坡的整体稳定性，且采用强度折减法可以对边坡加固前后的安全稳定性进行计算。