抗滑桩锚杆组合在库岸边坡治理中的应用

郭 晟

(江西省水投建设集团有限公司，江西 南昌 330000)

边坡不合理的开挖将导致坡体下滑、岩土层崩塌，需采取防止边坡失稳的支护措施。学者们对边坡的支护措施进行了多方面研究，王立民[1]对工程边坡防护技术进行了分析，结果表明，通过植被防护和砌筑防护能有效增加边坡的稳定性；魏海宝[2]对边坡防护及支护施工技术进行了研究，结果表明，结合现场施工状况，采用预应力锚杆与抗滑桩支护结合的方式，能有效防止坡体下滑；骆龙飞[3]对边坡滑坡治理中预应力锚索技术进行了研究，表明采用预应力锚索的支护形式能有效地治理山体滑坡。

本文总结了以上研究关于边坡支护的措施及效果，对边坡的支护措施进行数值模拟，对边坡支护抗滑桩的剪力、边坡的位移、边坡岩土体所受应力进行分析，将实际测量与数值模拟位移数据进行了对比。

1 工程概况

某新建小型水库边坡高53.4 m。经现场地质勘测，边坡上层为风化土，中层为风化岩，下层为软岩(表1)。由于该市夏季雨量充沛，边坡汇水面积大，易形成流量大、流速快的径流，造成边坡失稳。因此，对边坡进行支护。边坡的支护采用挡土墙、抗滑桩、锚杆、喷混的方式。在坡中设置锚杆8根，每根长度为12.0 m，纵向间距3.8 m，锚杆置入边坡角度为17.5°。坡下位置设置圆柱体抗滑桩，直径为1 m，长度为12 m。抗滑桩往下7.5 m处设置挡土墙，挡土墙上表面为2.2 m，下表面为4.3 m，高度为6.2 m。边坡表面喷射C30混凝土。

表1 边坡岩土物理参数

2 模型建立及分析方法

2.1 模型建立与网格划分

选择摩尔-库仑弹塑性本构模型，按照现场地质状况及边坡支护情况建立模型。边坡支护后，在A-B点内设置检测点，如图1所示。

图1 边坡支护措施断面图

2.2 计算参数选取

根据现场勘测数据划分岩土层厚度并赋予支护材质参数。锚杆弹性模量为2.075×104MPa，泊松比为0.2，容重为78.3 kN/m3。挡土墙弹性模量为2.100×103MPa，泊松比为0.2，容重为22.5 kN/m3。抗滑桩弹性模量为3.180×103MPa，泊松比为0.2，容重为26.3 kN/m3。为保证模拟精度和运算效率，边坡坡面及模型边界分别按照0.5 m和2.0 m的精度划分网格。

3 计算结果分析

3.1 抗滑桩所受剪力分析

边坡开挖后，坡面岩土层在滑坡推力下，岩土体变形导致边坡开挖部分应力场发生改变，在没有加固措施的情况下，边坡易发生失稳破坏。因此对开挖后的边坡实施锚杆、抗滑桩、挡土墙的加固措施[4-6]。根据数值模拟分析，得出抗滑桩水平方向剪力及锚杆水平方向轴力，如图2所示。

图2 抗滑桩水平方向剪力及锚杆水平方向轴力

如图2(a)所示，抗滑桩水平方向所受剪力从上至下先增大再减小。在桩顶位置水平方向所受剪力最小，其值为10.7 kN。在滑坡推力下，从桩顶往下水平方向所受剪力逐渐增大，在达到4 m位置时，抗滑桩水方向所受剪力最大，为1.4×102kN。根据抗滑桩的材质属性，其许可剪力为4.5×103kN，抗滑桩所受最大剪力未超过其许可值，抗滑桩的材质符合工程要求。

如图2(b)所示，锚杆水平方向的轴力从上至下逐渐增大，在滑坡推力下，坡体最上方锚杆水平方向轴力最小，为10.04 kN。越靠近挡土墙的锚杆，水平方向轴力越大，最大值为1.66×102kN。根据锚杆所受轴力方式，可适当减小坡体最上方锚杆的长度，增加坡体最下方锚杆的长度，此方式可分担锚杆水平方向轴力，减小岩土体的应力集中。

3.2 边坡的位移分析

根据数值模拟对边坡的位移分析，得出边坡的水平位移和竖向位移，如图3所示。

图3 边坡的位移

如图3(a)所示，坡体开挖后，在滑坡推力作用下，坡体受力下滑，原边坡力学平衡被打破，边坡各点应力重新调整，达到新的平衡。边坡支护后，在滑坡推力作用下，边坡最大水平位移集中在风化土区域，距坡顶竖向距离在16.4～26.0 m范围内，水平位移最大值为5.2 mm。在竖向从坡顶至6.3 m范围水平位移最小。尽管坡体的开挖产生了较大的位移，但潜在滑动面基本没有变化。根据边坡防护要求，此处抗滑桩的预警水平位移为20 mm，抗滑桩的最大水平位移未超过其预警值，边坡处于稳定状态。由此说明，边坡的防护有效防止坡体下滑，满足工程要求。

如图3(b)所示，坡体开挖后，在滑坡推力作用下，坡体受力下滑。在边坡支护后，边坡的竖向位移往坡底下移，坡面大位移范围缩小。随着坡体的开挖，潜在滑动面向下偏移。边坡支护后，在滑坡推力作用下，边坡的最大竖向位移集中在风化土区域，风化土区域距坡顶竖向距离22.8～34.2 m范围内，竖向位移最大值为1.1 mm。根据边坡防护相关规范要求，此处边坡的预警竖向位移为20 mm，边坡的最大竖向位移未超过其预警值，由此说明，边坡的支护增强了边坡稳定性，消除了坡面下滑的安全隐患。

3.3 边坡岩土层所受应力分析

根据数值模拟对边坡岩土层所受应力分析，得出水平应力和竖向应力，如图4所示。

图4 边坡所受应力云图

如图4(a)所示，边坡支护后，坡体表面的风化土在滑坡推力作用下，从坡顶往下边坡岩土层所受水平方向应力先增大再减小，在距坡顶竖向距离10.8～18.4 m范围内的锚杆附近，水平方向应力达到最大，为6.7 kN/m。因水平方向应力范围占边坡岩土体总量的1.2%，可知边坡所受水平方向应力并不集中。根据现场边坡防护要求，边坡所受应力许可值为5.4×103kN/m，水平方向应力的最大值未超过许可应力值，由此可知边坡的岩土层应力并未集中，不会使边坡产生塑形应变。

如图4(b)所示，边坡支护后，坡体表面的风化土在滑坡推力作用下，从坡顶往下边坡岩土层所受竖向应力先增大再减小。增大的竖向应力主要集中在锚杆附近，在距坡顶竖向距离13.6～38.8 m范围内，竖向应力最大，为3.3 kN/m。距坡底竖向距离16.4～18.3 m范围内，在挡土墙附近竖向应力最小。根据现场边坡防护要求，边坡岩土层所受应力许可值为5.4×103kN/s，竖向应力的最大值未超过许可应力值。根据数值模拟结果，边坡稳定安全系数为1.35，边坡整体处于稳定状态。相较于开挖后的边坡稳定系数1.05，支护状态下边坡的稳定性有显著提高。

4 结 论

本文通过对边坡的支护措施进行数值模拟，对边坡支护抗滑桩的梁单元内力、平面单元内力及位移进行分析，实际测量与数值模拟位移进行对比，结果表明边坡支护后，抗滑桩所受剪力从上至下先增大再减小，在滑坡推力作用下，边坡的应力与应变未超过其许可值，边坡处于稳定状态。采用抗滑桩、挡土墙及锚杆的支护措施，可有效防止坡体下滑。