徐峰光，韩 雨，赵 丹

(中冀建勘集团有限公司，河北 石家庄 050200)

0 前言

山区边坡工程地形地貌复杂，边坡工程稳定性问题较为普遍，因此，为了使边坡有较大的安全储备，在进行加固设计时，通常采用有较大抗剪能力的抗滑桩对边坡进行加固。李建平等[1，2]对桩基加固地铁高速涵洞的效果进行了多方案的对比研究，随后采用三维有限元对后续的桩基沉降位移进行了可靠预测，将数值计算结果与施工过程中的监测数据进行对比，验证了数值计算结果的可用性，并进一步采用数值模拟对未来工程项目使用年限内的沉降位移进行了预测，结果表明，该桩基加固方案稳妥可行。敬静等[3-5]采用基于快速拉格朗日差分方法的数值计算软件FLAC3D对桩基加固节理岩质边坡的施工效果进行了分析研究，在对边坡进行安全系数计算时，采用了强度折减法，详细探讨了边坡节理面倾角、桩设置长度、桩设置位置与加固后的边坡安全性的关系，结果指示：当桩长大于临界桩长时，继续增加桩的长度，在加固效果不会有明显提升，位于节理面以上的桩基长度决定着桩基对边坡的加固效果；桩基位置选择极大影响加固效果；此外，桩自身承受的剪力和抗弯弯矩对不同情况下的桩基均表现处周期性的变化波形，在桩身与岩质边坡的节理面交点处桩身所承受剪力最大，而剪力为0处，桩基所承受的抗弯弯矩最大。最后作者给出了桩基设计的建议，帮助了类似工程边坡的加固设计。李善等[6-7]试图通过对常见桩基施工加固措施和方法的对比基础上，获取新的可靠桩基加固施工方案从而解决工程中由于施工方法存在缺陷而导致的桩底脱空问题，其在确定了新的施工工艺后，对采用新的施工工艺的桩基加固工程进行了应力和变形监测，结果证明了所提新的施工工艺的性能。吴中鑫等[8-9]研究了传统反压系统的特点，提出了新的反压系统设置方案，从而为加固桥梁桥墩提供了经济、有效、可靠且能够缩短施工工期的新型方法，该方法得到了明确验证，为施工单位提供了帮助。陆亚明等[10-11]从三维角度对采用桩基加固形式的边坡安全系数变化进行了分析研究，通过采用有限元数值模拟中的强度折减法分别计算三种不同性质的桩基加固边坡后的效果，获取相应的安全系数，并作为基准值与规范中其他理论计算方法进行了对比研究，结果说明在采用不同性质桩基加固边坡时，理论计算方法应加以甄别后才能有效可靠计算加固后的边坡安全系数。

本文采用Geo-studio软件开展对位于某南方省份的实体土体边坡的桩基加固方案研究，主要分析了两排和三排桩加固方案条件下的临界滑面上的应力、弯矩、安全系数随着计算时程的变化过程和最终平衡状态的安全系数值，用以反应不同数量桩基设置时，边坡稳定性的特点。

1 工程地质

该工程位于某南部省份海边山区公路旁边坡，边坡的稳定性对于道路的通畅运营至关重要，边坡剖面示意图如图1所示，边坡土体主要有三层组成，最下层为花岗岩基岩层，中间层为弱风化花岗岩层，最上层是全风化残积土层，表1总结了各层材料的物理力学参数。

图1 土质边坡剖面

表1 各层材料物理力学参数

2 Geo-studio简介

Geo-studio软件建模方便，计算效率高，同一边坡，不同加固方式设计效果研究时，不需要重复建模，只需改变或者增加相应的加固条件，即可实现重复高效计算，从而为边坡工程的研究提供了极大便利。

3 构建实体工程模型

由图1中的实体土质工程边坡，构建相应的数值模拟计算边坡模型，首先构建边坡轮廓，划分不同区域，用以区别不同的材料层，并建立相应材料属性赋予各个土层，最后，用于计算的土质边坡数值模型如图2和图3所示。

图2 两排桩基加固边坡模型

图3 三排桩基加固边坡模型

4 数值模拟结果

分别比较两种桩基不同数量加固条件下的边坡安全系数，从而确定有效的加固边坡的桩基设计方案。

4.1 两排桩基加固时

如图4所示是采用两排桩基对该土质边坡进行加固时的计算结果，图中主要表征了计算后的安全系数，同时有边坡形态，相应安全系数的临界滑面，以及数值计算过程中采用的计算方法-条分法和各层材料图例，由图可知，在采用两排桩基桩端持力层进基岩的加固方式对其加固后，土体边坡的安全系数为1.117，该安全系数值大于1，表明采用两排桩基加固时，能够使边坡稳固，但是安全系数与1.0较为接近。

图4 两排桩基加固时的计算结果

如图5所示是对应两排桩基加固方式时的临界滑面上的力学参数的变化过程，由图可知，计算过程中，临界滑面所承受的力逐渐增大，而所承受的弯矩则随着计算时程的增加而不断减小，最后，力和力矩均达到了一个平衡值，该平衡值对应相应的安全系数。

图5 两排桩基加固时力学特性变化

4.2 对实体土质边坡工程三排桩基加固时

如图6所示是采用三排桩基对该土质边坡进行加固时的计算结果，图中主要表征了计算后的安全系数，同时有边坡形态，相应安全系数的临界滑面，以及数值计算过程中采用的计算方法-条分法，由图可知，在采用三排桩基桩端持力层进基岩的加固方式对其加固后，土体边坡的安全系数提升为1.186，明显高于采用两排桩基进行加固时的值，同时，该安全系数值大于1，表明采用三排桩基加固时，能够使边坡稳固，此时，边坡的安全系数相较于采用两排桩基加固方式加固时的值更为远离1.0的临界安全系数值，因此，由此安全系数表征结果，可以看出，采用三排桩基对边坡进行加固时更为可靠。

图6 采用三排桩基加固时模拟结果

由图7所示，三排桩基加固方式下，实体土质边坡工程的临界滑面上的力学参数变化过程与采用两排加固方式时类似。因此，在计算过程中，临界滑面所承受的力逐渐增大，而所承受的弯矩则随着计算时程的增加而不断减小。最后，力和力矩均达到了一个平衡值，该平衡值对应相应的平衡时的安全系数。说明数值软件计算过程中，土体所承受的力和力矩不断变化，主要变化形式是，土体最初由于有着向下的运动趋势，而由于界面之间的摩擦作用，这种运动趋势受到阻碍，这就自然使土体所承受的力矩较大，而随着土体之间的相互摩擦蠕变，力矩逐渐转化成以力的形式存在于土体中，因此有了上述随着计算的不断向前，力和力矩的相应变化过程，这与实体开挖工程边坡开挖后的土体中的内力和内力矩变化过程一致，说明了计算过程的正确性和所获结果的有效性。

图7 三排桩基加固时的力学特性变化

5 结语

(1)该实体土质边坡工程在采用两排桩基进行加固时，其中，两排桩基桩端均保证进入基岩，计算所得该实体土体边坡工程的安全系数为1.117，与1.0值较为接近。

(2)该实体土质边坡工程在采用三排桩基进行加固时，其中，同样的，三排桩基桩端均保证进入基岩，建立固定端型桩基，计算所得该实体土体边坡工程的安全系数为1.186，高于两排桩基加固时的安全系数。

(3)由于三排桩基加固方式所获边坡稳定性优于两排桩基加固方式的，因此，建议采用三排桩基加固方式。