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摘要：本文笔者对复杂山区地带高山陡坡稳定性展开分析，并以某工程为例，分析在实际施工过程中需要注意事项及应用效果。旨在为今后实际工程设计提供参考。
关键词：复杂山区地带；高山陡坡效应；梁桩基受力性能；探析
1复杂山区地带高山陡坡稳定性分析
1.1 高山陡坡模型计算和分析
图1为复杂山区地带高山陡坡桥梁桩基的受力模型，首先需要对边坡岩土体和桥梁桩基之间的作用力进行分析。对于潜在滑动面之上的桩段，作用力包含桩前岩土体抗力以及滑坡推力。在潜在滑动面之下，主要受到的作用力是地基抗力。对于滑坡推理可以根据设计位置的推力线进行确定，分布的形状分为抛物型、三角形和矩形等形状[1]。桥梁桩基和高山陡坡之间的作用关系可以根据以下方式展开分析。首先可以将梁桩基当做是一个特殊的分条，在这个分条上承受着滑动推力，而且会将桩基上存在的桩前土条推力传到下一个分条上，并且会将这个力作为分条的外力计算，但是基桩对于桩前岩土体产生的力则需要将其纳入到内力中计算。
图1 高山陡坡桥梁桩基受力模型
Fig. 1 force model of pile foundation of bridge on alpine steep slope
1.2 梁桩基受力分析
对于高山陡坡梁桩基的受力分析思路如下：首先需要将梁桩分为两个不同的段落，即嵌固段和受荷段。潜在滑动面以上的非稳定阶段的桩前岩体抗力以及桩后的推力需要进行相应的简化。潜在滑动面以下岩体的抗力可以采用地基反力系数进行计算，最终构建桥梁桩基的受力分析模型。
（1）剩余下滑力，根据我国所进行的大量的滑坡现场和试验等发现桩后坡体华丽分布大多表现为三角形、矩形和梯形等，因此结合当地工程实际情况可以选择通式进行计算，即：qz=az2+bz+c。其中公式中的a、b、c等分别表示待定系数，z代表所需要计算的点到桩顶端的距离。
（2）地基抗力，高山陡坡地基抗力的计算必然会受到坡度的影响，所以应当折减桩前岩土体抗力，计算公式为p（x，z）=ηK（z）b1x。其中公式中的x代表基桩水平位移的数值，η表示折减系数，若坡度比例在1:20之下，系数需要取值1，若坡度比例大于1:20.稳定坡度系数去0.5，如果属于不稳定边坡，系数都需要取值0.
（3）桩身轴力假定，假设桩侧摩擦力以及桩体自重随着深度呈现出线性变化，那么可以采用函数p（z）=p+fz进行计算，其中f代表轴力增长的系数，p代表的是桩段顶部的竖向荷载。
1.3 陡坡与梁桩基之间的影响作用
桩基受力特性和一般桩基受力特性之间存在差异的主要原因是受到高陡横坡的影响[5]。桩基在一定范围之内存在着不可被忽视的水平力，桩段也会因此产生比较大的水平位移。不少人都清楚，水平力或者水平位移过大必然会对桥梁的桩基结构产生不良影响，最终对桥梁自身的安全产生严重威胁。本次分析过程中需要采用有限元软件建立起相关的计算模型，使围岩体本身弹性模量发生变化，最终分析桩基结构受到的受力以及发生的变形情况。
1.4 建立和解答方程
对于上文中提及的公式，以及任意桩段的平衡微分方程可以采用幂级数法进行详细的计算，比如n组初参数方程中包含了4n个未知数，但是桩段边界和桩顶之间包含了4个相对的独立方程，各个特征桩段之间的弯矩、剪力、转角等包含4（n-1）个独立方程，将这些方程联立求解，最终计算桩身的位移以及内力。结合计算过程，本文采用MATLAB进行编程，具体的过程如表1所示：
表1 编程流程图
Table 1 programming flow chart
2复杂山区地带高山陡坡效应梁桩基受力性能分析——以某工程为例
为了验证本次研究过程中假设是否正确，以某工程为例进行计算验证。某桥梁工程的梁桩基础建设在斜坡上，桩长度为30m左右，其中20m为嵌固段，10m为受荷段，自由段为0米，桩径为3米，桩自身重度为25KN/m3.受荷段地基抗力比例系数为m1=5MN/m4，嵌固段地基抗力比例系数为m2=50MN/m4，桩顶作用：水平荷载数值为170KN，竖向荷载数值单位9MN，偏心弯矩1MN•m。坡体的剩余下滑力合力为500kn。表2为本次计算结果。
表2 某工程计算结果比较
Table 2 Comparison of calculation results of a project
根据优化算法和条分法对本次数据进行进一步的计算分析，加之受到施工因素的影响，对于桥墩下部边坡的稳定性产生了不良影响，经过计算得出本次工程的桥墩下部安全系数为1.2。在实际勘察中发现，桥墩在施工的过程中对于边坡的表面产生了一定的破坏，而且考虑到桩基横坡上所产生的水平位移等对于整个桥梁结构产生的不利影响。通常而言，边坡的安全系数应该提高到1.3以上，仍然需要在局部使用短锚杆来对桥梁结构进行加固，或者种植适当数量的制备来保护桥梁结构。锚杆格构梁是一种新型的边坡防护结构，将锚杆和格构梁有机结合起来，这样不但可以巩固边坡深部的加固效果，而且也可以防护边坡表面，避免受到破坏，通常情况下适合坡度比较抖、适合节理发育的岩土边坡，更是减少地质灾害的有效措施[2]。
另外综合桥梁的实际情况，桥墩上部边坡所采取的防护措施为1型锚杆+格构梁+植草，其中锚杆的长度控制在9m至12m之间。锚固长度处于4m至6m之间，锚杆间距为3m×3m，格构梁中将黏土回填其中，封水之后种草。桥墩下部边坡所采用的防护措施为2型锚杆+格构梁+植草方案，其中锚杆的长度控制在12m至15m之间，锚固定程度控制在6m至8m之间[3]。锚杆间距与桥墩上部一致，之后进行封水种草。桩基附近采用四排纵向的锚杆模式，自由段需要穿过桩基，让锚固段可以伸到桩基内侧边坡更深层位置，如果锚杆的长度过长可以采用锚索形式。通过一系列的加固措施之后，该桥梁工程在加固之后边坡稳定系数为1.32，桩顶的最大水平位移达到4.8mm，小于规定的6mm。本次工程已经实施了1年多时间，根据现场的检查结果来看，已经达到了预期目的，而且边坡和桥梁桩基安全也得到了较好的保障。
3 结论
本文对桥梁桩基受力情况进行分析和研究，并结合某工程的实际情况进行进一步的深入分析，最终得到如下结论：第一，根据有限元分析可以发现，高陡横坡的变化情况对于梁桩基影响较大，水平力和水平位移更是影响显著；第二，讲桥梁桩体单独划分成土条进行相应分析，将基桩对桩前岩土体的作用力当做是条间力，这可以根据基桩的内力分析开展具体的计算。第三，结合上述方法对某工程桥梁进行加固和维护，采用的维护措施为锚杆格子梁，加固之后该桥梁工程的稳定系数从1.2增加到1.32，而且桥梁的桩顶最大弯矩以及水平位移等都有所减少。因此开展梁桩基受力分析具有重要价值。
参考文献
[1]戴国亮,龚维明,朱建民. 山区桥梁桩基自平衡试验[J]. 公路工程,2017,(02):12-22+28.
[2]孟凯. 季节冻土区光伏支架螺旋桩基受力性能研究[D].哈尔滨工业大学,2016.
论文作者:潘艮
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/4
标签：桩基论文; 高山论文; 陡坡论文; 桥梁论文; 受力论文; 抗力论文; 系数论文; 《基层建设》2017年第34期论文;