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摘要：抗滑桩作为治理滑坡的有效工程措施，在边坡加固工程、滑坡地质灾害防治中得到了广泛应用。本文从抗滑桩加固边坡结构设计与施工出发，分析了工程上常用弹性桩的桩端内力变化计算过程；通过结合算例分析了抗滑桩加固边坡的塑性分布特征，探讨了边坡破坏模式及其加固范围，可为此类的设计和施工提供借鉴。
关键词：路基工程；抗滑桩；稳定性；计算；分析
引言
边坡稳定性问题涉及我国经济发展中公路、铁路、水利等多个工程领域。目前，随着社会经济的不断发展，在工程施工中经常会遇到边坡稳定问题，若处理不当，边坡失稳产生滑动，不仅影响工程进展，还有可能导致工程事故甚至危及人民群众的生命安全，因此必须引起重视。而抗滑桩是近几年来得到广泛应用的一种新型阻滑支挡加固构筑物之一。它是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层的滑坡，是一种抗滑处理的主要措施。本文将对抗滑桩加固路基边坡的稳定性进行分析研究。
1 抗滑桩内力计算
工程上常用弹性桩作为加固形式之一，主要设计与施工要素为：内力和变形。实施过程中：在计算坡体滑动面以下的桩身内力、位移和桩侧向压力时，通常需要确定桩的变形系数。
1.1 m法
该法是根据弹性地基上的连续梁在挠曲后的力学方程常用幂级数解答出的。地基梁挠曲方程为：
（1）
式中：P为地基岩土作用于抗滑桩的水平反力（kN/m3）。
假设桩作用在岩土上的水平应力等于抗滑桩上计算点的水平位移x与计算点处的地基系数CH的乘积，即P=xCHBP，由于CH随桩深度y呈正比关系，故
P=xCHBP=mHyxBP（2）
通过力学求解该组幂级数的方程式，得到抗滑滑动面以下桩结构任一截面的四个物理参数（初始参数为抗滑桩起始端的位移、转角、弯矩和剪力四个物理量，即y=0时的x0、φ0、M0和Q0）解为：
侧压力：
σy=mHyxy（4）
式中：Ai、Bi、Ci、Di分别为桩身截面的换算深度，而不同的“m”法无量纲影响参数值（i=1，2，3，4），具体见文献[3]。
（1）当抗滑桩底为固定端
xh=0，φh=0，但Mh≠0，Qh≠0将计算参数代入上式的前面两式，联立可求解。
将x0和φ0再代入上式，可获得桩身任一截面处的内力和变位。
（2）当抗滑桩底为铰支端
xh=0，Mh=0，但φh≠0，Qh≠0再不计桩底的弯矩影响。将计算参数代入上式的1，3式，联立可求解。
2 实例分析
某公路地处重丘山区，地质情况差异性大，坡面汇水范围大，属高填深挖岩土边坡、岩石风化导致边坡滑坡成为了路基工程的关键技术。若边坡防护加固不当，不但浪费防护加固投资，而且更能诱发滑坡，会造成严重交通阻塞，恶性事故发生。
本文以第七标段为研究范围，其重点边坡岩土主要为页岩，在工程地质、节理断裂、风化和地表水、地下水内外构造力的作用下，各种岩土介质在不同路段均造到不同程度的变形与破坏。文中以K123+300边坡为算例进行抗滑桩加固分析。
该边坡岩土层厚6～30m。风化后出现褐色和黄褐色。层理十分发育，韵律细，粘质层和泥质层互替发育，其分布厚度一般为1～3m，局部则达到0.2m。
岩体性脆，易破裂，一方面沿结构面剥离，另一方面弱面发育。在裂隙面上，常伴有褐铁薄膜。岩层产状稍缓，产状为320°∠22°，主要结构面产状为186°∠70°，其密度为24条/m。
抗滑桩加固模型采用位移边界约束条件：边坡体底部为固定边界，左、右水平边界采用水平位移约束，坡上表面为自由。本次计算的网格共划分为2524个节点，6311个单元，为保证计算的准确度，计算网格划分如图1所示。
图2是通过现代计算技术获得的抗滑桩加固边坡塑性区分布图。根据塑性区的分布特征可以对加固的边坡进行稳定性判断。工程上，往往是用塑性区是否贯通来控制计算的收敛性，当计算收敛时，边坡计算是稳定的，当计算未收敛时，边坡出现不同程度的贯通塑性区存在，边坡将失稳。根据文中抗滑桩加固方案，当形成从坡脚到坡顶贯通的塑性区时，意味着该边坡出现潜在的滑动的可能性，若没有形成贯通的塑性区则意味着边坡暂时是稳定的。在抗滑桩未加固情况下，边坡呈现出从坡底到坡顶贯通的塑性区，该边坡已出现了失稳。在抗滑桩加固之后，塑性区分布有了明显的改善，塑性区主要分在坡脚沿抗滑桩顶部的局部区域，在抗滑桩下部沿坡脚范围塑性区比其他区域要大，这是该边坡加固的重点范围所在，一旦塑性区贯通，并沿第二级平台发展，抗滑桩将失去加固效果。从图2所示，抗滑桩已明显的阻止了塑性区的进一步扩展，在抗滑桩后部，已无塑性区的贯通，且坡顶也没有出现失稳的塑性区，同时在边坡深部已无塑性区的存在，表明该加固技术效果明显，控制了边坡滑动的可能性。
通过抗滑桩内力计算，可以从图2的塑性区分布图得到抗滑桩加固塑性区的分布规律。在抗滑桩顶部出现微小的塑性区，沿桩身塑性区进一步扩展，在桩的顶端沿坡面出现了逐渐贯通的塑性区，呈现边坡从坡顶沿坡脚的剪切破坏模式，因此，将抗滑桩设置在边坡的中下部是减少灾害发生的关键位置所在。因此理论计算与工程实践相吻合，这为抗滑桩加固的破坏模式和加固范围提供的有益借鉴。
3 结论
综上所述，抗滑桩是加固治理滑坡的一种行之有效的方法，具有抗滑能力强、施工方便、治理效果好等优点，已在世界各国的滑坡治理中得到了广泛的应用。目前，抗滑桩及其加固工程设计计算方法虽取得了一些进展，但许多方面仍有待研究。例如在工程实践中发现，抗滑桩桩侧与岩土体的相互作用非常复杂，这一影响值得研究；此外，对抗滑桩的设置位置、埋置深度、破坏形式等问题也需进行进一步的研究。随着施工技术、机具设备的改进以及对影响抗滑桩设计的各种因素的试验研究的开展，尤其是其所具有的优点，一定会在我国工程建设中得到快速发展。
参考文献：
[1] 王聪聪，李江腾，廖峻，郝瑞卿，刘博.抗滑桩加固边坡稳定性分析及其优化[J].中南大学学报（自然科学版）.2015（01）
[2] 周兵.抗滑桩加固边坡稳定性分析及有限元模拟[J].建材与装饰.2016（28）
[3] 戴自航，彭振斌.抗滑桩全桩内力计算“m-K”法的有限差分法[J].岩土力学，2002，23（3）：321－328.
论文作者:闫寒
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/23
标签：塑性论文; 岩土论文; 工程论文; 内力论文; 滑坡论文; 位移论文; 产状论文; 《基层建设》2017年4期论文;