摘 要：以黔東北某山區公路高邊坡滑坡治理工程為例，基于FLAC3D軟件最大位移、最大剪應變增量等計算結果，結合施工難度、經濟性等因素，在三種方案中選取預應力錨索框架梁+抗滑樁復合支護為最佳支護方案。研究樁位對支護效果的影響，最終確定抗滑樁距錨索框架梁10m左右時支護效果最佳。竣工后的監測結果表明，邊坡的優化設計達到了預期效果。

　　關鍵詞：FLAC3D;高邊坡;支護方案;樁位;方案優選

　　0引言

　　隨著我國西南地區交通基礎設施的高速發展，山區公路建設日益增多，在地形陡峭部位形成的公路高邊坡，設計和施工時若支護整治措施不當，常出現落石、局部滑塌甚至滑坡等突發性、后果嚴重的地質災害，影響工程建設和運營安全。因此，山區公路高邊坡的治理及支護結構研究顯得尤為重要。

　　目前，常用的邊坡支護形式主要有混凝土擋墻、抗滑樁、預應力錨桿(索)、預應力錨桿(索)框架梁及前述支護形式間的組合等。候小強、馬洪生、王家偉、葉帥華等[1-4]研究了預應力錨桿在高邊坡支護中的應用情況，主要集中于預應力錨桿的受力分析和結構優化，預應力錨桿長度、直徑、錨固角度等參數的優化比選及相關施工技術。

　　在抗滑樁支護方面，劉鳴、譚朝瑞、李世文等[5-7]分析了抗滑樁的受力機理及變形規律，基于穩定系數、位移等設計參數對樁位、樁長、樁間距等關鍵指標進行了對比優化;張歆瑜[8]分析了錨索框架梁和錨索抗滑樁組合支護形式的受力機理、計算及施工要點;龍森、王大偉等[9-10]利用有限元軟件分別對使用錨桿、抗滑樁等支護方案進行了方案優選。

　　上述研究主要集中在某種支護形式的設計，方案優選也是在兼顧支護效果、施工難度、工程造價等因素的情況下選擇單一的支護形式，對復合支護方案的優選涉及較少，如抗滑樁和預應力錨索相結合的情況下，應如何進行設計優化。此外，巖土工程往往由于工程地質的不同而彰顯其復雜性，因此，邊坡治理在借鑒前人經驗的同時，更應考慮工程實際情況。

　　本文依托貴州省某山區公路高邊坡支護項目，該項目設計之初存在抗滑樁、預應力錨索框架梁和預應力錨索框架梁+抗滑樁復合支護三種方案，運用FLAC3D軟件對上述方案進行數值計算，在確定錨索框架梁+抗滑樁復合支護為最終方案的基礎上，改變抗滑樁的位置，從而達到最佳支護效果。可為類似高邊坡支護工程提供設計思路。

　　1工程概況

　　1.1工程地質條件

　　滑坡段公路位于黔東北山區，山勢陡峻，地形坡度20°～40°，原有支護結構為擋土墻，坡下坐落有食品加工廠和民居區。

　　部出現后緣張拉裂縫，縫寬20～40cm，下挫位移10～30cm。邊坡上部松散堆積體已有滑動跡象，滑體高約64.7m，平均厚13.6m，現有支護結構已不滿足山體穩定的基本要求，需重新支護。勘測表明：滑坡區自上而下為松散堆積體(耕植土和黏土)、強風化砂質頁巖、中風化砂巖及弱風化灰巖。典型工程地質斷面。

　　耕植土，黃褐色，稍濕，厚度0.5～1.0m，主要為黏土，含較多植物根系，結構疏松。強風化砂質頁巖，黃灰色及青灰色，粉砂狀泥質結構，薄層-中厚層狀構造，巖體較破碎，基本質量等級為Ⅲ～Ⅳ類。中風化砂巖，黃灰色及青灰色，砂質結構，中厚層狀構造，巖體基本質量等級為Ⅱ~Ⅲ類。

　　弱風化灰巖，青灰色及深灰色，隱晶結構，中厚層狀構造，巖體較完整，巖質較堅硬。場地內地表水不發育，主要為雨季大氣降水坡面流，根據鉆探結果，滑坡區內地下水貧乏，未見穩定地下水位，可不考慮地下水對本工程的作用，該邊坡安全等級為二級。

　　1.2滑坡形成機理

　　根據場區勘測資料和滑坡的受力狀態，認為該滑坡為推移式滑坡[11]。主要考慮兩點因素：首先是雨季連續強降雨導致的外荷載增加，大量雨水滲入并滯留于滑體上部透水性較好的強風化巖土體中，從而顯著加大了巖土體的重度和下滑力;其次是耕植土和強風化砂質頁巖強度低、穩定性差。在這兩方面因素共同推動下，先由上部巖土體松動下滑，當下部抗滑力無法抵抗上部推力時，導致滑體產生整體式位移。

　　2支護方案優化分析

　　2.1FLAC3D建模及參數選取

　　目前，邊坡設計常用的方法主要有極限平衡法、極限分析法和數值分析法等[12]。本文運用FLAC3D軟件建立模型。基于穩定系數、位移、剪應變增量等計算結果，綜合考慮施工、經濟等方面的因素，找出最優設計方案。依據勘察資料，巖體物理力學參數。邊坡未支護時的變形。邊坡最大水平位移917.67mm，最大沉降645.69mm，穩定系數0.992，處于臨界狀態。模擬結果與現狀相符，說明邊坡急需支護。

　　2.2不同支護方案對比

　　抗滑樁具有抗滑能力強、適用條件廣、穩定性高、施工簡單等優點，廣泛應用在淺層和中厚層滑坡之中[13]。錨索(桿)框架梁由于其節省工程材料、工程造價低、邊坡綠化效果好、隨機補強等優點，在邊坡治理中尤其是巖質(破碎巖體)邊坡有很強的實用性[14]。

　　該滑坡治理初步確定了抗滑樁、預應力錨索框架梁、抗滑樁+預應力錨索框架梁聯合支護三種方案。方案1為預應力錨索框架梁支護，設二級邊坡，中間設4m寬平臺，框架梁采用截面尺寸50cm×50cm的矩形截面，彈性模量取20GPa，錨索水平及豎向間距均為3m，錨固段長為9m，錨固于弱風化灰巖中，錨固噸位30t，每孔錨索6束鋼絞線，錨索傾角為25°;方案2為抗滑樁支護，抗滑樁樁徑2m×3m，彈性模量取30GPa，嵌入弱風化灰巖8m，兩排抗滑樁間距10m;方案3為抗滑樁+預應力錨索框架梁組合支護，邊坡下方布置抗滑樁，樁參數及嵌巖深度同方案2，邊坡上方為預應力錨索框架梁，設計參數同方案1，抗滑樁與預應力錨索錨頭間距20m。

　　方案1最大水平位移為18.95mm，位于滑體中上部;方案2最大水平位移39.55mm，位于滑體下部;方案3最大水平位移為24.40mm，位于滑體中部。方案1的最大水平位移最小，方案2最大，方案2和方案3比方案1的最大水平位移分別增加了108.71%和28.76%。因此，就最大水平位移這一單一指標而言，方案1最佳。

　　引入剪應變增量、穩定系數等計算結果，并結合三種方案的工程特點及工程造價，以確定最優方案。方案2在計算指標和工程造價方面最差，因此首先排除。方案3和方案1在穩定系數、最大剪應變增量等計算指標上相差不大，造價上方案3也只比方案1略大3.17%，因此兩種方案均可采用。著重比較工程特點，方案1和方案3中，預應力錨索框架梁施工不易操作，需要坡面清理等工序并將破壞原有綠化，且錨索的預應力損失將降低結構的耐久性，因此方案3優于方案1。

　　推薦方案3。方案3為抗滑樁+預應力錨索框架梁聯合支護，現研究樁位的最佳位置，進一步優化。以與最下排預應力錨索錨頭的距離為基準初選4個樁位，分別為：#1距離32.4m;#2距離20.0m;#3距離10.1m;#4樁距離1.5m。樁位布置及各樁位水平位移。#1～#4最大水平位移分別為34.31，24.40，14.71，12.59mm，其中#1，#2，#3最大水平位移發生在滑坡中上部，#4最大水平位移發生在滑坡的下部，單就最大水平位移而言，#4樁位最優。為了更好更直觀地進一步比較上述四種樁位，引入穩定系數、最大剪應變增量等計算結果。

　　相較于其他兩個樁位，#3和#4更合理。#3的優勢在于穩定系數最大且最大剪應變增量最小，而#4的最大水平位移最小。綜合考慮這兩個樁位，首先，#3的穩定系數為1.616，比#4的1.421大了13.72%，其穩定系數甚至比上文方案1的穩定系數1.547增加了4.46%;其次，#4的最大水平位移出現在滑坡的下部，其原因在于#4與最下排預應力錨索錨頭的距離僅1.5m，距離過近導致滑體下部無任何支護，存在滑體下部再次滑動的安全隱患。因此，綜合而言#3樁位，即抗滑樁與最下排錨索錨頭距離在10.0m左右為最佳方案。

　　3治理效果

　　該滑坡治理最終采取抗滑樁+預應力錨索框架梁聯合支護方案，抗滑樁與最下排錨索錨頭距離10m。治理前后的加固效果計算結果。采用聯合支護方案后，治理效果明顯提高，邊坡穩定系數提高了62.90%，最大水平位移降低了98.40%。竣工后，對滑坡中上部，即#3樁位進行孔口位移監測，歷經一年多的監測結果。第一個月位移速率較大，位移約為4.0mm，之后位移增速減緩，施工半年以后移位趨于穩定，一年期滿孔口位移穩定在10.8mm附近，表明該邊坡的優化設計達到了預期的支護效果。

　　4結語

　　本文運用FLAC3D對黔東北山區公路滑坡治理方案進行了優選。(1)抗滑樁+預應力錨索框架梁聯合支護為最佳治理方案，且抗滑樁與最下排錨索錨頭的最優距離為10m。(2)樁位對該聯合支護方案的影響較大。抗滑樁離預應力錨索框架梁越近，最大水平位移和沉降越小，但需考慮最大位移出現的部位是否有利于邊坡的長期穩定。(3)滑坡治理方案的比選有其復雜性，在確定治理方案時不光要比較位移、穩定系數、最大剪應變增量等計算結果，更要綜合考慮施工、造價及支護結構的耐久性。

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　　作者：鄭中元1，向晉源2