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摘 要：在斜坡地基上进行路基填筑的施工，容易发生滑坡事故，抗滑桩板墙在路基边坡稳定性治理方面已经得到广泛应用，但以往对抗滑桩的研究多集中在路基填筑完成后的阶段。本文探讨了路基分层填筑施工过程对抗滑桩板墙内力和位移变化规律的影响。结果表明：抗滑桩最大位移发生在桩顶，桩板墙水平位移随着路基填筑高度的增加而增加，但是增长率逐渐减小，并趋于稳定。
关键词：斜坡地基;桩板墙;位移
中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）24-0073-03
Numerical Study on the Influence of Subgrade Layered Filling on Slab-pile Wall on Slope Foundation
ZHI You LI Derong CHEN Gang LI Xuanjin MA Shaoming
（Yunnan Transportation Group Highway Construction Co.， Ltd.，Kunming Yunnan 677506）
Abstract： The construction of subgrade filling on slope foundation is prone to landslide accidents. At present， the anti-slide pile slab wall has been widely used in the treatment of subgrade slope stability， but the previous research on anti-slide pile is mostly focused on the stage after the subgrade filling is completed. This paper discusses the influence of subgrade layered filling construction process on the variation law of internal force and displacement of anti-sliding pile slab wall. The results show that the maximum displacement of anti-slide pile occurs at the top of pile， and the horizontal displacement of pile slab wall increases with the increase of the filling height of subgrade， but the growth rate decreases gradually and tends to be stable.
Keywords： the slope of foundation; slab-pile wall; displacement
在斜坡地基上填筑路基，較易引发路基的失稳、路基路面开裂等现象。针对陡坡路基的研究，大量的学者开展了相关研究，谢涛等[1]以某陡坡地基桩板墙支护路堤为研究对象，构建了以限制桩前地基土横向应变为核心、检算点桩体位移为表征的桩板墙长期变形状态评价方法;吴江等[2]以某高速铁路无砟轨道陡坡地段路肩式桩板墙工点为原型，研究由墙背土压力变化产生的路基附加沉降大小及分布形态;张智超等[3]提出了一个适用于陡坡路基的微型桩-加筋土挡墙结构，采用模型试验对三种不同加固工况的加筋土挡墙进行了对比研究。
为进一步了解桩板墙在路堤填筑过程中的内力和位移变化规律，本文以云南省临沧临翔至清水河高速公路为依托，采用有限元方法对路基填筑施工过程进行模拟，分析路基填筑工后抗滑桩板墙与土协同变形规律，以及路基填筑过程中抗滑桩板墙内力及位移变化规律，为其他施工提供借鉴。
1 工程概况
临沧临翔至清水河高速公路位于云南省临沧市临翔区、耿马县境内，是规划的昆明至临沧至耿马至清水河高速公路的重要组成部分，其项目路线全长约153.591 km。本文选用典型的K98+940断面进行研究，该断面路基填料来源于隧道开挖的洞渣。路基宽度38 m，路基的平均填筑厚度为14.06 m，抗滑桩长32 m，厚度2 m，其路基地质结构形状如图1所示。工程项目的施工步骤大致可分为：①地表土清理;②抗滑桩（桩板墙）的施工;③路基分层填筑。
2 数值模型建立
采用有限元ABAQUS软件建立路基对称性的三维数值模型，用其模拟路基施工分层填筑的过程。其底部边界采用全部约束的方案（U1=U2=U3=0）、沿着路堤横断面约束y方向的水平位移（即U2=0），左右两侧采用无限单元进行模拟半无限地基土体。对模型网格划分时，有限单元采用C3D8R类型，无限单元用CIN3D8类型进行划分计算，在数值模拟过程中严格按照施工顺序进行仿真。
2.1 模型计算参数
本文对卵石、砾石、粉质黏土及土石混填采用弹塑性摩尔-库伦本构参数计算，对白云岩（基岩）和混凝土桩板墙采用线弹性本构计算。其具体计算参数如表1所示。
2.2 模型中的接触作用
不同的两物体进行接触，其接触面必定存在着接触的作用。根据有关研究表明[4，5]，抗滑桩在外荷载作用下会产生桩-土之间的相对滑动和脱开，桩-土之间接触面的不连续变形;桩-土之间的接触应力包括垂直于接触面的正压力以及沿切线方向和环向的剪应力。在本文当中，对桩-土之间的接触采用Coulomb摩擦模型给表征，其接触面间的接触压应力为p，则摩擦模型中的极限摩擦力值为[τcrit=μp]，其中[μ]为土体与桩间的界面摩擦值，通常取值为[μ=0.4]。 3 数值计算结果分析
3.1 填筑施工引起桩板墙水平位移的变化分析
路基填筑施工的过程中，桩板墙主要受自路基向的主动土压力作用，而发生水平向的水平位移。为了解路基填筑施工对桩板墙的影响变化影响，分别提取路基每层填筑后对应的桩板墙水平位移值，路基每层填筑后对应的桩板墙深度与其水平位移的关系曲线如图2所示。
由图2可知，当路基分层填筑时，桩板墙的水平位移随着埋筑深度的增大而逐渐减小，呈现曲线的变化规律;随着路基填筑高度的增加，桩板墙的最大水平位移也逐渐增大，该现象主要源于樁板墙承受的土体主动土压力和被动土压力，桩板墙承受的主动土压力也随之增加，因此，其水平向位移也逐渐增大。路基每层填筑作用下的桩板墙最大侧向位移位于桩顶处，其最大的侧向位移值分别为5.29 mm、8.03 mm、10.14 mm、11.45 mm、12.43 mm和13.01 mm，其路基每层填筑下桩顶部的水平位移值增长率分别为51.8%、26.3%、12.9%、8.6%和4.7%，随着路基填筑高度的增加，桩板墙顶部的水平位移也逐渐增加，但是增长率逐渐减小，逐渐趋于稳定。该现象产生的原因是：随着路基填筑高度增加，桩板墙承受的土压力也增大，而桩板墙顶后的被动土压力值无变化，最终导致其水平位移也会增大，随着填筑次数的逐渐增加，桩顶的水平位移也逐渐趋于稳定。
3.2 填筑施工引起桩板墙剪力和弯矩的变化分析
图3和图4分别为路基施工完成后的桩板墙剪力图和弯矩图。自桩顶算起，约在桩身的4.6 m和19.2 m处分别达到了剪力与弯矩的最大值，其中最大剪力为1 940 kN，最大正弯矩为4 680 kN?m，最大负弯矩为3 630 kN?m。桩身剪力随桩板墙埋深度的变化而变化，即靠近桩体顶部的附近位置，其桩体呈现“小拱形”;桩体埋深度在4～20 m范围内，其桩体呈现“大拱形”，且存在最大峰值点，过后随着桩埋设深度增加，又呈现“小拱形”;桩身弯矩近似反“S”形，但上部的峰值点大于下部峰值点，说明抗滑桩的上部受力较大。
4 结语
采用有限元ABAQUS软件对临沧临翔至清水河高速公路的K98+940典型断面进行了三维数值模拟研究，得出三点结论。
①当路基分层填筑时，桩板墙的水平位移随着埋深深度的增大而逐渐减小，且最大水平位移位于桩顶处。
②随着路基填筑高度的增加，桩板墙顶部的水平位移也逐渐增加，但是增长率逐渐减小，逐渐趋于稳定。
③桩身剪力随桩板墙埋深度的变化而变化，在靠近桩体顶部的附近位置，其桩体呈现“小拱形”;桩体埋深度在4～20 m范围内，其桩体呈现“大拱形”，且存在最大峰值点，过后随着桩埋设深度增加，又呈现“小拱形”;桩身弯矩近似反“S”形，但上部的峰值点大于下部峰值点。
参考文献：
[1] 谢涛，罗强，张良，等.桩板墙支护下的高速铁路陡坡地基路堤变形演化特性[J].铁道学报，2020（10）：127-135.
[2] 吴江，张良，周成，等.高速铁路无砟轨道陡坡路基桩板墙侧向位移的影响分析简[J].铁道科学与工程学报，2018（3）：567-573.
[3] 张智超，陈育民.微型桩-加筋土挡墙路基结构的模型试验研究[J].东南大学学报（自然科学版），2016（S1）：217-224.
[4] 刘静.基于桩土共同作用下的抗滑桩的计算与应用研究[D].长沙：中南大学，2007.
[5] 陶波，佴磊，伍法权，等.抗滑桩与周围岩土体间相互作用力的分布规律[J].吉林大学学报（地球科学版），2005（2）：201-206.
关键词：斜坡地基;桩板墙;位移
中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）24-0073-03
Numerical Study on the Influence of Subgrade Layered Filling on Slab-pile Wall on Slope Foundation
ZHI You LI Derong CHEN Gang LI Xuanjin MA Shaoming
（Yunnan Transportation Group Highway Construction Co.， Ltd.，Kunming Yunnan 677506）
Abstract： The construction of subgrade filling on slope foundation is prone to landslide accidents. At present， the anti-slide pile slab wall has been widely used in the treatment of subgrade slope stability， but the previous research on anti-slide pile is mostly focused on the stage after the subgrade filling is completed. This paper discusses the influence of subgrade layered filling construction process on the variation law of internal force and displacement of anti-sliding pile slab wall. The results show that the maximum displacement of anti-slide pile occurs at the top of pile， and the horizontal displacement of pile slab wall increases with the increase of the filling height of subgrade， but the growth rate decreases gradually and tends to be stable.
Keywords： the slope of foundation; slab-pile wall; displacement
在斜坡地基上填筑路基，較易引发路基的失稳、路基路面开裂等现象。针对陡坡路基的研究，大量的学者开展了相关研究，谢涛等[1]以某陡坡地基桩板墙支护路堤为研究对象，构建了以限制桩前地基土横向应变为核心、检算点桩体位移为表征的桩板墙长期变形状态评价方法;吴江等[2]以某高速铁路无砟轨道陡坡地段路肩式桩板墙工点为原型，研究由墙背土压力变化产生的路基附加沉降大小及分布形态;张智超等[3]提出了一个适用于陡坡路基的微型桩-加筋土挡墙结构，采用模型试验对三种不同加固工况的加筋土挡墙进行了对比研究。
为进一步了解桩板墙在路堤填筑过程中的内力和位移变化规律，本文以云南省临沧临翔至清水河高速公路为依托，采用有限元方法对路基填筑施工过程进行模拟，分析路基填筑工后抗滑桩板墙与土协同变形规律，以及路基填筑过程中抗滑桩板墙内力及位移变化规律，为其他施工提供借鉴。
1 工程概况
临沧临翔至清水河高速公路位于云南省临沧市临翔区、耿马县境内，是规划的昆明至临沧至耿马至清水河高速公路的重要组成部分，其项目路线全长约153.591 km。本文选用典型的K98+940断面进行研究，该断面路基填料来源于隧道开挖的洞渣。路基宽度38 m，路基的平均填筑厚度为14.06 m，抗滑桩长32 m，厚度2 m，其路基地质结构形状如图1所示。工程项目的施工步骤大致可分为：①地表土清理;②抗滑桩（桩板墙）的施工;③路基分层填筑。
2 数值模型建立
采用有限元ABAQUS软件建立路基对称性的三维数值模型，用其模拟路基施工分层填筑的过程。其底部边界采用全部约束的方案（U1=U2=U3=0）、沿着路堤横断面约束y方向的水平位移（即U2=0），左右两侧采用无限单元进行模拟半无限地基土体。对模型网格划分时，有限单元采用C3D8R类型，无限单元用CIN3D8类型进行划分计算，在数值模拟过程中严格按照施工顺序进行仿真。
2.1 模型计算参数
本文对卵石、砾石、粉质黏土及土石混填采用弹塑性摩尔-库伦本构参数计算，对白云岩（基岩）和混凝土桩板墙采用线弹性本构计算。其具体计算参数如表1所示。
2.2 模型中的接触作用
不同的两物体进行接触，其接触面必定存在着接触的作用。根据有关研究表明[4，5]，抗滑桩在外荷载作用下会产生桩-土之间的相对滑动和脱开，桩-土之间接触面的不连续变形;桩-土之间的接触应力包括垂直于接触面的正压力以及沿切线方向和环向的剪应力。在本文当中，对桩-土之间的接触采用Coulomb摩擦模型给表征，其接触面间的接触压应力为p，则摩擦模型中的极限摩擦力值为[τcrit=μp]，其中[μ]为土体与桩间的界面摩擦值，通常取值为[μ=0.4]。 3 数值计算结果分析
3.1 填筑施工引起桩板墙水平位移的变化分析
路基填筑施工的过程中，桩板墙主要受自路基向的主动土压力作用，而发生水平向的水平位移。为了解路基填筑施工对桩板墙的影响变化影响，分别提取路基每层填筑后对应的桩板墙水平位移值，路基每层填筑后对应的桩板墙深度与其水平位移的关系曲线如图2所示。
由图2可知，当路基分层填筑时，桩板墙的水平位移随着埋筑深度的增大而逐渐减小，呈现曲线的变化规律;随着路基填筑高度的增加，桩板墙的最大水平位移也逐渐增大，该现象主要源于樁板墙承受的土体主动土压力和被动土压力，桩板墙承受的主动土压力也随之增加，因此，其水平向位移也逐渐增大。路基每层填筑作用下的桩板墙最大侧向位移位于桩顶处，其最大的侧向位移值分别为5.29 mm、8.03 mm、10.14 mm、11.45 mm、12.43 mm和13.01 mm，其路基每层填筑下桩顶部的水平位移值增长率分别为51.8%、26.3%、12.9%、8.6%和4.7%，随着路基填筑高度的增加，桩板墙顶部的水平位移也逐渐增加，但是增长率逐渐减小，逐渐趋于稳定。该现象产生的原因是：随着路基填筑高度增加，桩板墙承受的土压力也增大，而桩板墙顶后的被动土压力值无变化，最终导致其水平位移也会增大，随着填筑次数的逐渐增加，桩顶的水平位移也逐渐趋于稳定。
3.2 填筑施工引起桩板墙剪力和弯矩的变化分析
图3和图4分别为路基施工完成后的桩板墙剪力图和弯矩图。自桩顶算起，约在桩身的4.6 m和19.2 m处分别达到了剪力与弯矩的最大值，其中最大剪力为1 940 kN，最大正弯矩为4 680 kN?m，最大负弯矩为3 630 kN?m。桩身剪力随桩板墙埋深度的变化而变化，即靠近桩体顶部的附近位置，其桩体呈现“小拱形”;桩体埋深度在4～20 m范围内，其桩体呈现“大拱形”，且存在最大峰值点，过后随着桩埋设深度增加，又呈现“小拱形”;桩身弯矩近似反“S”形，但上部的峰值点大于下部峰值点，说明抗滑桩的上部受力较大。
4 结语
采用有限元ABAQUS软件对临沧临翔至清水河高速公路的K98+940典型断面进行了三维数值模拟研究，得出三点结论。
①当路基分层填筑时，桩板墙的水平位移随着埋深深度的增大而逐渐减小，且最大水平位移位于桩顶处。
②随着路基填筑高度的增加，桩板墙顶部的水平位移也逐渐增加，但是增长率逐渐减小，逐渐趋于稳定。
③桩身剪力随桩板墙埋深度的变化而变化，在靠近桩体顶部的附近位置，其桩体呈现“小拱形”;桩体埋深度在4～20 m范围内，其桩体呈现“大拱形”，且存在最大峰值点，过后随着桩埋设深度增加，又呈现“小拱形”;桩身弯矩近似反“S”形，但上部的峰值点大于下部峰值点。
参考文献：
[1] 谢涛，罗强，张良，等.桩板墙支护下的高速铁路陡坡地基路堤变形演化特性[J].铁道学报，2020（10）：127-135.
[2] 吴江，张良，周成，等.高速铁路无砟轨道陡坡路基桩板墙侧向位移的影响分析简[J].铁道科学与工程学报，2018（3）：567-573.
[3] 张智超，陈育民.微型桩-加筋土挡墙路基结构的模型试验研究[J].东南大学学报（自然科学版），2016（S1）：217-224.
[4] 刘静.基于桩土共同作用下的抗滑桩的计算与应用研究[D].长沙：中南大学，2007.
[5] 陶波，佴磊，伍法权，等.抗滑桩与周围岩土体间相互作用力的分布规律[J].吉林大学学报（地球科学版），2005（2）：201-206.