張文虎

（河北省南水北調(diào)工程建設(shè)管理局，石家莊 050035）

水工設(shè)計(jì)

抗滑樁在南水北調(diào)高邊坡加固工程中的應(yīng)用

張文虎

（河北省南水北調(diào)工程建設(shè)管理局，石家莊 050035）

抗滑樁作為加固滑坡體的一種有效措施，與其他抗滑工程如抗滑擋墻、錨桿等相比，其具有抗滑能力強(qiáng)、施工安全簡(jiǎn)便，并能進(jìn)一步核實(shí)地質(zhì)條件等突出優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于邊坡工程中。通過(guò)介紹南水北調(diào)總干渠渠段滑坡情況、抗滑樁加固設(shè)計(jì)，為類似工程提供參考。

抗滑樁；滑坡；穩(wěn)定分析

1 概況

1.1 工程概況

南水北調(diào)中線干線工程臨城縣段，總干渠設(shè)計(jì)流量220m3/s，加大流量240m3/s，過(guò)水?dāng)嗝娌捎锰菪螖嗝?，按挖填類型分為全挖方、全填方、半挖半?種斷面型式?？偢汕短?hào)146+700～147+200渠段為全挖方段，兩側(cè)邊坡坡比為1∶1～1∶1.75，最大挖深35～38m。

該渠段地層上部黃土狀壤土，下部全～弱風(fēng)化砂巖或泥巖，屬于土巖雙層結(jié)構(gòu)，以泥巖為主，巖層多傾向渠內(nèi)或下游，揭露F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3斷層，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，暴露后極易風(fēng)化，強(qiáng)度較低。施工開(kāi)挖工程量大，周期長(zhǎng)，巖體未及時(shí)防護(hù)極易遭受降水、風(fēng)化等外界條件破壞，導(dǎo)致總干渠左側(cè)邊坡穩(wěn)定性降低，發(fā)生裂縫、滑塌及滑坡等邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。

1.2 滑坡情況

總干渠樁號(hào)146+700～147+200渠段兩側(cè)邊坡共設(shè)五級(jí)馬道，于2010年11月開(kāi)始開(kāi)挖，至2011年5月基本完成總干渠過(guò)水?dāng)嗝嬉陨线吰麻_(kāi)挖后，以泥巖為主的二級(jí)至四級(jí)馬道之間左側(cè)邊坡開(kāi)始出現(xiàn)裂縫。2011年主汛期過(guò)后，總干渠樁號(hào)146+940～147+445渠段左側(cè)邊坡現(xiàn)了多處滑坡，屬淺層滑坡，多為降雨后產(chǎn)生，滑坡體厚度0.5～2m，左、右邊界及后緣主要受兩組節(jié)理面控制，滑動(dòng)面則主要受巖層面控制。

2012年11月～2013年4月，隨著過(guò)水?dāng)嗝娴膸r體開(kāi)挖、擋土墻基礎(chǔ)開(kāi)挖及對(duì)局部影響施工的滑坡松散體的清理，總干渠樁號(hào)146+740～147+170渠段發(fā)生滑坡。

該塌滑體呈扇形分布，后緣裂縫長(zhǎng)度達(dá)110m，兩側(cè)邊界（垂直渠道方向）長(zhǎng)度約50m。塌滑面為沿砂巖與泥巖交界處的斷層破碎帶滑動(dòng)，產(chǎn)狀約為105°～120°∠38°～41°，具上陡下緩的特征?；S基本為垂直渠道方向，傾向渠內(nèi)，長(zhǎng)度45m。在塌滑體下部可見(jiàn)明顯滑動(dòng)鼓丘。塌滑體后壁直立，破裂緣自二級(jí)至四級(jí)馬道間呈不規(guī)則弧狀分布，延伸長(zhǎng)110m，后壁裂縫寬0.2～0.6m，深度5～10m。 封閉洼地寬1.0～5.0m，深度2m。在塌滑體的表面分布有數(shù)條縱向拉裂縫，形成多級(jí)滑動(dòng)臺(tái)階，巖土體被分割呈多個(gè)不規(guī)則條塊狀，具有前傾趨勢(shì)，裂縫上口張開(kāi)寬度達(dá)1～2m。塌滑體的前緣邊界已侵入渠道內(nèi)側(cè)，侵入寬度最大10m。

2 邊坡加固方案布置

根據(jù)探槽及擋墻基礎(chǔ)開(kāi)挖揭露成果，通過(guò)在一級(jí)馬道以上削方減載、巖質(zhì)坡面掛網(wǎng)噴護(hù)、過(guò)水?dāng)嗝嬖黾犹劭刂剖┕{砌石擋土墻支護(hù)等措施，可以減少?zèng)_溝、淺層滑坡、泥砂巖崩解坡體卸荷變形可能性，但無(wú)法有效控制邊坡深層滑動(dòng)可能性。因此，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，決定左側(cè)邊坡過(guò)水?dāng)嗝嫫卤缺３?∶1不變，過(guò)水?dāng)嗝嬉陨掀卤扔?∶1～1∶1.75調(diào)整為1∶2～1∶2.5，并在馬道分級(jí)設(shè)置抗滑樁+擋土墻、錨桿框格梁等工程措施降低深層滑坡可能性。

2.1 抗滑樁布置原則

（1）抗滑樁布置以保持一級(jí)馬道及以一級(jí)馬道以下邊坡穩(wěn)定為主要目標(biāo)，結(jié)合施工組織，抗滑樁在一級(jí)馬道寬平臺(tái)施工。

（2）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)漿砌石擋墻砌筑情況，參考滑坡推力線布置在一級(jí)馬道靠近二級(jí)邊坡坡腳。

（3）根據(jù)邊坡穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求條件，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，抗滑樁按受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足截面強(qiáng)度，一級(jí)馬道抗滑樁+擋墻+渠底抗滑樁組合結(jié)構(gòu)渠底框架體應(yīng)滿足壓桿穩(wěn)定要求。

（4）一級(jí)馬道抗滑樁圓形截面樁徑按不超過(guò)1.8m控制，一級(jí)馬道布樁不超過(guò)兩排，排距按樁截面寬度2～3倍確定。

（5）一級(jí)馬道抗滑間距最小按2.5樁徑控制，并參考硬塑粘土地層條件控制不大于6m。

2.2 抗滑樁布置

2.2.1 一級(jí)馬道抗滑樁布置

樁號(hào)146+700～146+800左側(cè)一級(jí)馬道外側(cè)腳處布置一排鋼筋混凝土抗滑樁，樁徑1800mm，樁長(zhǎng)22m，順渠向間距4.5m；樁號(hào)146+800～147+000布置兩排抗滑樁，樁徑1800mm，樁長(zhǎng)25m，等邊三角形布置，間距4.5m；樁號(hào)147+000～147+150布置一排抗滑樁，樁徑1800mm，樁長(zhǎng)25m，順渠向間距4.5m?？够瑯俄斣O(shè)2.8m×1.1m（或6.8m×1.1m）聯(lián)系梁，并通過(guò)素混凝土結(jié)構(gòu)與二級(jí)邊坡坡面框格梁“無(wú)厚度”永久縫連接。

2.2.2 二級(jí)馬道抗滑樁布置

為固定三級(jí)邊坡坡面框格梁，在樁號(hào)146+700～147+200渠段二級(jí)馬道外側(cè)坡腳處布置一排抗滑樁，樁徑400mm，樁長(zhǎng)10m，間距2.5m，樁頂布置800mm×800mm聯(lián)系梁。

2.3 邊坡框格梁防護(hù)布置

二、三級(jí)邊坡新增錨桿鋼筋混凝土框格梁防護(hù)，錨桿長(zhǎng)5，11m，直徑32mm，全長(zhǎng)粘結(jié)型，錨桿直徑110mm，間距3.0m×1.6m（水平×豎向）?？蚋窳洪g坡面采用100mm厚掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)砌封閉坡面。

2.4 邊坡排水布置

一級(jí)馬道（不含）以上巖質(zhì)坡面增加DN90PVCU排水管，排水管長(zhǎng)20m，仰角10°，間距6m×3.2m（水平×豎向）。一級(jí)馬道 （不含）以上巖質(zhì)坡面原有DN50PVC-U排水管，排水管長(zhǎng)5m，仰角10°，間距3m×1.6m（水平×豎向），噴射面原泄水管間距3m×1.6m（水平×豎向）。

典型斷面邊坡加固方案斷面如圖1。

圖1 典型斷面邊坡加固方案斷面

3 抗滑樁結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 抗滑樁結(jié)構(gòu)布置分析方法

一級(jí)馬道抗滑樁+擋墻支護(hù)組合結(jié)構(gòu)計(jì)算基于剛體極限平衡法與彈性地基梁法，其中抗滑樁均按單排樁簡(jiǎn)化計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2。需采用迭代法或試算法進(jìn)行，具體步驟如下：

圖2 一級(jí)馬道抗滑樁+擋墻支護(hù)組合結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

（1）尋找不同滑面假定參數(shù)分布和無(wú)支護(hù)條件下單位長(zhǎng)度設(shè)計(jì)斷面最危險(xiǎn)滑面和一級(jí)馬道抗滑樁所在部位的剩余下滑力Pc×a，其中a為樁中沿縱向分布的等效中心間距。

（2）求解一級(jí)馬道抗滑樁樁前被動(dòng)土巖壓力PK1。

（3）求解擋土墻墻背側(cè)提供水平抗力T。

（4）坡體在水平抗力T作用下，不計(jì)一級(jí)馬道抗滑樁支護(hù)，在已知最危險(xiǎn)滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)，通過(guò)調(diào)整一級(jí)馬道以上滑體滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)，使巖體處于極限平衡，即K=1.0，并保證對(duì)應(yīng)墻背處巖體坡腳剩余下滑力不大于零，通過(guò)剛體極限平衡條件可知擋墻支護(hù)條件下的一級(jí)馬道樁前巖體為樁體提供抗力PK1×a。

（5）樁前抗力取值PK×a，其中Pk=min（PK1，PK2），考慮滑坡體較密實(shí)剛度較大，滑坡體抗力按矩形分布，如圖3。

圖3 正常運(yùn)用+地震K=1.1剩余下滑力曲線

（6）按圖3計(jì)算一級(jí)馬道抗滑樁，復(fù)核樁體穩(wěn)定性；根據(jù)樁體內(nèi)力對(duì)樁體進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。

（7）調(diào)整參數(shù)a，重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到形成較合理的布置方案。

3.2 邊坡穩(wěn)定分析

根據(jù)邊坡地質(zhì)情況，選取總干渠樁號(hào)146+850左邊坡為典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定分析，不同計(jì)算工況下穩(wěn)定分析成果如表1，各工況設(shè)計(jì)安全系數(shù)條件下剩余下滑力曲線如圖3。

表1 典型斷面既有滑面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

根據(jù)上述原則和典型斷面不同工況穩(wěn)定分析成果，擬定抗滑樁方案。通過(guò)傳遞系數(shù)法計(jì)算，坡腳考慮擋墻抗力條件下既有滑面各工況下滑力如表2。

表2 設(shè)計(jì)安全系數(shù)下既有滑面坡腳下滑力

采用公式PK1=0.5×tan（45+22/2）2×T×h21計(jì)算樁前被動(dòng)土壓力，利用內(nèi)插一級(jí)馬道抗滑樁布置方案下的下滑力及樁前抗力，抗滑樁布置方案設(shè)計(jì)要素成果如表3。

表3 抗滑樁計(jì)算要素成果

3.3 抗滑樁內(nèi)力及配筋

一級(jí)抗滑樁以滑坡推力荷載，采用理正軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，典型斷面既有滑面正常運(yùn)用工況典型計(jì)算成果如圖4。

圖4 典型斷面既有滑面樁身內(nèi)力計(jì)算結(jié)果（1/2）

根據(jù)內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算成果，最終選定抗滑樁配筋為縱向配筋25束1φ20+2φ28@200，配筋面積3.866萬(wàn)mm2，箍筋φ10@200，配筋面積785mm2/m。

按照上述方法計(jì)算一級(jí)馬道以上邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)剛好滿足規(guī)范要求，但考慮邊坡巖體極易風(fēng)化崩解破碎，故二級(jí)馬道抗滑樁結(jié)合錨桿框架梁布置構(gòu)造要求設(shè)置，樁體按1%配筋率構(gòu)造配筋，配筋選定為縱向鋼筋4φ20，配筋面積1256mm2，箍筋φ6@200，配筋面積255mm2/m。

4 邊坡加固施工邊坡安全設(shè)計(jì)

本渠段左岸一級(jí)邊坡?lián)鯄{砌石砌筑已完成，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邊坡及擋墻穩(wěn)定復(fù)核，增加一級(jí)馬道抗滑樁加固。按飽和泥化條件長(zhǎng)期強(qiáng)度選取抗剪強(qiáng)度參數(shù)較小，因此完建期邊坡穩(wěn)定復(fù)核安全系數(shù)小于1.0，但現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)擋墻砌筑后邊坡未發(fā)生較大變形基本穩(wěn)定。為保證工程施工安全，按擋墻砌筑完成邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)考慮，通過(guò)調(diào)整抗滑樁施工順序來(lái)保證邊坡施工期穩(wěn)定。

施工時(shí)，滑坡區(qū)按樁距9m先施工墻后第一排抗滑樁，再按“隔樁跳打”施工抗滑樁。

5 結(jié)語(yǔ)

該渠段左側(cè)邊坡經(jīng)采用抗滑樁加固后，已投入運(yùn)行。經(jīng)過(guò)近兩年安全監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常。未發(fā)生任何滑塌現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定，證明該渠段采用抗滑樁加固邊坡方案是切實(shí)可行的，并可在類似工程實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

［1］胡慶安，夏永旭，趙子勝.抗滑樁滑坡治理工程數(shù)值模擬研究［J］.長(zhǎng)安大學(xué)報(bào)：建筑與環(huán)境科學(xué)版，2003，20（4）：8-12.

［2］鄭穎人，趙尚毅.巖土工程極限分析有限元法及其應(yīng)用［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2005，38（1）：91-99.

［3］胡新麗.三峽水庫(kù)水位波動(dòng)條件下滑坡抗滑工程效果的數(shù)值研究［J］.巖土力學(xué)，2006，12（3）：2235-2238.

［4］戴自航.抗滑樁滑坡推力和樁前滑體抗力分布規(guī)律的研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21（4）：517-521.

［5］周氏，章定國(guó)，鈕新強(qiáng).水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)［K］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1999.

The application of anti-slide piles in high slope reinforcement works of South-to-North Water Diversion Project

ZHANG Wen-hu
（Hebei Province Construction and Administration Bureau of South-to-North Water Diversion Project，Shijiazhuang 050035，China）

As an effective measure of reinforcing landslide-mass， anti-slide piles have great advantages over other countermeasures like retainin g walls and anchors，such as stronger anti sliding ability，easiear construction，and more convenient to check geological condition，which are widely used in slope engineering.According to the introduction of the landslide conditions and reinforced design of anti-slide piles of the main channel，this thesis provides a reference for similar projects.

anti-slide piles； landslide； stability analysis

TV5

B

1672-9900（2015）02-0024-04

2015-03-17

張文虎（1974-），男（漢族），河北曲陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事南水北調(diào)工程建設(shè)管理工作，（Tel）13831160768。