廖　俊　秦　龍　張　敏

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴陽(yáng)　550081)

多排抗滑樁與錨索框架梁在滑坡治理中的聯(lián)合應(yīng)用研究

廖俊秦龍張敏

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽(yáng)550081)

摘要論述了工程設(shè)計(jì)中多排抗滑樁與預(yù)應(yīng)力錨索框架梁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法,在基于傳遞系數(shù)法計(jì)算單排抗滑樁的基礎(chǔ)上，按照抗滑樁的分布位置分區(qū)域計(jì)算多排抗滑樁的滑坡推力，并基于此按懸臂樁法計(jì)算多排抗滑樁。以杭瑞高速公路某挖方邊坡為例，介紹了多排抗滑樁與錨索框架梁聯(lián)合支護(hù)體系在滑坡治理中的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞多排抗滑樁錨索框架梁聯(lián)合支護(hù)應(yīng)用研究

在公路建設(shè)中，往往會(huì)形成許多挖方邊坡，如不及時(shí)防護(hù)則會(huì)誘發(fā)滑坡，抗滑樁能夠有效阻止滑坡體下滑、且施工方便，因此被廣泛應(yīng)用于治理滑坡。當(dāng)滑坡下滑力較大時(shí)，單排樁不足以承擔(dān)足夠的下滑力，此時(shí)，需要設(shè)置2排或者多排抗滑樁。如果邊坡高度較大時(shí)，為了防止坡體從中間剪出，還需對(duì)坡面進(jìn)行治理。而錨索框架梁不僅能夠有效改善巖土體的受力狀態(tài)，還能與其他的柔性防護(hù)體系結(jié)合，改善坡面的美觀。因此，錨索框架梁與抗滑樁常被聯(lián)合應(yīng)用于治理某些高邊坡滑坡中。

1　多排抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算

1.1多排抗滑樁滑坡推力計(jì)算

通常，單排抗滑樁的滑坡推力采用傳遞系數(shù)法計(jì)算[1]。此方法有如下假定：①滑坡體作整體下滑且不可壓縮，忽略條塊之間拉壓等變形；②各條塊之間只進(jìn)行推力傳遞而不進(jìn)行拉力傳遞，不考慮條塊之間的拉裂；③條塊之間的作用力用集中力表示，作用方向?yàn)椋鹤饔镁€平行于上一滑塊的滑面方向，作用點(diǎn)為分界面的中點(diǎn)處；④滑塊計(jì)算基本斷面取平面，垂直于主軸方向取單位長(zhǎng)，不考慮條塊兩側(cè)方向的摩擦力。見(jiàn)圖1。

圖1　傳遞系數(shù)法受力計(jì)算示意圖

由圖1可見(jiàn)，分析第i條塊的受力，在該塊的力分解在滑面的方向上，由靜力平衡條件可得

(1)

由式(1)可得第i滑塊的剩余下滑力(即該滑塊的滑坡推力)Ei為

(2)

式中：Ei為第i滑塊的剩余下滑力，即滑坡推力；Wi為第i滑塊的重量；αi為第i滑塊的滑面傾角；φi為第i滑塊滑面處巖體的內(nèi)摩擦角；ci為第i滑塊滑面處巖體的粘聚力；li為第i滑塊滑面長(zhǎng)度；Ri為第i滑塊的滑床反力；ψi為傳遞系數(shù)，ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi；αi-1為第i-1滑塊滑面處的傾角；Ei-1為第i-1塊滑體滑坡推力。

工程上由于滑坡距離較長(zhǎng)或者抗滑樁與被保護(hù)的結(jié)構(gòu)物距離較大，或者抗滑樁所受到的滑坡推力過(guò)大，增大截面等措施成本太高無(wú)法做成單排樁時(shí)，可以采用雙排或多排樁進(jìn)行滑坡治理。此時(shí)，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡推力就具有一定的局限性。通常假定雙排樁的滑坡推力計(jì)算為：將抗滑樁按其所在位置分為前排樁和后排樁，認(rèn)為后排樁只對(duì)滑坡上部的滑坡體起支擋作用，不考慮后排樁的樁前抗力作用，剩余部分滑坡體的下滑力則由前排樁進(jìn)行支擋 (見(jiàn)圖2，圖3)。以此類推，多排抗滑樁的滑坡推力計(jì)算也可按照此進(jìn)行計(jì)算。

圖2　雙排抗滑樁布置情況

圖3　雙排抗滑樁樁滑坡推力作用區(qū)域

對(duì)于這種假設(shè)后排樁支擋后部滑體，前排樁支擋中間滑體的滑坡推力計(jì)算方法，具有一定的局限性。這是因?yàn)橹苯訉⑸喜炕w(1～4)的最終剩余下滑力值作為后排樁的設(shè)計(jì)推力，而不考慮其對(duì)下部滑體(5～8)的推力作用，使得設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算得出的前排樁的設(shè)計(jì)推力小于實(shí)際滑坡推力，而后排樁的設(shè)計(jì)推力大于實(shí)際滑坡推力，造成前排樁設(shè)計(jì)偏危險(xiǎn)，后排柱的設(shè)計(jì)過(guò)于保守。因此，在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)當(dāng)中,也有假定前后排抗滑樁是按照某一比例來(lái)共同承擔(dān)滑坡推力來(lái)計(jì)算的[2]。

1.2多排抗滑樁內(nèi)力計(jì)算

計(jì)算多排抗滑樁的滑坡推力后，分別將每排抗滑樁按照單排抗滑樁進(jìn)行計(jì)算，將滑坡推力近似分為2部分，一部分通過(guò)樁體傳至錨固段地層，另一部分傳遞給樁前滑體。工程上普遍認(rèn)為抗滑樁上的設(shè)計(jì)推力為設(shè)計(jì)滑坡推力與實(shí)際滑坡推力差。對(duì)于滑面以上樁前滑體抗力，可由極限平衡時(shí)滑坡推力曲線、樁前被動(dòng)土壓力或樁前滑體的彈性抗力綜合確定，設(shè)計(jì)時(shí)選用其中較小值。若樁前滑體滑走時(shí)，不考慮其抗力值，假設(shè)為懸臂樁進(jìn)行計(jì)算[3]。通常將抗滑樁分為懸臂段和嵌固段進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)于懸臂段的內(nèi)力及變形，可由結(jié)構(gòu)力學(xué)公式計(jì)算得出。對(duì)于嵌固段的內(nèi)力及變形，則按照彈性地基梁法(即m法、K法)進(jìn)行計(jì)算。

2　錨索框架梁設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1錨索設(shè)計(jì)

在進(jìn)行錨索設(shè)計(jì)前，需先對(duì)邊坡的工程地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查，在調(diào)查的基礎(chǔ)上，判斷邊坡的破壞模式，并分析采用錨索設(shè)計(jì)的可行性與經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)確定錨索設(shè)計(jì)符合要求時(shí)，即可進(jìn)行作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載即滑坡推力計(jì)算，根據(jù)推力計(jì)算結(jié)果計(jì)算所需錨固力。根據(jù)錨固力的大小要求，選擇合理的錨索形式，確定錨筋布置形式，進(jìn)而計(jì)算錨筋所需數(shù)量以及截面面積。在確定錨筋后,根據(jù)錨固力大小進(jìn)行錨固體設(shè)計(jì)。最后進(jìn)行外錨頭和防腐設(shè)計(jì)。

2.2框架梁設(shè)計(jì)

當(dāng)錨索錨固在橫梁與縱梁的交點(diǎn)處時(shí)，此時(shí)的錨固力應(yīng)在橫梁與縱梁方向上進(jìn)行分配?？衫脳l形基礎(chǔ)的十字梁交叉分配方法進(jìn)行分配[4]。計(jì)算出分配在縱橫梁處的錨固力后，便可將縱梁和橫梁分別視作作用集中荷載的框架梁，按照框架梁或連續(xù)梁的力學(xué)計(jì)算模型，進(jìn)行框架梁內(nèi)力計(jì)算。根據(jù)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行配筋計(jì)算。

3　工程實(shí)例

3.1工程概況

杭瑞高速公路畢節(jié)至都格段(黔滇界)第BD-T7合同段ZK141+180～ZK141+350左側(cè)挖方邊坡的原設(shè)計(jì)為5級(jí)邊坡，第1級(jí)為抗滑樁，第2～4級(jí)為框架錨索，第5級(jí)為鋼花管注漿且坡面采用掛網(wǎng)噴射混凝土封面。當(dāng)邊坡開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，第五級(jí)邊坡的掛網(wǎng)噴漿已經(jīng)施工完畢；第三、四級(jí)邊坡錨索框架已經(jīng)施工完畢；第二級(jí)邊坡錨桿框架防護(hù)正在施工；第一級(jí)邊坡抗滑樁在挖孔過(guò)程中出現(xiàn)塌孔，變形集中在ZK141+190～ZK141+300左側(cè)段，最遠(yuǎn)處裂縫距離第五級(jí)邊坡坡頂120m。ZK141+190～ZK141+200第三級(jí)邊坡拱形骨架出現(xiàn)了坍塌，整段邊坡向路基方向滑移。據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)滑坡后緣至滑坡前緣(路基左邊緣)主滑方向長(zhǎng)約200m，滑坡后緣至滑坡前緣(設(shè)計(jì)路面)高差120m；滑坡平面頂部寬70m、中部寬130m、底部寬185m，面積約2.39萬(wàn)m2；滑體動(dòng)面最大深度29 m，體積約45萬(wàn)m3，屬大型中層滑坡。滑坡體由含碎石粉質(zhì)粘土及全、強(qiáng)、中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖夾泥巖組成。路段區(qū)內(nèi)地層為上覆第四系殘坡積層(Qel+dl) 含碎石粉質(zhì)粘土及碎石土。下伏基巖為二疊系龍?zhí)督M(P2l)砂巖、泥巖、夾層煤；二疊系飛仙關(guān)組(T1f)粉砂質(zhì)泥巖、間夾一層灰?guī)r。

3.2滑坡綜合治理設(shè)計(jì)

(1) 根據(jù)地質(zhì)勘察資料和現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)ZK141+197，ZK141+218，ZK141+246，ZK141+300典型橫斷面進(jìn)行下滑力計(jì)算。設(shè)計(jì)的物理力學(xué)參數(shù)取值為：粉質(zhì)黏土容量ρ=18.5kN/cm3；強(qiáng)風(fēng)化層巖體容量ρ=23kN/cm3?；瑒?dòng)面1參數(shù)：c=15.1kPa，φ=27.46°；滑動(dòng)面2參數(shù)：c=15.1kPa，φ=24.925°，安全系數(shù)K=1.25，計(jì)算結(jié)果為：最大剩余下滑力斷面為ZK141+246，其值為6 570kN/m。根據(jù)滑坡推力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分級(jí)支擋：①對(duì)原設(shè)計(jì)第一級(jí)抗滑樁進(jìn)行加強(qiáng)：即對(duì)ZK141+200～ZK141+290段施工15根樁徑2m×3m抗滑樁，樁徑加大為樁徑3m×3m，樁長(zhǎng)分別為20，22m，樁間距為6m。距路基中線90m處增設(shè)樁徑2m×3m抗滑樁12根，樁長(zhǎng)33m，樁間距分別為6m；在距路基中線150m處增設(shè)樁徑2m×3m抗滑樁8根，樁長(zhǎng)30m，樁間距分別為6m；②對(duì)ZK141+290～ZK141+315已施工第一級(jí)抗滑樁段，在距路基中線65m處設(shè)置樁徑2m×3m抗滑樁4根，樁長(zhǎng)33m，樁間距為6m。

(2) 為防止坡體從中間剪出，在第二、三、四級(jí)邊坡坡面框架梁內(nèi)設(shè)置6排獨(dú)立錨索，錨索總長(zhǎng)3 383m。

(3) 排水。由于該段地下水及地表水發(fā)育，在每級(jí)邊坡平臺(tái)都設(shè)置一條截水溝，并且在坡體內(nèi)加設(shè)仰斜式排水管排出地下水。

(4) 為保證開(kāi)挖抗滑樁過(guò)程中的安全，對(duì)第一級(jí)邊坡采用回填反壓，回填高度至第一級(jí)平臺(tái)，待抗滑樁施工完畢以后方可清除。

(5) 為保證坡頂2座電信鐵塔施工期間的安全，故在塔前設(shè)置2排鋼管樁進(jìn)行支護(hù)。

滑坡治理平面設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖4。

圖4　ZK141+180～ZK141+350左側(cè)滑坡治理平面設(shè)計(jì)圖

4　結(jié)論

(1) 在滑坡治理過(guò)程中，當(dāng)邊坡高度較大且下滑力較大時(shí)，設(shè)置多排抗滑樁與錨索框架梁，能夠有效支擋滑體，阻止坡體從中間剪出，加固效果明顯，能夠達(dá)到滑坡治理的預(yù)期要求。

(2) 滑坡治理是一個(gè)綜合治理過(guò)程，需根據(jù)工程地質(zhì)條件、滑坡規(guī)模、建筑物的分布情況等條件，選用抗滑樁、錨索框架梁等多種形式的綜合治理，并需注意地表及滑坡體的排水,以減少水對(duì)滑坡的危害。

參考文獻(xiàn)

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[3]徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2001.

[4]陳曉平.基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)與分析[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

收稿日期：2015-03-23

CombinedApplicationofMultipleRowsofAnti-slidePilesand
Pre-stressedAnchorFrameBeamintheLandslideTreatment

Liao Jun, Qin Long, Zhang Min

(GuizhouCommunicationsPlanningSurveyandDesignInstitute,Guiyang,China, 550001)

Abstract：The design and calculation method of multiple rows of anti-slide piles and pre-stressed anchor frame beam in engineering design is comprehensively discussed in this paper. According to the distribution of multiple rows of anti-slide piles, the thrust is obtained on the basis of the transfer coefficient method which is used to calculate that of a single row of anti-slide piles, on the base of which the calculation of multiple rows of anti-slide piles is achieved by cantilevered pile. Then the design methodology and application of the joint support system of multiple rows of anti-slide piles and pre-stressed anchor frame beam are presented in the landslide treatment of an excavation of Hangrui expressway.

Key words:multiple rows of anti-slide piles; anchor frame beam; joint support; application research

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.020