雙排抗滑樁滑坡推力計(jì)算方法研究

李會(huì)章(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300142) Research of the Calculation Method in Double-row Anti-slide PileLI Huizhang

雙排抗滑樁滑坡推力計(jì)算方法研究

李會(huì)章(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300142) Research of the Calculation Method in Double-row Anti-slide PileLI Huizhang

摘要抗滑樁具有廣泛的適用性，較強(qiáng)的抗滑能力，在各工程領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。但對于滑坡推力在兩排樁之間如何分配，相關(guān)的研究還比較少。對雙排樁滑坡推力計(jì)算方法原理和力學(xué)模型進(jìn)行研究，分析以傳遞系數(shù)法為基礎(chǔ)的雙排抗滑樁滑坡推力計(jì)算方法，推導(dǎo)出雙排樁滑坡推力荷載的計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞抗滑樁；滑坡推力；傳遞系數(shù)法

在山區(qū)公路、鐵路修建過程中，常需要對沿線的高邊坡、滑坡進(jìn)行加固治理。抗滑樁具有抗滑能力強(qiáng)，樁位選擇靈活，施工安全等特點(diǎn)，常作為防治滑坡首選的一種工程建筑物[1-2]。當(dāng)滑坡距離較長或者抗滑樁與被保護(hù)結(jié)構(gòu)物距離較遠(yuǎn)，抗滑樁所受到的滑坡推力過大時(shí)，通常采用雙排樁進(jìn)行滑坡治理。但是滑坡推力的計(jì)算方法對于雙排樁設(shè)計(jì)具有一定的局限性。如何找到一種新的計(jì)算方法，能更加有效、合理的解決此類問題，成為大型滑坡防治過程中亟需解決的問題。

1雙排樁滑坡推力計(jì)算方法

應(yīng)用傳遞系數(shù)法進(jìn)行雙排樁滑坡推力計(jì)算時(shí)，通常要進(jìn)行適當(dāng)假設(shè)。按雙排樁所處滑坡位置進(jìn)行區(qū)域劃分，認(rèn)為后排樁只對滑坡上部起到支擋作用，不考慮后排樁的樁前抗力作用，剩下的部分滑體則由前排樁進(jìn)行支擋[3]，如圖1、圖2。

如圖2，此方法直接將(1～3)滑體的剩余下滑力值作為后排樁設(shè)計(jì)推力，不考慮樁前抗力，設(shè)計(jì)偏于保守，即使(4～6)滑體全部崩塌，后排抗滑樁也能單獨(dú)維持穩(wěn)定；而前排樁支擋區(qū)域(4～6)滑體不會(huì)承受上部滑體傳遞下來的剩余下滑力，設(shè)計(jì)偏于不安全，有滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。可見，該方法具有一定局限性，只有在特定條件下才會(huì)滿足。

2改進(jìn)的雙排樁滑坡推力計(jì)算方法

改進(jìn)的滑坡推力計(jì)算方法將抗滑樁對滑體的支擋作用轉(zhuǎn)化為對抗滑樁所經(jīng)過滑帶區(qū)域抗剪強(qiáng)度參數(shù)的提高。此方法關(guān)鍵在于求解滑帶抗剪強(qiáng)度增加值。根據(jù)滑坡工程中抗滑樁破壞形態(tài)可知，在設(shè)計(jì)合理的情況下，抗滑樁幾乎不會(huì)出現(xiàn)被剪斷或折斷等破壞形態(tài)，而是受到較大滑坡推力后，樁體產(chǎn)生過大變形造成滑坡失穩(wěn)。因此，在選擇抗滑樁滑帶參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)抗滑樁“許用抗彎強(qiáng)度”選擇合適的滑帶折算參數(shù)。基本假設(shè)如下：

(1)以傳遞系數(shù)法為基礎(chǔ)。

(2)抗滑樁的支擋作用轉(zhuǎn)化為相應(yīng)滑帶抗剪強(qiáng)度的提高(如圖3所示)。

(3)抗滑樁以受彎破壞形態(tài)為主，以“許用抗彎強(qiáng)度”對滑帶參數(shù)進(jìn)行折算。

①根據(jù)實(shí)際受力情況將抗滑樁近似以矩形截面代替。

②為便于計(jì)算滑(帶)面折算參數(shù)，假設(shè)抗滑樁滑動(dòng)面以上樁后推力與樁前反力之差為矩形分布[4]。

③認(rèn)為等效鋼筋混凝土條塊寬度即為抗滑樁截面寬度。

抗滑樁許用抗彎強(qiáng)度計(jì)算按一端固定的懸臂梁考慮[5-7](如圖4)，計(jì)算過程如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

將抗滑樁許用彎矩用式(1)來代替，則錨固點(diǎn)截面許用抗剪強(qiáng)度為

(5)

根據(jù)改進(jìn)傳遞系數(shù)法的計(jì)算原理，對抗滑樁所處的滑帶參數(shù)進(jìn)行折，滑面參數(shù)c近似以抗剪強(qiáng)度[τ]來代替，假設(shè)為φ=0，再將折算后的c、φ值代入傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。

3雙排樁滑坡推力算例

3.1　計(jì)算模型

計(jì)算模型如圖5，為了研究不同排距條件下滑坡推力分布情況，將滑體作了一定簡化，假設(shè)滑體厚度為10 m，滑面為直線，樁長20 m，嵌入滑床深度為10 m。滑體重度γ=19.6 kN/m3，滑帶的黏聚力c=9.5 kPa，內(nèi)摩擦角φ=19°。

3.2　兩種方法計(jì)算結(jié)果及分析

(1)傳統(tǒng)雙排抗滑樁推力計(jì)算結(jié)果

在坡腳處前排樁位置不改變，后排樁排距發(fā)生改變，其中邊坡安全系數(shù)取1.2，總計(jì)5種計(jì)算工況，表中分擔(dān)比為當(dāng)前樁所承擔(dān)的滑坡推力與總滑坡推力之比。表1為采用按樁位進(jìn)行區(qū)域劃分方法計(jì)算的滑坡推力分配情況。

(2)改進(jìn)傳遞系數(shù)法計(jì)算結(jié)果

該方法同樣計(jì)算以上5種工況下兩排抗滑樁分別所承擔(dān)的滑坡推力，算例中抗滑樁選用C25混凝土，根據(jù)樁截面大小，換算出錨固點(diǎn)截面許用抗剪強(qiáng)度c=[τ]=600 kPa、φ=0，帶入傳遞系數(shù)法公式進(jìn)行計(jì)算，具體結(jié)果見表2。

經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，兩種方法計(jì)算的雙排樁滑坡推力和大小近似相等，而兩排樁各自受到的滑坡推力有一定的差別，這與兩種方法假設(shè)條件有密切聯(lián)系。傳統(tǒng)方法認(rèn)為后排樁只起到支擋上部滑體的作用，不會(huì)對下部滑體傳遞滑坡推力，這導(dǎo)致后排樁承擔(dān)的滑坡推力要比實(shí)際情況大，而改進(jìn)的傳遞系數(shù)法對假設(shè)進(jìn)行了修改，滿足了上部滑體向下傳遞滑坡推力的條件，更接近滑坡推力實(shí)際情況[8-11]。

4結(jié)論

以傳遞系數(shù)法為基礎(chǔ)分析雙排樁滑坡推力，并且根據(jù)該方法的假設(shè)條件，指出該方法的不足之處，然后從新的研究角度出發(fā)，建立以傳遞系數(shù)法和抗滑樁“許用抗彎強(qiáng)度”相結(jié)合的方法，分析滑坡推力在雙排樁之間的分配情況，得到了雙排抗滑樁上的滑坡推力計(jì)算公式。

通過雙排樁治理滑坡算例，檢驗(yàn)改進(jìn)的雙排樁滑坡推力計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，經(jīng)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的計(jì)算方法優(yōu)于傳統(tǒng)雙排樁滑坡推力計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果更加接近滑坡推力實(shí)際情況。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TU443

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1672-7479(2015)06-0057-02

作者簡介：李會(huì)章(1988—)，男，2014年畢業(yè)于西南交通大學(xué)建筑與土木工程專業(yè)，碩士，助理工程師。

收稿日期：2015-09-22