抗滑樁治理滑坡的作用機理及應用

施建平, 張 平

(1. 西南交通大學建筑勘察設計研究院，四川成都 610031；

抗滑樁治理滑坡的作用機理及應用

施建平1, 張 平2

(1. 西南交通大學建筑勘察設計研究院，四川成都 610031；

2. 中鐵二十四局集團有限公司路橋分公司，上海200071)

文章歸納了滑坡(或邊坡)穩定分析的若干方法，探討了抗滑樁與滑坡體的協同受力機理和設計原則，介紹了抗滑樁治理滑坡的工程實例以及位移監控成果。

滑坡; 邊坡; 抗滑樁; 施工; 監測

滑坡的發生是諸多內因和外因相互作用的結果。內因主要是地質構造和巖土的物理力學性質，如巖石的破碎斷層、節理發育、褶皺傾斜、風化易水性，松軟黏土、人工松散堆積層等。外因主要是積水滲水、地下水變化、人工挖采、荷載沖擊，以及地震能量等。

滑坡(或邊坡)穩定性評價方法大致可以分為兩大類，即定性分析方法和定量分析方法。

目前治理滑坡的工程措施主要有：排水工程、清除滑坡體卸載或回填壓腳、支擋工程有(連續型的)擋土墻和(間斷型的)抗滑樁、預應力錨索或錨桿、格構錨固、土質改良(例如注漿加固)和綜合治理等。

檢驗滑坡的治理效果離不開實時監測，必須用數據“說話”。

1 滑坡穩定分析

1.1 定性分析方法

定性分析方法主要是通過工程地質勘察，對影響滑坡穩定性的主要因素、可能的變形破壞方式及失穩的力學機制等分析，對已變形地質體的成因及其演化史進行分析，從而作出穩定性狀況的判斷并對可能的發展趨勢進行預測。其優點是能綜合考慮影響邊坡穩定性的多種因素，快速地對滑坡的穩定狀況及其發展趨勢作出評價。常用的方法有下面幾種。

(1)自然(成因)歷史分析法。主要用于天然斜坡的穩定性評價。

(2)工程類比法。目前應用較為廣泛，但主要基于經驗的積累。

(3)滑坡穩定性分析數據庫和專家系統。利用良好的滑坡工程專家系統，可以提高設計人員的決策水平，并最大限度地降低費用、節省時間，達到更加優化的目的和效果。

(4)圖解法。其一是諾模圖法，目前主要用于土質或全強風化的具有弧形破壞面的滑坡穩定性分析；其二是投影圖法，常用的有赤平極射投影圖法、實體比例投影圖法、MarklandJJ投影圖法等，目前主要用于巖質滑坡的穩定性分析。

(5)SMR方法。SMR是滑坡巖體質量優劣的最終得分值。該法方便快捷，能夠綜合反映各種因素對滑坡穩定性的影響。但未考慮滑坡坡高等因素，有些參數的具體取值還帶有較大的經驗性。

1.2 定量分析方法

應該明確指出，所謂的滑坡穩定性的定量分析，目前實際上只能算是一種半定量的分析方法。常用的方法主要有下述幾種。

(1)極限平衡分析法。該方法是工程實踐中應用最早、也是目前最普遍使用的一種定量分析方法。與其它方法相比，極限平衡法的缺點是在力學上作了一些簡化假設。該方法抓住了問題的主要方面，且簡易直觀，并有多年的實用經驗，若使用得當，將得到比較滿意的結果。它是目前應用最多的一種分析方法。

(2)數值分析方法。數值分析方法是目前巖土力學計算中使用最普遍的分析方法。其中又分為有限元(FEM)法、邊界元(BEM)法、快速Lagrangian分析(FLAC)法、離散元法、塊體理論(BT)與不連續變形分析(DDA)、無界元法等。

2 抗滑樁與滑坡體的協同受力機理和設計原則

對于堆積體滑坡，通過離心模型試驗[1]和有限元分析[2]發現，存在樁后土拱、樁間土拱、樁前土體三個特征區域。充分認識這三個特征區域的受力機理，才能正確制定設計原則。

2.1 “樁-土”協同機理中的不同區域的荷載傳遞模式

對于矩形截面的抗滑樁(假定截面高寬比為1.5)，有限元分析研究表明：基于“樁-土”協同機理中荷載分配比概念，樁后土拱屬于“端承型土拱”，樁間土拱屬于“摩擦型土拱”，樁前土體屬于“直接傳力型”。一般情況下，最大主應力拱為樁間“摩擦型土拱”。隨著樁間凈距和樁截面寬度之比的加大，最大主應力拱的效應逐漸退化。最小主應力拱為樁后“端承型土拱”， 隨著樁間凈距和樁截面寬度之比的加大，最小主應力拱的效應逐漸被樁后滑坡推力所形成的應力取代。樁間土體與抗滑樁側壁之間的摩擦力是制約樁間土拱極限承載力的主要因素。我們認識清楚了荷載傳遞模式，就能夠采取針對性的相應措施，達到預定的設計目標。

2.2 “樁-土”協同機理沿深度方向的變化特點

其他條件不變，土拱效應沿深度方向是變化的。滑坡體的最大主應力在抗滑樁前后發生明顯變化，樁后應力影響范圍自上而下逐漸減小，說明土拱效應隨深度逐漸減弱。這對于抗滑樁、樁間板和鎖口梁的合理設計具有指導意義。

2.3 抗滑樁間距、截面寬度與樁間土拱效應之間的關系

抗滑樁布樁間距和樁截面型式是設計的主要參數。研究表明：在樁間凈距不變的情況下，樁間土拱承載力隨樁截面寬度增加而增大，但增長率逐漸變緩；在樁間凈距與樁截面寬度比值不變的情況下，樁間土拱承載力隨樁間凈距和樁截面寬度增加反而降低，且下降率逐漸增大。說明兩者相比，起主導作用的還是樁間凈距。

2.4 滑坡推力與樁間凈距的關系

要保證樁后土拱和樁間土拱效應的作用，通過研究，可以大致確定樁間凈距的上限和下限。

2.5 滑坡體物理力學性質的影響

抗滑樁布樁間距和樁截面型式一定的情況下，隨著滑坡體粘聚力的增大(從零到某一臨界值之間)，樁后土拱承擔的荷載比例下降，而樁間土拱承擔的荷載比例上升；隨著滑坡體內摩擦角的增大，樁后土拱承擔的荷載比例略有上升，而樁間土拱承擔的荷載比例略有下降；隨著樁土接觸面摩擦角的增大，樁后土拱承擔的荷載比例略有下降，而樁間土拱承擔的荷載比例略有上升。

3 工程實例

3.1 工程概況

本工程屬于堆積層滑坡，上部內側已有建筑物，外側已有擋土墻。出現堆積層滑動并導致擋土墻開裂后，治理措施分別采取抗滑樁(Ⅰ區)和圍護樁(Ⅱ區)。

3.2 場地巖土工程地質條件

(3)志留系下統龍馬溪組泥灰巖(S11)，鉆探該層未被揭穿。根據風化程度，分為強風化層和中風化層。

3.3 位移監測成果

(1)地面水平位移：代表性的位移—時間曲線見圖1和圖2。

(2)Ⅰ區抗滑樁鎖口水平位移:最大X=50 mm，Y=133 mm；最小X=-1 mm，Y=35 mm。

(3)Ⅱ區圍護樁鎖口水平位移：最大X=-5 mm，Y=6 mm；最小X=1 mm，Y=3 mm。

(4)建筑物沉降監測:部分測點位移-時間曲線見圖3。

圖1 地面水平位移時間曲線(X方向)

圖2 地面水平位移時間曲線(Y方向)

圖3 建筑物沉降位移時間曲線

4 結束語

滑坡治理，首先要弄清發生滑坡的內因和外因，有針對性地研究確定治理方案。對于抗滑樁治理方案，要充分認識抗滑樁與滑坡體的協同受力機理。抗滑樁治理滑坡的施工過程中，截水排水、跳槽開挖、安全監督、應急預案、變形監測等等都是成敗的關鍵環節，必須高度重視。成功的工程實例都證明，科學地分析滑坡穩定性，合理地制定滑坡治理措施，動態地實施監測與施工互動，具有普遍的指導意義。

[1] 楊明，姚令侃，王廣軍.抗滑樁寬度與樁間距對樁間土拱效應的影響研究[J].巖土工程學報，2007(10).

[2] 李長冬.抗滑樁與滑坡體相互作用機理及其優化研究[D].中國地質大學，2009.

[3] DZ/T 0219—2006滑坡防治工程設計與施工技術規范[S].

施建平(1959～)，男，工學碩士，教授級高級工程師，從事土木工程設計與研究；張平(1978～)，男，大學本科，工程師，從事土木工程施工及管理。

P 642.22

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[定稿日期]2015-01-06