多排抗滑樁與錨索框架梁在滑坡治理中的聯合應用研究

廖　俊　秦　龍　張　敏

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

多排抗滑樁與錨索框架梁在滑坡治理中的聯合應用研究

廖俊秦龍張敏

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要論述了工程設計中多排抗滑樁與預應力錨索框架梁的設計計算方法,在基于傳遞系數法計算單排抗滑樁的基礎上，按照抗滑樁的分布位置分區域計算多排抗滑樁的滑坡推力，并基于此按懸臂樁法計算多排抗滑樁。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合支護體系在滑坡治理中的設計方法及應用情況。

關鍵詞多排抗滑樁錨索框架梁聯合支護應用研究

在公路建設中，往往會形成許多挖方邊坡，如不及時防護則會誘發滑坡，抗滑樁能夠有效阻止滑坡體下滑、且施工方便，因此被廣泛應用于治理滑坡。當滑坡下滑力較大時，單排樁不足以承擔足夠的下滑力，此時，需要設置2排或者多排抗滑樁。如果邊坡高度較大時，為了防止坡體從中間剪出，還需對坡面進行治理。而錨索框架梁不僅能夠有效改善巖土體的受力狀態，還能與其他的柔性防護體系結合，改善坡面的美觀。因此，錨索框架梁與抗滑樁常被聯合應用于治理某些高邊坡滑坡中。

1　多排抗滑樁設計計算

1.1多排抗滑樁滑坡推力計算

通常，單排抗滑樁的滑坡推力采用傳遞系數法計算[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各條塊之間只進行推力傳遞而不進行拉力傳遞，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，作用方向為：作用線平行于上一滑塊的滑面方向，作用點為分界面的中點處；④滑塊計算基本斷面取平面，垂直于主軸方向取單位長，不考慮條塊兩側方向的摩擦力。見圖1。

圖1　傳遞系數法受力計算示意圖

由圖1可見，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滑塊滑面長度；Ri為第i滑塊的滑床反力；ψi為傳遞系數，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或者抗滑樁與被保護的結構物距離較大，或者抗滑樁所受到的滑坡推力過大，增大截面等措施成本太高無法做成單排樁時，可以采用雙排或多排樁進行滑坡治理。此時，采用傳遞系數法計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算為：將抗滑樁按其所在位置分為前排樁和后排樁，認為后排樁只對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行支擋 (見圖2，圖3)。以此類推，多排抗滑樁的滑坡推力計算也可按照此進行計算。

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域

對于這種假設后排樁支擋后部滑體，前排樁支擋中間滑體的滑坡推力計算方法，具有一定的局限性。這是因為直接將上部滑體(1～4)的最終剩余下滑力值作為后排樁的設計推力，而不考慮其對下部滑體(5～8)的推力作用，使得設計時計算得出的前排樁的設計推力小于實際滑坡推力，而后排樁的設計推力大于實際滑坡推力，造成前排樁設計偏危險，后排柱的設計過于保守。因此，在實際的工程設計當中,也有假定前后排抗滑樁是按照某一比例來共同承擔滑坡推力來計算的[2]。

1.2多排抗滑樁內力計算

計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行計算，將滑坡推力近似分為2部分，一部分通過樁體傳至錨固段地層，另一部分傳遞給樁前滑體。工程上普遍認為抗滑樁上的設計推力為設計滑坡推力與實際滑坡推力差。對于滑面以上樁前滑體抗力，可由極限平衡時滑坡推力曲線、樁前被動土壓力或樁前滑體的彈性抗力綜合確定，設計時選用其中較小值。若樁前滑體滑走時，不考慮其抗力值，假設為懸臂樁進行計算[3]。通常將抗滑樁分為懸臂段和嵌固段進行設計計算，對于懸臂段的內力及變形，可由結構力學公式計算得出。對于嵌固段的內力及變形，則按照彈性地基梁法(即m法、K法)進行計算。

2　錨索框架梁設計計算

2.1錨索設計

在進行錨索設計前，需先對邊坡的工程地質條件進行調查，在調查的基礎上，判斷邊坡的破壞模式，并分析采用錨索設計的可行性與經濟性。當確定錨索設計符合要求時，即可進行作用在支護結構上的荷載即滑坡推力計算，根據推力計算結果計算所需錨固力。根據錨固力的大小要求，選擇合理的錨索形式，確定錨筋布置形式，進而計算錨筋所需數量以及截面面積。在確定錨筋后,根據錨固力大小進行錨固體設計。最后進行外錨頭和防腐設計。

2.2框架梁設計

當錨索錨固在橫梁與縱梁的交點處時，此時的錨固力應在橫梁與縱梁方向上進行分配。可利用條形基礎的十字梁交叉分配方法進行分配[4]。計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，按照框架梁或連續梁的力學計算模型，進行框架梁內力計算。根據內力計算結果，按照《混凝土結構設計規范》進行配筋計算。

3　工程實例

3.1工程概況

杭瑞高速公路畢節至都格段(黔滇界)第BD-T7合同段ZK141+180～ZK141+350左側挖方邊坡的原設計為5級邊坡，第1級為抗滑樁，第2～4級為框架錨索，第5級為鋼花管注漿且坡面采用掛網噴射混凝土封面。當邊坡開挖至設計標高，第五級邊坡的掛網噴漿已經施工完畢；第三、四級邊坡錨索框架已經施工完畢；第二級邊坡錨桿框架防護正在施工；第一級邊坡抗滑樁在挖孔過程中出現塌孔，變形集中在ZK141+190～ZK141+300左側段，最遠處裂縫距離第五級邊坡坡頂120m。ZK141+190～ZK141+200第三級邊坡拱形骨架出現了坍塌，整段邊坡向路基方向滑移。據監測數據顯示現滑坡后緣至滑坡前緣(路基左邊緣)主滑方向長約200m，滑坡后緣至滑坡前緣(設計路面)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m2；滑體動面最大深度29 m，體積約45萬m3，屬大型中層滑坡。滑坡體由含碎石粉質粘土及全、強、中風化粉砂質泥巖夾泥巖組成。路段區內地層為上覆第四系殘坡積層(Qel+dl) 含碎石粉質粘土及碎石土。下伏基巖為二疊系龍潭組(P2l)砂巖、泥巖、夾層煤；二疊系飛仙關組(T1f)粉砂質泥巖、間夾一層灰巖。

3.2滑坡綜合治理設計

(1) 根據地質勘察資料和現場情況，對ZK141+197，ZK141+218，ZK141+246，ZK141+300典型橫斷面進行下滑力計算。設計的物理力學參數取值為：粉質黏土容量ρ=18.5kN/cm3；強風化層巖體容量ρ=23kN/cm3。滑動面1參數：c=15.1kPa，φ=27.46°；滑動面2參數：c=15.1kPa，φ=24.925°，安全系數K=1.25，計算結果為：最大剩余下滑力斷面為ZK141+246，其值為6 570kN/m。根據滑坡推力計算結果進行分級支擋：①對原設計第一級抗滑樁進行加強：即對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，樁長分別為20，22m，樁間距為6m。距路基中線90m處增設樁徑2m×3m抗滑樁12根，樁長33m，樁間距分別為6m；在距路基中線150m處增設樁徑2m×3m抗滑樁8根，樁長30m，樁間距分別為6m；②對ZK141+290～ZK141+315已施工第一級抗滑樁段，在距路基中線65m處設置樁徑2m×3m抗滑樁4根，樁長33m，樁間距為6m。

(2) 為防止坡體從中間剪出，在第二、三、四級邊坡坡面框架梁內設置6排獨立錨索，錨索總長3 383m。

(3) 排水。由于該段地下水及地表水發育，在每級邊坡平臺都設置一條截水溝，并且在坡體內加設仰斜式排水管排出地下水。

(4) 為保證開挖抗滑樁過程中的安全，對第一級邊坡采用回填反壓，回填高度至第一級平臺，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，故在塔前設置2排鋼管樁進行支護。

滑坡治理平面設計圖見圖4。

圖4　ZK141+180～ZK141+350左側滑坡治理平面設計圖

4　結論

(1) 在滑坡治理過程中，當邊坡高度較大且下滑力較大時，設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，能夠達到滑坡治理的預期要求。

(2) 滑坡治理是一個綜合治理過程，需根據工程地質條件、滑坡規模、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,以減少水對滑坡的危害。

參考文獻

[1]TB005-2001鐵路路基支擋結構設計規范[S].北京:中國鐵道出版社,2002.

[2]李海光.新型支擋結構設計與工程實例[M].北京:人民交通出版社,2011.

[3]徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京:中國鐵道出版社,2001.

[4]陳曉平.基礎工程設計與分析[M].北京:中國建筑工業出版社,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