穿過隧道的滑坡工程治理研究——埋入抗滑樁的原理與設(shè)計宋雅坤.ppt

1、1穿過隧道的滑坡工程治理研究埋入抗滑樁的原理與設(shè)計2 穿過隧道的滑坡工程越來越多，此類滑坡滑體厚度大，工程風(fēng)險大，費用高，成為滑坡治理的一大難點。 重慶奉節(jié)云陽高速公路B15合同段分界梁隧道出口段滑坡治理工程，表明埋入式抗滑樁特別適用于埋深大的滑坡，因而用于穿過隧道的大型滑坡治理尤為合適。 前言3 埋入式抗滑樁是一種經(jīng)濟效益十分顯著的樁型，是抗滑樁設(shè)計的革新。 埋入式抗滑樁采用較短的樁就可使邊坡達(dá)到設(shè)計要求的安全系數(shù)，樁身內(nèi)力也較全長樁降低，表明埋入式抗滑樁具有良好的應(yīng)用前景。41、工程概況平面布置圖5 該隧道出口位于奉節(jié)縣康坪鄉(xiāng)河溝村，勘察區(qū)屬構(gòu)造侵蝕剝蝕低山地貌。斜坡沿近東西向展布，區(qū)內(nèi)地

2、形呈上下較陡、中部較緩的折線型坡面，在坡體中前部分布有較平緩的臺階狀平地。滑坡區(qū)地層由崩坡積物覆蓋，下伏殘坡積層碎石土及三疊系上統(tǒng)須家河組砂巖組成。6殘坡積物：主要分布于相對較緩的斜坡地段。巖性主要為含碎石粘性土和碎石土等?；尹S色，主要由粉粒和粘粒組成，呈可塑狀。含有少量的砂巖碎石，含量約占1525%，分布不均。7崩坡積堆積物碎塊石土：主要為褐黃色、灰黃色，由砂巖、泥質(zhì)粉砂巖碎塊石和粘性土組成。分布于整個斜坡區(qū)域。塊石土呈松散稍密狀，孔隙非常發(fā)育，塊石間的充填物多為高液限亞粘土成分，可塑硬塑狀。8三疊系上統(tǒng)須家河組長石石英砂巖：灰色，主要由石英、長石和云母等礦物組成，粉至細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造

3、，鈣、硅質(zhì)膠結(jié)。巖石強度較高，質(zhì)較硬。分布于整個隧道出口段。粉砂巖：灰灰黃色，粉粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)。主要分布在勘察區(qū)的北側(cè)中部，厚度較小。9 經(jīng)中鐵西北院分析認(rèn)為，目前老滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。但隨將來隧道的開挖及河流沖刷仍存在老滑坡變形復(fù)活的可能 。10究其原因主要有以下兩點：（1）物質(zhì)組成為崩坡積物，厚度較大，結(jié)構(gòu)松散，骨架間空隙度大，透水性好，表水容易沿之滲入坡體，在相對隔水的基巖頂面匯聚，暴雨或持續(xù)降雨造成滑體土和滑帶土飽水，使滑帶抗剪強度降低，影響滑坡的穩(wěn)定。11（2）前部河流沖刷，隨前部土體的流失，使滑坡前部支撐減弱，降低滑坡的穩(wěn)定性。另外隧道穿越滑體，其開挖形成臨空面，降

4、低滑坡的穩(wěn)定性。122、埋入式抗滑樁的機理與設(shè)計方法 （1）樁長延伸到地面是否能確保邊坡的穩(wěn)定； （2）樁長延伸到地面是否必要，會不會造成浪費。 13埋入式抗滑樁的樁長設(shè)計抗滑樁的樁位與樁長是邊（滑）坡治理設(shè)計中的重要問題，目前樁位與樁長選擇都是按經(jīng)驗確定的，尤其是樁長都按樁伸展到地面來確定，采用全長樁是否合理需要研究。14有限元強度折減法介紹強度儲備安全系數(shù) 邊坡體的垂直條分和受力分析15有限元強度折減法不斷降低巖土C、 值，直到破壞。16（3） 有限元強度折減法的優(yōu)越性。a.具有有限元法的一切優(yōu)點；b.能算出無支護(hù)情況下邊坡滑動面與穩(wěn)定安全系數(shù)?；瑒用鏋橐痪植克苄詰?yīng)變剪切帶，在水平位移突變

5、的地方.17c.能對有支護(hù)情況下邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價。 不加錨桿時的塑性區(qū) 加錨桿時的塑性區(qū)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.1有錨桿支護(hù)時安全系數(shù)為1.518d.能根據(jù)巖土介質(zhì)與支擋結(jié)構(gòu)共同作用計算出支擋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。e.能模擬施工過程。19 樁長與滑面的關(guān)系邊坡示意圖算例 20用有限元強度折減法計算在重力作用下滑坡體的安全系數(shù)為1.02，而用極限平衡法算得滑坡體安全系數(shù)為1.04。21樁的位置、樁長與滑坡體滑動面位置的關(guān)系 樁長變化與滑動面的位置( 樁位于公路下方) 22樁位于公路下方時，當(dāng)埋入樁長度為711 m時滑坡體的破壞形式為滑面通過樁頂沿剪出口滑出。在樁長為13 m時，滑坡體出現(xiàn)兩處滑動面：一處是

6、沿樁頂滑出，同時剪出口位置改變；另一處是沿公路內(nèi)側(cè)塑性區(qū)貫通至主滑動面(沿滑帶層)。當(dāng)樁長為15m時只有上述次級滑動面，位置為沿公路內(nèi)側(cè)貫通至滑帶層?；瑒用嫖恢门c樁長為13m時相同。當(dāng)樁增長至坡面時，滑動面的位置仍與樁長為13m時相同。23 樁長變化與滑動面的位置（樁位于公路上方） 24樁位于公路上方時，樁長為7，9 m時，滑坡體加固后的滑動面通過樁頂并經(jīng)剪出口滑出；樁長為11 m時形成次級滑動面，且與樁長為13，15，17 m次級滑動面位置大體相同，都是沿公路內(nèi)側(cè)坡角處滑出；樁長大于17 m直至地面時滑動面沿樁頂滑出，且隨著樁長增長，滑動面的位置逐漸上移，剪出口位置也不斷上移。252、樁的長

7、度、位置與滑坡體安全系數(shù)的相互關(guān)系 樁長變短雖然可以使樁身的受力變小，但隨著樁長的變短，滑動面不斷下移，滑體的穩(wěn)定安全系數(shù)逐漸降低。如果穩(wěn)定安全系數(shù)低于設(shè)計中規(guī)定的安全系數(shù)時，樁的安全儲備不足，為設(shè)計所不允許。符合設(shè)計規(guī)定安全系數(shù)的樁長就是沉埋樁的最小樁長，這是沉埋樁的設(shè)計中的首要任務(wù)。26樁長、樁的位置與邊坡安全系數(shù)之間的關(guān)系 27樁長、樁的位置與邊坡安全系數(shù)之間的關(guān)系 28當(dāng)樁位于公路下方時，樁的長度為7m，9m，11 m時，滑坡體的安全系數(shù)從1.13增加到1.19，說明增加樁長可以增加滑坡體的安全系數(shù)；繼續(xù)增加樁長，滑坡體的安全系數(shù)仍然保持在1.19。如果設(shè)計安全系數(shù)為1.15，則樁長9

8、m時，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.15，滿足設(shè)計要求，所以樁長9m即為合理樁長。29樁的強度設(shè)計只保證安全系數(shù)為1.15，超過此安全系數(shù)表明樁已破壞，因此再增加樁長只會造成浪費。樁的位置設(shè)在公路上方樁長9m時，穩(wěn)定安全系數(shù)1.17超過1.15，所以該樁位的合理樁長也為9m。 30樁身抗滑段所受的滑坡推力 一般抗滑樁求解樁內(nèi)力時，都需要知道樁后推力和樁前抗力，樁后推力一般可通過傳統(tǒng)方法求得，但樁前抗力只能作些假設(shè)近似求得或視作為零。應(yīng)用有限元法時，一般對樁采用梁單元，只要對巖土材料進(jìn)行強度折減使其進(jìn)入極限狀態(tài)，就可直接求出樁的推力與內(nèi)力 。31抗滑樁加固滑坡體在同一安全系數(shù)情況下，樁長縮短，樁身抗滑段所受

9、滑坡推力比全長樁低，說明樁頂滑體自身可以承擔(dān)一部分滑坡推力。同時也證明了當(dāng)前一些計算方法中認(rèn)為埋入樁承擔(dān)全部滑坡推力的做法是錯誤的。 32樁身內(nèi)力 有限元強度折減法計算抗滑樁的樁身內(nèi)力時，通過將滑坡體的巖土材料進(jìn)行強度折減使滑坡體進(jìn)入極限狀態(tài)，就可以計算抗滑樁的樁身內(nèi)力(包括剪力、彎距)。用有限元強度折減法求樁內(nèi)力時不需要先知道樁上的滑坡推力。 3334 樁身內(nèi)力35樁身內(nèi)力36 埋入樁樁體的錨固段的剪力明顯比全長樁的剪力降低，抗滑段的剪力與全長樁大致相當(dāng)；埋入樁的樁身彎距比全長樁降低的幅度較大。 當(dāng)樁位于公路下方時，在樁長為9 m時，滑坡體的安全系數(shù)已經(jīng)達(dá)到1.15，此時樁身抗滑段的最大剪力

10、為全長樁的92.7%，錨固段的最大剪力為全長樁的51.9%，樁的最大彎距只是全長樁的48.8%。373、本工程埋入式抗滑樁的計算本滑坡以第剖面為例，隧道穿過滑面，隧道上半部位于滑面以上堆積層中，下半部分位于滑面下基巖中，切斷滑坡。當(dāng)未設(shè)隧道時，老滑坡的安全系數(shù)為1.08，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)隧道穿過滑坡時，隧道周圍巖土松動而導(dǎo)致強度降低，此時，安全系數(shù)為1.02，處于破壞的臨界狀態(tài)，滑坡推力有可能導(dǎo)致隧道破壞，而隧道破壞又會引老滑坡復(fù)活，因而采用支擋措施是十分必要的。 38設(shè)計計算參數(shù)39設(shè)計安全系數(shù)原來采用1.20，依據(jù)交通與水電部門，對一些較為重要的工程設(shè)計安全系數(shù)一般取1.25至1.30

11、，并考慮樁長設(shè)計缺乏經(jīng)驗，這次設(shè)計對樁長安全系數(shù)取1.3。對推力計算安全系數(shù)可取1.25至1.30，計算中取1.3。40合理樁長的確定 斷地質(zhì)剖面圖 41有限元模型隧洞開挖考慮隧洞頂上6米，兩側(cè)各3米土體松動，強度下降，粘聚力下降2/3，內(nèi)摩擦角下降1/2。42可見樁長為24m時滑坡的穩(wěn)定性已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計安全系數(shù)的要求。 43合理樁長下滑動面位置 滑動面位于隧道上方 44樁上推力計算與推力分布這一推力已以考慮了樁前抗力，是樁后推力與樁前抗力之差。 45樁長為24m時的推力的分布近似為矩形，而傳統(tǒng)方法是無法做出推力分布的。46樁內(nèi)力的計算474、結(jié)論埋入式抗滑樁是一種經(jīng)濟效益十分顯著的樁型，是抗滑樁設(shè)計的革新。特別適用于埋深大的滑坡，因而用于穿過隧道的大型滑坡治理尤為合適。目前