抗滑樁與錨索在滑坡治理中的應(yīng)用及比較

1、抗滑樁與錨索在滑坡治理中的應(yīng)用及比較郭春陽(yáng)內(nèi)容摘要：以高速公路施工引起的工程滑坡為例，先通過(guò)地質(zhì)情況及路基穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)滑坡進(jìn)行判斷， 并介紹了滑坡治理采用的抗滑樁和錨索兩種方案，最后進(jìn)行比選確定工程措施。關(guān)鍵詞：路基穩(wěn)定性 抗滑樁 錨索剩余滑坡推力0前言吉林省“十一五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，吉林至延吉高速公路敦（化）延（吉）段是連接?xùn)|部山區(qū)及琿春口岸的重要運(yùn) 輸通道。敦延高速采用雙向四車道，整體式路基寬度24.5m，設(shè)計(jì)速度80km/h，路線所經(jīng)區(qū)域地形起伏較大，越嶺處 多為灌木與次生林，余均以旱田為主。路線基本所處第四系地層，地震烈度為W度。1工程地質(zhì)條件1.1氣象特征此區(qū)域處于東北東部山地濕潤(rùn)季凍

2、區(qū)。年平均降水量為504mm，降雪為10月中旬至次年4月，歷年最大凍深2m。全年最高氣溫37.6C，最低氣溫36.5C。歷年最大積雪58cm。1.2水文地質(zhì)條件該區(qū)域沖溝發(fā)育，雨季溝內(nèi)有少量水流，冬季干枯無(wú)水。另外本段路基附近有3處泉水出露，水量較大。該區(qū)域地質(zhì)主要為中生界白堊系大砬子組底層，主要巖性為泥巖，泥巖砂巖互層狀產(chǎn)出。上覆第四系地層，主要 為粘土、碎石土及粘土夾碎石。2滑坡特征及現(xiàn)狀2.1滑坡特征敦延高速第七設(shè)計(jì)段K110+142K110+156.8填方路基左幅路面出現(xiàn)裂縫。經(jīng)地質(zhì)勘察，路基裂縫段為山腰緩坡處， 坡度約為515度，植被為旱田及雜草。該段為填方路基，填高1.58m，路基

3、裂縫位于填方由低變高的左幅過(guò)渡段內(nèi)， 長(zhǎng)約19.5m，存在明顯的5個(gè)拐點(diǎn)，裂縫寬0.52.0cm。自12月初發(fā)現(xiàn)以來(lái)呈繼續(xù)發(fā)展趨勢(shì)，右側(cè)（較低一側(cè)）坡腳 有鼓脹趨勢(shì)。2.2滑坡成因本段路基位于延吉易滑地區(qū)，此區(qū)域?yàn)樵计麦w蠕滑，在路基填土等荷載作用下加劇，沿滑動(dòng)面移動(dòng)造成上方路 面裂縫。根據(jù)對(duì)裂縫觀測(cè)，滑坡方向順地形朝向南，與路線走向基本垂直，需對(duì)K110+140K110+230段原始坡體蠕滑 情況進(jìn)行抗滑設(shè)計(jì)。3分析計(jì)算首先對(duì)該段路基穩(wěn)定性的分析，初步確定最不利滑動(dòng)面位于低液限粘土和全風(fēng)化泥巖砂巖互層交接面處。3.1最不利滑動(dòng)面的確定。經(jīng)試算選取K110+150和K110+200兩處斷面為最

4、不利斷面進(jìn)行詳細(xì)分析。首先確定路基填土后考慮汽車荷載作用的等待路基寬度和厚度，路基橫向均布6列車，并將車輛荷載進(jìn)行橫向折 減后換算為土柱，土柱高h(yuǎn)=0.26m。將換算后土體連同路基填土劃分成豎直土條，并按順序編號(hào)1-10 （見(jiàn)圖1）。b)路堤和地基的整體穩(wěn)定性采用有效應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算，安全系數(shù)不應(yīng)小于1.20，ci=14.1kPa（pi=14.5 r=20kN/m，間化Bishop式:1.1u-1cosa ) tan Q +c l cos a )/mii， i i i_jaiW.sin a .式中：m = cos a . +aiitan Q sin a分別按費(fèi)倫紐斯法、泰勒法一及泰勒法二三種方法

5、確定相應(yīng)的最不利滑動(dòng)面圓心，計(jì)算相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)，然后確 定最不利圓弧滑動(dòng)面。、選取K110+150橫斷面，根據(jù)費(fèi)倫紐斯法(4.5H法)，得到最危險(xiǎn)圓弧圓心位置為o1(見(jiàn)圖2)。r全鳳化器砂粘層祗風(fēng)化泥剖電層K110+150Ht=3.65 Wz=12.25 Wy=12.25At=113.46 Aw=0.00圖2費(fèi)倫紐斯法鉆孔8、根據(jù)泰勒法一，得到最危險(xiǎn)圓弧圓心位置為。2。(圖略)、根據(jù)泰勒法二，得到最危險(xiǎn)圓弧圓心位置為o3。(圖略)根據(jù)上述三種方法分別試算，結(jié)果相近，費(fèi)倫紐斯法計(jì)算結(jié)果偏于安全，故取用費(fèi)倫紐斯法計(jì)算結(jié)果控制設(shè)計(jì)。3.2計(jì)算剩余滑坡推力根據(jù)上述計(jì)算取得的最不利滑動(dòng)面，按條分法對(duì)其進(jìn)

6、行穩(wěn)定性分析，計(jì)算出剩余滑坡推力。E = K EGsina,-tanQ (EGcosa,+EG2.cos a. ) -C ( l +l. )-G2.sina.下滑力計(jì)算表土條編號(hào)Kc8rrwQ wenia()I(m)KG 1，sin a .+Kr Q n.sin a .(kN/m)tan 8 Gcos a -tan 8 r Q n cos a (kN/m)11_2J4J14 535_20-J00 0001 1210 52963 20393 208_92421 1645 9621.214.114.53520100.0001.1210.52946.60843.805.81735.70150.323

7、1.214.114.53520106.8201.1210.52934.131108.204.84770.43228.4841.214.114.535201014.0401.1210.52923.761275.404.37652.55283.3951.214.114.535201017.8701.1210.52913.841267.204.12390.89294.5061.214.114.535201018.7001.1210.5294.511106.204.02113.72260.27合計(jì)：5994.0032.083084.451262.92土條編號(hào)Kc8rrwQ weniaG2j(kN/m)

8、(m)G?.sin a .+r Q ni sin a (kN/m)tan 8 G2, cos a ,-tan 8 r Q n cos a (kN/m)714.114.535201016.8101.1210.5294.70892.404.0280.41207.54814.114.535201012.3001.1210.52914.03638.804.13170.64143.81914.114.53520104.9501.1210.52923.77361.804.38156.3879.06合計(jì)：1893.0012.53407.43430.41E(kN/m)354.689根據(jù)上表計(jì)算，土體剩余滑坡推

9、力En =354.689kN/m。4工程處理方案根據(jù)上述計(jì)算，結(jié)合國(guó)內(nèi)既有經(jīng)驗(yàn)，擬采用路基右側(cè)坡腳處設(shè)置抗滑樁方案和框架錨索方案分別設(shè)計(jì)。4.1滑樁方案：擬定樁徑D = 2.0m，間距4.0m。取不利斷面樁號(hào)K110+150處斷面（見(jiàn)圖3），抗滑樁平面位置（見(jiàn)圖6），分析樁前受土塊1、2、3、4、5、6、7 作用的主動(dòng)土壓力，受土條8、9、10作用的被動(dòng)土壓力，現(xiàn)有安全系數(shù)K=1.20，ci=14.1kPa i=14.5 r=20kN/m， 由于7、8、9、10為阻滑塊計(jì)算中加入安全系數(shù)K，令K=0.8 ；根據(jù)公式：E = KZ G sin a -tan (ZG cos a +Z G cos

10、a )-C( Zl +Z l ) -KG sina1i2i4ji j3j式中：G =G +r Q n ; G =G -r Q n ; G =G +r Q n ; G =G -r Q n1 1i w w i2 1i w w i3 2j w w i4 2j w w i根據(jù)抗滑樁前后滑體厚度，由上述計(jì)算方法計(jì)算得到滑坡推力En =1031.302kN/m，樁前剩余抗滑力 En =686.696kN/m 。D=2.0m抗滑樁12.2512.25嘛H嶇4】顆 H40.17.林12 m鉆孔8K110+150抗滑樁布置橫斷面圖K110+150Ht=3.65 Wz=12.25 Wy=12.25At=113.4

11、6 Aw=0.00間距4.0m另外，取不利斷面樁號(hào)K110+200處斷面進(jìn)行對(duì)比，分析樁前受土塊1、2、3、4、5、6、7作用的主動(dòng)土壓力，受 土條8、9、10作用的被動(dòng)土壓力，現(xiàn)有安全系數(shù)K=1.20，ci=14.1kPa i=14.5 r=20kN/m，由于7、8、9、10為阻 滑塊計(jì)算中加入安全系數(shù)K，令K=0.8；按上式重新計(jì)算：根據(jù)抗滑樁前后滑體厚度，計(jì)算得到滑坡推力E =430.989kN/m，樁前剩余抗滑力E =242.132kN/m。通過(guò)K110+150和K110+200兩處斷面計(jì)算結(jié)果對(duì)比，得知+150斷面結(jié)果控制設(shè)計(jì)。根據(jù)殘余抗滑力E值，按擬定 樁基尺寸和地質(zhì)資料，對(duì)樁基抗

12、彎、抗剪及樁長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算:樁身配筋面積A=197cm2;試算樁長(zhǎng)L = 9.5m。（按橋梁規(guī)范公式計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略）由此可見(jiàn)，擬定樁身截面及間距滿足受力要求。故此設(shè)計(jì)采用：樁身配筋640 32，配筋面積A=197cm2;樁長(zhǎng)L=10.5m。抗滑樁位置平面圖裂縫24X 4m者41蹄帥?？够瑯段恢昧⒚鎴D抗滑樁4.2錨索方案：擬定錨索的孔徑D=18cm，錨索采用60 S15.2mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa，錨索垂直與路基， 并與水平方向成30角樁徑D = 2.0m，間距4.0m。根據(jù)費(fèi)倫紐斯法得到的最不利滑動(dòng)面（見(jiàn)圖5），按條分法得到的土條計(jì)算滑坡推力E = 619.

13、43kN/m。（計(jì)算方法 同前）圖5K110+150錨索布置橫斷面圖鉆孔8Ht=3.65 Wz=12.25 Wy=12.25At=113.46 Aw=0.001、錨索設(shè)計(jì)荷載的確定錨索自由段長(zhǎng)度為20m，錨索與滑動(dòng)面相交處滑動(dòng)面傾角a =9錨索設(shè)計(jì)傾角8 =30采用預(yù)應(yīng)力錨索治理滑坡時(shí)，錨索提供的作用力主要有延滑動(dòng)面產(chǎn)生的抗滑力，及錨索在滑動(dòng)面產(chǎn)生的法向阻力。坡腳及坡面布置3排錨索，每根錨索設(shè)計(jì)錨固力Pt1= E/ （入 sin （a +8）tan? +cos （a +p） 其中：入-折減系數(shù)，按0.5考慮。2、錨固段長(zhǎng)度的確定錨索的錨固長(zhǎng)度為L(zhǎng)，采用la，lsa中較大值L=Maxla， ls

14、a其中：la-錨固體與孔壁的抗剪強(qiáng)度確定錨固段長(zhǎng)度；lsa-按水泥砂漿與錨索張拉鋼材的粘結(jié)強(qiáng)度確定錨固段長(zhǎng)度。3、漿體強(qiáng)度驗(yàn)算o =4Fs1 Pt1/m （n D）Wo 其中：Fs1-錨固設(shè)計(jì)安全系數(shù)；m-承載體個(gè)數(shù)。根據(jù)以上推算結(jié)果進(jìn)行復(fù)算，原擬定錨索滿足設(shè)計(jì)要求。（計(jì)算過(guò)程略）圖6錨索方案曲型斷面1-1I -.- I1.- I900900900錨索-框架梁南置立而圖500KN/2R 錨 索加 固，5030cm厚 M15漿 砌片石護(hù)底 、-坡腳線主框架案T50I 150 I T50I 1494.3抗滑樁和錨索方案的比選：以上兩種方案都滿足設(shè)計(jì)要求，但各有有缺點(diǎn)。主要如下：抗滑樁方案的優(yōu)點(diǎn)是：施工簡(jiǎn)便易行，工期較短，抗滑效果明顯，對(duì)于潛在滑坡抵抗角度較大，不破壞既有路基 防護(hù)和綠化工程，對(duì)原景觀效果不產(chǎn)生影響。缺點(diǎn)是：造價(jià)略高。錨索框架梁方案的優(yōu)點(diǎn)是：造價(jià)略低。缺點(diǎn)是：施工較為復(fù)雜，工期較長(zhǎng)，對(duì)于潛在滑坡抵抗角度單一，破壞既 有路基防護(hù)和綠化，景觀效果較差。經(jīng)上述綜合比較，本段滑坡處理方案推薦采用抗滑樁處理方案。5結(jié)論語(yǔ)敦延