滑坡治理中的抗滑樁設(shè)計(jì)

梁玉紅 錢梅芳

摘 要：文章主要分析了滑坡治理中的抗滑樁設(shè)計(jì)問題，闡述了抗滑樁的性能優(yōu)點(diǎn)針對(duì)設(shè)計(jì)應(yīng)用中存在的一些問題進(jìn)行深入研究，結(jié)合作者實(shí)踐或者本次研究，最終提出了從滑坡推力計(jì)算至樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一系列應(yīng)用體系的措施。最終希望通過文章的分析研究，實(shí)現(xiàn)抗滑樁性能進(jìn)一步提升的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：滑坡；抗滑樁；內(nèi)力；變形

在我國的滑坡治理工作中抗滑樁，大多被使用在鐵道滑坡的治理過程中，而且起到了十分明顯的抗滑效果。目前，抗滑樁已經(jīng)在其發(fā)展的前二十年內(nèi)在技術(shù)和設(shè)計(jì)上，都取得了相當(dāng)長足的進(jìn)步和完善，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算能力和手段的限制，對(duì)于抗滑樁的研究和設(shè)計(jì)都具有一定程度影響，尤其是其數(shù)據(jù)參數(shù)等內(nèi)容不夠精確，誤差較大。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷迅猛發(fā)展，極大的促進(jìn)了抗滑樁的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的精確程度，為抗滑樁的設(shè)計(jì)提供了有力的技術(shù)支持，據(jù)此作者將在下文展開詳細(xì)的設(shè)計(jì)論述。

1 滑坡機(jī)理與防治

1.1 滑坡機(jī)理分析

滑坡這種自然地質(zhì)災(zāi)害是由于一些突變的天氣因素如短時(shí)間內(nèi)大量的降雨降水、地質(zhì)地殼運(yùn)動(dòng)或是一些人為的次生災(zāi)害所造成的，致使位于地表層傾斜巖體之上的自然土質(zhì)的滑動(dòng)流失與位置移動(dòng)?；逻@種自然災(zāi)害的衍生機(jī)制主要表現(xiàn)在，其一般產(chǎn)生于特定的自然環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造之中，主要表現(xiàn)出土質(zhì)沿斜坡下滑所產(chǎn)生的，滑動(dòng)性能同傾斜面的摩擦阻滑性能兩者之間的互相作用及此消彼長的經(jīng)過歷程，這其中還牽涉到了一些關(guān)于滑坡形成、產(chǎn)生之中的基本因素，即對(duì)于滑坡滑動(dòng)速度的影響因素、加速度的變化影響因素以及滑坡結(jié)束時(shí)的實(shí)際滑動(dòng)距離影響因素。一旦滑坡過程結(jié)束之后，在滑坡面上地表土質(zhì)一般就會(huì)趨于相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)，然而隨著時(shí)間的推移，原本趨于穩(wěn)定的滑坡面土質(zhì)將會(huì)逐漸隨著不穩(wěn)定因素的持續(xù)堆積，而再次產(chǎn)生位置移動(dòng)，土質(zhì)滑動(dòng)的問題，往往由于此過程的循環(huán)往復(fù)，而造成地表土質(zhì)的不斷流失。

1.2 滑坡的形成過程

在研究滑坡形成的過程中，首先應(yīng)當(dāng)搞清楚最初滑坡地帶究竟是如何形成的，其形成的主要條件、因素是什么，其對(duì)于滑坡這種自然災(zāi)害的最終形成起到的什么樣的作用，以及其發(fā)展變化的具體規(guī)律是什么，以便為我們?nèi)蘸蟮难芯?、防治工作提供詳?xì)、可靠的數(shù)據(jù)資料支持。對(duì)于滑坡地帶的形成，其中起到主導(dǎo)的基礎(chǔ)因素主要是在滑坡的發(fā)生地，與其相關(guān)的地質(zhì)環(huán)境、地下水資源情況和氣候條件有密不可分的關(guān)系。地質(zhì)環(huán)境的原因一般是由于滑坡地帶產(chǎn)生地區(qū)的土質(zhì)條件較為分散化、粉塵化，土質(zhì)自身的凝集作用不強(qiáng)，一旦遇到不利的地質(zhì)災(zāi)害或強(qiáng)降雨氣候就容易發(fā)生滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，還有一種情況是由于地下水資源的充沛，致使地質(zhì)層之間常年受到侵蝕，長時(shí)間的累積滲透致使一旦發(fā)生地質(zhì)運(yùn)動(dòng)等自然變遷也會(huì)引起滑坡地帶的形成從而導(dǎo)致滑坡災(zāi)害發(fā)生。在滑坡地帶一旦形成之后，滑坡災(zāi)害不會(huì)是一次性的，它一般會(huì)形成一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程，這個(gè)過程一般分為四個(gè)時(shí)期，首先是滑坡地帶的形成、產(chǎn)生時(shí)期，這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)生一般需要較長的時(shí)間和多方面的影響因素互相交織作用生成；其次是滑坡地帶形成之后的發(fā)展時(shí)期，這個(gè)時(shí)期會(huì)逐漸增加滑坡的影響區(qū)域和面積逐步加大滑坡的危害；然后使滑坡地帶形成之后災(zāi)害影響最深的時(shí)期滑動(dòng)層滑動(dòng)時(shí)期，此時(shí)期的危害最為深遠(yuǎn)，造成的損失也最為嚴(yán)重；最后一個(gè)時(shí)期就是滑動(dòng)層滑動(dòng)結(jié)束之后的平穩(wěn)過渡時(shí)期，此時(shí)期雖然已經(jīng)度過了滑動(dòng)時(shí)期但是由于滑坡地帶已經(jīng)形成，在此時(shí)期內(nèi)會(huì)不斷累積滑坡的助力因素，從而形成往復(fù)循環(huán)直至再次發(fā)生滑坡事件。

1.3 滑坡防治措施

對(duì)于已經(jīng)形成滑坡帶的滑坡層要在其平穩(wěn)時(shí)期，加強(qiáng)維護(hù)工作防治工作，建立定期觀察巡防機(jī)制，對(duì)于觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、合理分析，精確評(píng)估滑坡的發(fā)生預(yù)測(cè)，進(jìn)而進(jìn)行針對(duì)性的治理措施，減少次生災(zāi)害。在對(duì)于一些重要的施工項(xiàng)目進(jìn)行選址時(shí)，要盡可能的遠(yuǎn)離滑坡地帶以及存在滑坡危險(xiǎn)的地帶，要在進(jìn)行實(shí)際地質(zhì)勘探的基礎(chǔ)上，對(duì)于周圍地質(zhì)環(huán)境、氣候條件、土質(zhì)樣本結(jié)構(gòu)性分析進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的分析，從而合理規(guī)劃項(xiàng)目工程，能夠最大程度的從源頭上避免滑坡帶來的危害和損失。

對(duì)于滑坡問題的治理工作一般有以下幾類措施：首先是降低滑坡地帶的地表滑動(dòng)壓力，或者是對(duì)于滑坡地表進(jìn)行加壓措施，這兩者雖然形式上完全相反，但是根本目的卻是一致的，即實(shí)現(xiàn)滑坡地帶地表壓力平衡。降低地表滑動(dòng)壓力法即就是通過將滑坡的頂部土質(zhì)遷移到滑坡底部，從而降低滑坡的有效滑動(dòng)距離和坡度，實(shí)現(xiàn)減小滑坡的滑動(dòng)的動(dòng)力，以期達(dá)到治理滑坡滑動(dòng)的最終目的。而對(duì)于加壓措施需要通過對(duì)于滑動(dòng)面進(jìn)行土質(zhì)覆蓋，增加滑動(dòng)阻力最終以期實(shí)現(xiàn)治理滑坡滑動(dòng)的目的。其次是對(duì)于滑坡地帶的土質(zhì)地表層進(jìn)行優(yōu)化、改良，由于大多發(fā)生滑坡災(zāi)害的地帶的土質(zhì)地表層都存在分散化、粉塵化等原因，因此對(duì)于土質(zhì)地表層進(jìn)行土質(zhì)優(yōu)化具有良好的防治滑坡作用，對(duì)于地下水資源豐富并且長期滲透于滑坡層的地帶，可以運(yùn)用排水措施優(yōu)化土質(zhì)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土質(zhì)的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，從而起到防治滑坡的作用。對(duì)于本身滑動(dòng)層土質(zhì)質(zhì)量不佳且易產(chǎn)生滑坡災(zāi)害的地表滑動(dòng)土層，可以通過進(jìn)行加壓處理措施增強(qiáng)土質(zhì)的壓力系數(shù)，減小滑坡災(zāi)害發(fā)生幾率，亦可以通過填充化學(xué)材料的方法進(jìn)行化學(xué)處理，從而改變土質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，從而提升滑動(dòng)層土質(zhì)的摩擦系數(shù)，降低滑坡災(zāi)害的發(fā)生幾率。最后是通過建立以抗滑樁等方式為主的人工支撐圍擋技術(shù)，廣泛的應(yīng)用于鐵路、公路建設(shè)等大型施工項(xiàng)目中。一般在滑坡治理中運(yùn)用最多就是抗滑樁的應(yīng)用，抗滑樁是一種通過深入到滑坡面內(nèi)部，從而起到對(duì)于滑坡層滑坡運(yùn)動(dòng)的阻力作用，以達(dá)到穩(wěn)固滑坡整體層面的作用?？够瑯洞蠖际峭ㄟ^整體作用來防治滑坡災(zāi)害，抗滑樁具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，例如可以實(shí)現(xiàn)分散式安裝，大大降低施工難度，在一些大型機(jī)器設(shè)備無法到達(dá)的地段，可以進(jìn)行人工挖掘施工，這極大的促進(jìn)了抗滑樁的應(yīng)用范圍，以及在檢修更換的時(shí)候不必整體拆換，只要針對(duì)需要更換的單個(gè)抗滑樁進(jìn)行拆卸、更換即可。

2 抗滑樁變形及內(nèi)力分析

2.1 滑動(dòng)面以上抗滑樁的位移及內(nèi)力分析

對(duì)于懸臂梁的求解，可利用滑動(dòng)面上部抗滑樁的位置移動(dòng)和內(nèi)力因素。根據(jù)其在受到均布荷載和線性荷載情況下，即存在以下微分方程式：

試嘗試于滑動(dòng)層表面的邊角處及其位移邊角的數(shù)值為？漬A和XA時(shí)，據(jù)此得到在均勻受力的情況下抗滑樁的地質(zhì)滑動(dòng)表面層的移動(dòng)距離及移動(dòng)角度為：

在線性均勻分布滑動(dòng)壓力的情況下抗滑樁地質(zhì)滑動(dòng)表面層移動(dòng)距離及移動(dòng)角度為：

2.2 滑動(dòng)面以下抗滑樁的內(nèi)力及變形分析

在滑坡治理中使用的抗滑樁在位于滑動(dòng)地質(zhì)層下方位置的部分，將被視作為地質(zhì)基層梁柱，一般情況下運(yùn)用地質(zhì)基礎(chǔ)梁柱理論來進(jìn)行研究、測(cè)定其預(yù)計(jì)的形變程度和受到的內(nèi)部壓力程度。以下是對(duì)于抗滑樁在均勻受力以及線性承受壓力的情況下的測(cè)算。

抗滑樁在均勻受力的情況時(shí)，抗滑樁頂部對(duì)于水平位置受力情況的撓曲微分方程即為：

EI■+xKBp=0，在此公式之中，xKBp視為抗滑樁的底部對(duì)于滑動(dòng)層之上的抗滑樁部分的水平方位的阻力，t/m2。進(jìn)而使用抗滑樁的形變系數(shù)公？茁=■，即KBp=4EI？茁4也就是KBp=4EI？茁4，因此即可改寫為■+4？茁x=0。

通過對(duì)于以上微分方程的運(yùn)用，即可得到位于地質(zhì)層滑動(dòng)面的抗滑樁底部，預(yù)期所會(huì)產(chǎn)生的形變以及內(nèi)部壓力影響的運(yùn)算式子：

防滑樁的基底為自由端有，Mb=0，Qb=0，即

在受到線性程度的承載力時(shí)，抗滑樁的撓曲微分方程即為：

EI=■=-myxBp

求解該微分方程即得出：

在此微分方程運(yùn)算公式之中：xy、？漬y、My、Qy這四者依次位于使用錨進(jìn)行固定的區(qū)域內(nèi)，抗滑樁的任意橫截面的移動(dòng)位置（m），角度偏移（弧度），彎曲段的矩形距離（MN°m），以及摩擦抗阻力（MN）；xA、？漬A、MA、QA這四者依次表示在地質(zhì)滑動(dòng)層抗滑樁的移動(dòng)距離，角度偏移，彎曲段的矩形距離（MN°m），以及摩擦抗阻力（MN）；Aj、Bj、Cj、Dj這四者依次表示抗滑樁的填挖深度ay以及相對(duì)比的“m”算法對(duì)于相關(guān)函數(shù)值所產(chǎn)生的影響；E表示填充物的相關(guān)彈性模型對(duì)比量，MPa；I表示抗滑樁的橫截面位移慣性，m4；？琢=■■表示抗滑樁的形變系數(shù)，m-1。

在上述公式中，如果K是正數(shù)并且為整數(shù)時(shí)，即有（-K）！=-∞，為避免出現(xiàn)數(shù)值誤差，在進(jìn)行公式的運(yùn)算時(shí)應(yīng)當(dāng)將m≥4始終采用正整數(shù)。

在抗滑樁的底部位置是自由端的情況下，即有：

3 結(jié)束語

文章通過對(duì)于滑坡治理的抗滑樁設(shè)計(jì)研究，詳細(xì)的闡述了滑坡機(jī)理與防治分析的相關(guān)措施，指出了滑坡的形成過程，針對(duì)滑坡問題的發(fā)生提出了一些具體的解決措施，并分析了滑動(dòng)面以上抗滑樁的位移及內(nèi)力，以及滑動(dòng)面以下抗滑樁的內(nèi)力及變形分析。最終希望文章通過對(duì)于抗滑樁的數(shù)據(jù)分析及設(shè)計(jì)研究，能夠?yàn)橄嚓P(guān)抗滑樁的設(shè)計(jì)、應(yīng)用提供一定的參考、借鑒。