梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

陳洪凱，趙春紅

(重慶交通大學(xué) 巖土工程研究所，重慶 400074)

梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

陳洪凱，趙春紅

(重慶交通大學(xué) 巖土工程研究所，重慶 400074)

融合懸臂抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種滑坡治理新方法——梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁；通過分析梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的受荷性能，建立了梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁內(nèi)力計(jì)算方法，得到了與滑坡推力和樁間距等設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)的預(yù)應(yīng)力錨索拉力設(shè)計(jì)值計(jì)算公式。實(shí)例分析表明：與橫截面積相同的矩形斷面懸臂抗滑樁相比，梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁可使抗滑樁受壓區(qū)面積增大25.8%，受拉區(qū)鋼筋用量減少20.4%，經(jīng)濟(jì)性能良好，可為治理江河水庫岸坡大型特大型滑坡及山區(qū)公路巨厚層崩坡積滑坡提供一種新的技術(shù)選擇。

道路工程；岸坡治理；抗滑樁；結(jié)構(gòu)型式；優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

0 引 言

中國(guó)是滑坡災(zāi)害高發(fā)區(qū)，自三峽蓄水運(yùn)行以來，庫水位變動(dòng)帶出現(xiàn)大量老滑坡復(fù)活及新生滑坡，滑坡規(guī)模大，滑坡穩(wěn)定性態(tài)受庫水位漲落作用明顯，滑坡抗滑支擋難度大，使得位于庫水位變動(dòng)帶的道路受到嚴(yán)重的潛在滑坡災(zāi)害影響。三峽庫區(qū)新建水庫蓄水后至高水位初期3到5年內(nèi)將集中產(chǎn)生大量的新生滑坡和塌岸，據(jù)有關(guān)部門調(diào)查統(tǒng)計(jì)，三峽庫區(qū)滑坡共1 150處，主要分布在重慶萬州至巫山地段。這些滑坡集中分布在峽谷地段以外的低山區(qū)，而這些地區(qū)又是庫區(qū)城鎮(zhèn)移民搬遷重建的主要區(qū)域，如2014年9月8日 ，湖北省宜昌市秭歸縣發(fā)生25處滑坡，導(dǎo)致多處道路被埋。申登科等[1]結(jié)合國(guó)道318線川藏公路田妥一怒江段K3668+700～K3668+790滑坡的基本狀況，通過采用有限元建立模型，利用有限元強(qiáng)度折減法對(duì)滑坡的成因進(jìn)行了分析；王宏等[2]對(duì)重慶市奉節(jié)縣挖斷村就奉節(jié)—云陽高速路段對(duì)挖斷村滑坡的工程地質(zhì)水文條件、地質(zhì)構(gòu)造及滑坡特征總結(jié)了該滑坡的形成機(jī)制，對(duì)該滑坡進(jìn)行成因分析。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)滑坡的工程措施主要有3類：一是排除地表水、地下水或減輕庫水對(duì)坡腳的沖刷等危害；二是改變滑坡體外形、置抗滑建筑物；三是改善滑動(dòng)帶土石性質(zhì)，如焙燒法、爆破灌漿等。比如：L．Piccinini等[3]通過模擬地下水流動(dòng)對(duì)滑坡變形的影響，以及排水措施和水壓對(duì)滑坡水平位移地影響，得出由橫向排水管降低地下水位可以有效的減少滑坡的滑動(dòng)速度，即從每年數(shù)厘米降低到每年數(shù)毫米；P．Paronuzzi等[4]通過滲透和坡降穩(wěn)定模式相結(jié)合的方式證明，水庫形成岸坡滲透性材料和水庫水位的升降比率可以強(qiáng)烈影響邊坡穩(wěn)定，并提出采用緩慢降低水庫水位的方法來減少滑坡的危險(xiǎn)性；L．Zabuski等[5]提出水文條件對(duì)邊坡變形的影響是復(fù)雜的觀點(diǎn)，為滑坡治理和預(yù)防潛在滑坡提供了參考；A．Troncone等[6]通過有限元方法，利用Elasto-Viscoplastic應(yīng)變軟化模型，從二維和三維角度分析了滑坡的發(fā)展；盧書強(qiáng)等[7]采用現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查和勘探的方法確定了滑坡的形態(tài)和性質(zhì)，深入研究了變形失穩(wěn)機(jī)制及影響因素，得出庫水位下降以及下降過程中降雨會(huì)加劇滑坡的變形；陳洪凱等[8]提出了經(jīng)驗(yàn)性降雨閾值目前存在的問題，針對(duì)存在的問題給出建議：經(jīng)驗(yàn)性降雨閾值應(yīng)同滑坡產(chǎn)生機(jī)理密切結(jié)合，經(jīng)驗(yàn)性降雨閾值應(yīng)同環(huán)境地質(zhì)背景緊密結(jié)合，完善降雨滑坡監(jiān)測(cè)機(jī)制,靈活選取經(jīng)驗(yàn)性降雨閾值；梁和成等[9]提出天然飽水-失水過程對(duì)庫岸不同高程土體的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)影響顯著，會(huì)對(duì)庫岸土體的力學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生巨大的影響；肖詩榮等[10]對(duì)涼水井滑坡的研究得出，啟動(dòng)滑坡變形裂縫的根本原因是水庫蓄水初期庫水對(duì)滑坡阻滑段的浮托，阻滑段滑帶的軟化和滑坡前緣表部松散坡體的侵蝕塌岸，在水庫運(yùn)行條件下，滑坡的穩(wěn)定性影響因素主要是降雨特別是暴雨和久雨；吳丹丹等[11]以三峽庫區(qū)秭歸縣馬家溝I號(hào)滑坡為例，對(duì)滑坡在庫水位升降和降雨條件下的變形破壞及穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；王新剛等[12]利用數(shù)值模擬方法，建立仿真三維模型，對(duì)庫水位驟變作用下滑坡抗滑樁體系相互作用進(jìn)行了分析。

由于水位的變化，滑坡穩(wěn)定性受到嚴(yán)重的影響。由于滑坡規(guī)模大，我國(guó)學(xué)者對(duì)大截面挖孔鋼筋混凝土抗滑樁研究得較深入，并有不少成功的實(shí)例。陳洪凱等[13]通過懸臂抗滑樁在酸-應(yīng)力耦合作用下的室內(nèi)模型試驗(yàn)，對(duì)懸臂抗滑的耐久性進(jìn)行了研究，得出在酸-應(yīng)力耦合作用下，抗滑樁混凝土強(qiáng)度不斷劣化，樁身位移不斷增大的結(jié)論；郭喜峰等[14]以重慶市奉節(jié)縣三處典型滑坡體原位剪切試驗(yàn)依據(jù)，分析了其滑坡在水位升降前后其碎石土抗剪強(qiáng)度及其與顆粒分布的關(guān)系，得出了碎石土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)及其與碎石含量、含水量的關(guān)系；年延凱等[15]采用彈塑性有限元強(qiáng)度折減法，對(duì)6種不同截面形式的抗滑樁進(jìn)行了加固邊坡效果的對(duì)比分析；劉洪佳等[16]通過懸臂式抗滑樁加固滑坡的模型試驗(yàn)，得出模型破壞主演原因是樁頂位移過大導(dǎo)致樁身折斷破壞失效；文興等[17]利用數(shù)值模擬分析，論證了通過樁截面的改變，樁間土拱效應(yīng)得到增強(qiáng)，降低了土體從樁間滑出的可能性；許英姿等[18]采用數(shù)值模擬方法，從豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的內(nèi)力、樁長(zhǎng)、錨固力、偏心距幾個(gè)方面進(jìn)行了研究，得出豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁錨固段比懸臂樁減少；Zheng Yingren等[19]采用有限元強(qiáng)度折減法，考慮樁土相互作用問題，獲得了阻力和滑坡推力在樁上的合理分布以及樁的合理長(zhǎng)度；吳潤(rùn)澤等[20]針對(duì)現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁計(jì)算模型及其相應(yīng)計(jì)算理論存在的問題，基于有限差分法的原理，提出了改進(jìn)的錨索樁計(jì)算模型并進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)；申永江等[21]運(yùn)用土拱理論和極限平衡理論，推導(dǎo)出滑坡推力在雙排懸臂抗滑樁上的分配計(jì)算公式。

綜上可見，對(duì)推力大的滑坡，懸臂抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是常用的抗滑支擋措施。但考慮到水庫岸坡消落帶周期性浸泡的地質(zhì)環(huán)境，懸臂抗滑樁因樁身截面所限，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁則存在錨索被地下水周期性浸泡問題，兩種措施都存在明顯不足。鑒于此，筆者結(jié)合懸臂抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的優(yōu)點(diǎn)，提出一種滑坡治理新方法——梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，構(gòu)建其優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可為治理江河水庫岸坡大型特大型滑坡及山區(qū)公路巨厚層崩坡及滑坡提供一種新的技術(shù)選擇。

1 抗滑樁結(jié)構(gòu)形式

工程實(shí)踐表明，滑坡推力較大時(shí)，懸臂抗滑樁易產(chǎn)生較大變形，此時(shí)，需增大抗滑樁斷面面積以保證治理有效性。但增加抗滑樁斷面面積存在兩個(gè)問題，一是顯著增大混凝土及鋼筋用量，不經(jīng)濟(jì)；二是在滑坡治理部位進(jìn)行大斷面開挖，易誘發(fā)滑坡失穩(wěn)破壞致災(zāi)。而對(duì)于三峽水庫岸邊坡來說，由于水位一年一度存在30 m的變幅，使得預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在治理庫岸滑坡受到限制。梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁克服了懸臂抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的缺點(diǎn)。采用預(yù)應(yīng)力鋼筋，梯形的頂邊位于滑坡體內(nèi)側(cè)，屬于抗滑樁受拉區(qū)，底邊位于滑坡體剪出口方向，屬于抗滑樁受壓區(qū)，在受拉區(qū)安設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，如圖1。利用豎向預(yù)應(yīng)力錨索產(chǎn)生反向彎矩，抵消滑坡推力作用產(chǎn)生的彎矩所帶來的負(fù)面效應(yīng)，減小抗滑樁的樁頂撓度。該技術(shù)的核心在于抗滑樁受拉區(qū)設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力錨索，底端錨定板安放在距離樁底20～30 cm處，可充分利用混凝土保護(hù)錨索不受地下水周期性浸泡影響，增強(qiáng)其耐久性，如圖2。該技術(shù)主要適用于庫水位變動(dòng)帶滑坡災(zāi)害的治理需求。

圖1 梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)型式Fig.1 Structure pattern for vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

圖2 錨碇板安設(shè)位置(單位：cm)Fig.2 The mounting position of the anchor plate

2 抗滑樁受力分析

K．Terzagi[22]在活動(dòng)門實(shí)驗(yàn)中首先驗(yàn)證了土體中存在著拱效應(yīng)，即在荷載或自重的作用下，土體發(fā)生壓縮和變形，從而產(chǎn)生不均勻沉降，致使土顆粒間產(chǎn)生互相“楔緊”的作用，稱為“土拱效應(yīng)”。通常矩形樁在計(jì)算樁間距時(shí)是根據(jù)樁間土拱效應(yīng)建立計(jì)算模型，然后再利用土拱強(qiáng)度條件和樁間靜力平衡條件，最終得出樁間距計(jì)算方法。在土拱研究中，土拱是將拱所受的力傳遞至拱腳的一種結(jié)構(gòu)，繼而拱腳是作為承力主體，即抗滑樁。如圖3(a)。在樁間距計(jì)算中，通常利用土拱效應(yīng)作為計(jì)算模型，將土拱1視為主拱，土拱2視為次拱。而梯形豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的樁間土拱形成與矩形抗滑樁的土拱形式類似，如圖3(b)。由于梯形樁截面與矩形樁截面相比，抗滑樁左右兩側(cè)增加了角度，更有利于土拱2的形成，能更好的在土體相對(duì)向下移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生更好的擠密作用，并產(chǎn)生向上的分力，為拱腳的豎直方向提供支持力，而且目前尚無成熟的樁間距計(jì)算公式，因此梯形樁的樁間距按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取值。

圖3 土拱效應(yīng)簡(jiǎn)圖Fig.3 Soil arching effect between piles

3 抗滑樁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.1 計(jì)算模型

由于在計(jì)算懸臂式抗滑樁內(nèi)力時(shí)，可將滑坡推力等效為均布荷載，將滑坡推力產(chǎn)生的彎矩稱為正彎矩，梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的豎向預(yù)應(yīng)力錨索作用會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與之方向相反的彎矩，稱為負(fù)彎矩。梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁計(jì)算模型如圖4。

圖4 梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁計(jì)算模型Fig.4 Calculation model of vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

將滑坡作用產(chǎn)生的滑坡推力E在樁身自由段h′可等效為均布荷載，用q表示，此時(shí)將抗滑樁看做懸臂梁，其計(jì)算模型如圖5。通?；碌乃酵屏Π疵垦用子?jì)算。考慮樁間土的作用，則計(jì)算均布荷載時(shí)，滑坡推力還需乘上樁間距S。每根樁所受滑坡推力產(chǎn)生的水平推力T按式(1)計(jì)算，那么每根抗滑樁所受的均布荷載q按式(2)計(jì)算。

T=E·S

(1)

q= (E·S)/h′

(2)

根據(jù)懸臂梁的內(nèi)力計(jì)算可知，由滑坡推力在O點(diǎn)作用產(chǎn)生的正彎矩M如式(3)計(jì)算。

(3)

梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁豎向預(yù)應(yīng)力錨索作用的重心位置與樁的截面重心之間的距離稱為偏心距ep，在錨索作用下產(chǎn)生一個(gè)與正彎矩方向相反的負(fù)彎矩M0，即豎向預(yù)應(yīng)力錨索拉力設(shè)計(jì)值Nt在O點(diǎn)所產(chǎn)生的負(fù)彎矩M0為

M0=Nt·ep

(4)

同理，根據(jù)抗滑樁樁身內(nèi)力設(shè)計(jì)將負(fù)彎矩M0等效為與均布荷載q′，方向與滑坡推力的等效均布荷載q方向相反(圖3)。為保證安全，需要考慮滑坡安全系數(shù)Fs的影響，則有

(5)

由此可計(jì)算出豎向預(yù)應(yīng)力錨索拉力設(shè)計(jì)值Nt：

(6)

考慮由豎向預(yù)應(yīng)力錨索承載30%的滑坡推力荷載，其余滑坡推力荷載由普通鋼筋承載，假設(shè)達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，滑坡推力的等效荷載0.3q和豎向預(yù)應(yīng)力錨索拉力設(shè)計(jì)值的等效荷載q＇相等，即

0.3q=q＇

(7)

將式(7)帶入式(6)得到

(8)

將式(2)帶入式(8)得到豎向預(yù)應(yīng)力錨索拉力設(shè)計(jì)值Nt：

(9)

梯形斷面的偏心距ep計(jì)算如下所述，梯形斷面的重心計(jì)算公式為

(10)

式中：h為梯形斷面高度；a為梯形斷面頂邊長(zhǎng)度；b為梯形斷面底邊長(zhǎng)度。

由于混凝土保護(hù)層厚度a0與預(yù)應(yīng)力錨索作用的重心位置相差很小，計(jì)算偏心距時(shí)，預(yù)應(yīng)力錨索作用重心位置與斷面頂邊緣的距離近似為鋼筋混凝土的保護(hù)層厚度，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6。

偏心距ep的計(jì)算公式為：

ep=h-yc-a0

(11)

圖5 滑坡推力計(jì)算Fig.5 Calculation diagram for thrust of landslide

圖6 梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁偏心距計(jì)算Fig.6 Eccentricity calculation diagram for vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

4 工程應(yīng)用

筆者所舉例的水田壩鄉(xiāng)下土地嶺滑坡位于三峽庫區(qū)湖北省秭歸縣水田壩鄉(xiāng)新址規(guī)劃區(qū)北部。該滑坡為一正在活動(dòng)的滑坡，滑坡體及其影響區(qū)內(nèi)的建筑物明顯變形，后部為在建中的初級(jí)中學(xué)宿舍樓場(chǎng)地?fù)跬翂耙粭澖ǔ傻乃奚針腔A(chǔ)下沉變形，在建中的沿江大道路基發(fā)生較大的下沉。三峽水庫175 m水位蓄水后，滑坡體的中下部將被淹沒在正常蓄水位之下，滑坡的穩(wěn)定性將受到嚴(yán)重影響，威脅到該滑坡區(qū)及周邊已有建筑物、后部中學(xué)以及新集鎮(zhèn)沿江大道的安全。

滑坡體物質(zhì)以紫紅色泥巖碎石和長(zhǎng)石石英砂巖塊石夾黏土為主，而滑床則以上侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組紫紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和灰白色長(zhǎng)石石英砂巖為主。滑動(dòng)帶為粉質(zhì)黏土，其強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)為：C=11 kPa，φ=11°。滑坡區(qū)地下水類型可分為基巖裂隙水及第四系沉積物和崩塌堆積物孔隙水。因滑床為結(jié)構(gòu)完整性較好的巖層，其土抗力系數(shù)可視為常數(shù)。本例綜合有關(guān)資料，其地基系數(shù)取為：K=3×10 kN/m3，此時(shí)認(rèn)為1/n=0，也即按“K”法計(jì)算。本例將預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁設(shè)置在第11條塊上，如圖7。按照剛體極限平衡理論計(jì)算得到的作用在其上的滑坡推力為1 810.08 kN/m[23]。根據(jù)滑坡的條件，滑坡的安全系數(shù)為1.15，抗滑樁強(qiáng)度為C30，混凝土的保護(hù)層厚度為80 mm，初步擬定梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的尺寸為a×b×h=1.5 m×2.5 m×2.0 m，樁長(zhǎng)為12 m，樁的嵌固段為樁長(zhǎng)的1/3，即L0=4 m，樁間距S=5 m，根據(jù)梯形形心計(jì)算公式可計(jì)算出梯形截面的形心位置，即yc=917 mm，預(yù)應(yīng)力鋼筋擬采用As=15.2 mm的鋼絞線，那么可大致取偏心距ep=900 mm。

圖7 下土地嶺滑坡地質(zhì)剖面Fig.7 Geological section of Xiatudi landslide

為方便比較，兩者受力情況、截面面積以及樁長(zhǎng)相同，則懸臂抗滑樁的尺寸為b×h=1.6 m×2.5 m，保護(hù)層厚度為80 mm。

由式(9)可計(jì)算出豎向預(yù)應(yīng)力錨索軸向拉力設(shè)計(jì)值Nt:

而鋼絞線的承載力標(biāo)準(zhǔn)值為259 kN，承載力設(shè)計(jì)值為181 kN，則預(yù)應(yīng)力鋼絞線根數(shù)為

預(yù)留導(dǎo)管為10個(gè)，那么每個(gè)導(dǎo)管中應(yīng)放入8根鋼絞線，實(shí)際的鋼絞線根數(shù)為80根，預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積為Ay=11 120 mm2。

由式(2)計(jì)算得出滑坡推力等效均布荷載q=1 136.30 kN/m，由式(3)計(jì)算可得出滑坡推力在O點(diǎn)作用產(chǎn)生的正彎矩M=36 361.60 kN·m。

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理計(jì)算出非預(yù)應(yīng)力鋼筋面積Ag為

32 118.71 mm2

式中：Rg為鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，Rg=310 MPa；Ra為混凝土軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，Ra=14.3 MPa；Ry為預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，Ry=1 860 MPa；h0為有效高度，h0=1 920 mm；Mj為進(jìn)行截面強(qiáng)度計(jì)算的彎矩，Mj=36 361.60 kN·m；γs為鋼筋安全系數(shù)，γs=1.25。

鋼筋總面積為：

As=Ay+Ag=11 120+32 118.71=43 238.71 mm2

受壓區(qū)高度x為：

由此可計(jì)算出受拉區(qū)面積為2.04 m2，受壓區(qū)面積為1.96 m2，如圖8。

圖8 梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁拉壓區(qū)Fig.8 The tension-compressive zone in vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

按照懸臂樁的配筋方式計(jì)算得出所需鋼筋面積為As=54 328.62 mm2，受壓區(qū)高度為x=783 mm。受拉區(qū)面積為2.75 m2，受壓區(qū)面積為1.25 m2，如圖9。

圖9 矩形樁拉壓區(qū)Fig.9 The tension-compressive zone in rectangular pile

通過上述計(jì)算，在受力情況和截面面積相同的情況下，梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁所需的鋼筋用量為比懸臂抗滑樁所需的鋼筋用量可節(jié)省20.41%，并且前者受拉區(qū)面積比后者受拉區(qū)面積減少了25.8%。

5 結(jié) 論

1)針對(duì)鄰近江河水庫岸坡道路存在大型特大型滑坡的潛在威脅問題，為滿足工程治理需求，融合懸臂抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種滑坡治理新方法——梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，樁橫截面為梯形，頂邊位于滑坡體內(nèi)側(cè)。該技術(shù)的核心是在懸臂抗滑樁受拉區(qū)布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索底部錨碇板安置在距離樁底20～30 cm處，錨索上部錨頭設(shè)置在樁頂，采用后張拉法施加預(yù)應(yīng)力。

2)建立了梯形斷面豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁內(nèi)力計(jì)算方法，得到了與滑坡推力和樁間距等設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)的預(yù)應(yīng)力錨索拉力設(shè)計(jì)值計(jì)算公式。

3)工程實(shí)例表明，與橫截面積相同的矩形斷面懸臂抗滑樁相比，豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁可使抗滑樁受壓區(qū)面積增大25.8%，受拉區(qū)鋼筋用量減少20.4%，經(jīng)濟(jì)性能良好，可為治理江河水庫岸坡大型特大型滑坡及山區(qū)公路巨厚層崩坡積滑坡提供一種新的技術(shù)選擇。

[1] 申登科,陳洪凱．川藏公路田妥—怒江段某滑坡穩(wěn)定性分析與整治[J]．重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,30(增刊1):642-646． SHEN Dengke, CHEN Hongkai. Stability analysis and regulation of the landslide in Tiantuo to Nujiang section on Sichuan-Tibet Highway[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2011, 30(Sup1): 642-646.

[2] 王宏,鐘寧,王志超．重慶奉云高速公路挖斷村滑坡的成因分析與治理措施[J]．重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,29(1):85-89． WANG Hong, ZHONG Ning, WANG Zhichao. Causes analysis and control measures of Waduan village landslide on Feng-Yun expressway in Chongqing[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2010, 29(1): 85-89.

[3] PICCININI L, BERTI M, SIMONI A, et al. Slope stability and groundwater flow system in the area of Lizzano in Belvedere (Northern Apennines, Italy)[J].EngineeringGeology, 2014, 183(9): 276-289.

[4] PARONUZZI P,RIGO E, BOLLA A. Influence of filling-drawdown cycles of the Vajont reservoir on Mt. Toc slope stability[J].Geomorphology, 2013, 191(1): 75-93.

[5] ZABUSKI L, S′WIDZIN′SKI W, KULCZYKOWSKI M, et al. Monitoring of landslides in the Brda river valley in Koronowo(Polish Lowlands)[J].EnvironmentalEarthSciences, 2015,73(12):8609-8619.

[6] TRONCONE A, CONTE E, DONATO A. Two and three-dimensional numerical analysis of the progressive failure that occurred in an excavation-induced landslide[J].EngineeringGeology, 2014,183(9): 265-275.

[7] 盧書強(qiáng),易慶林,易武,等．三峽庫區(qū)樹坪滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制分析[J]．巖土力學(xué),2014,35(4):1123-1130． LU Shuqiang, YI Qinglin, YI Wu, et al. Analysis of deformation and failure mechanism of Shuping landslide in Three Gorges reservoir area[J].RockandSoilMechanics, 2014, 35(4):1123-1130.

[8] 陳洪凱,魏來,譚玲．降雨型滑坡經(jīng)驗(yàn)性降雨閾值研究綜述[J]．重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,31(5):990-996． CHEN Hongkai, WEI Lai, TAN Ling. Review of research on empirical rainfall threshold of rainfall-induced landslide[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2012, 31(5): 990- 996.

[9] 梁和成,單慧媚．天然飽水-失水對(duì)三峽庫岸邊坡土體的影響研究[J]．巖土力學(xué),2014,35(7):1837-1842． LIANG Hecheng, SHAN Huimei. Effect of natural water-saturation and water-loss on bank-slope soil in Three Gorges reservoir[J].RockandSoilMechanics, 2014, 35(7):1837-1842.

[10] 肖詩榮,盧樹盛,管宏飛,等．三峽庫區(qū)涼水井滑坡地質(zhì)力學(xué)模型研究[J]．巖土力學(xué),2013,34(12):3534-3542． XIAO Shirong, LU Shusheng, GUAN Hongfei, et al. Study of geomechanical model of Liangshuijing landslide in Three Gorges Reservoir area[J].RockandSoilMechanics, 2013, 34(12): 3534-3542.

[11] 吳丹丹,胡新麗,雍睿,等．三峽庫區(qū)馬家溝滑坡模型形態(tài)概化[J]．地球科學(xué)(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)),2014,39(11):1593-1598． WU Dandan, HU Xinli, YONG Rui, et al. Generalizability method of physical model shape for Majiagou landslide in Three Gorges Reservoir area[J].EarthScience(JournalofChinaUniversityofGeosciences), 2014, 39(11):1593-1598.

[12] 王新剛,胡斌,連寶琴,等．庫水位驟變下滑坡-抗滑樁體系作用三維分析[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013,32(12):2439-2446． WANG Xingang, HU Bin, LIAN Baoqin, et al. 3D analysis of interaction of landslide and anti-slide pile system under sudden change of reservoir water level[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2013, 32(12):2439-2446.

[13] 陳洪凱,易麗云,鮮學(xué)福,等．酸-應(yīng)力耦合作用下抗滑樁性能試驗(yàn)[J]．重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2009,32(1):61-66． CHEN Hongkai, YI Liyun, XIAN Xuefu, et al. Anti-sliding pile performance under acid-stress-coupling[J].JournalofChongqingUniversity, 2009, 32(1): 61-66.

[14] 郭喜峰,晏鄂川,劉洋．三峽庫區(qū)碎石土滑坡體抗剪強(qiáng)度研究[J]．重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,34(1):68-71． GUO Xifeng,YAN E′chuan, LIU Yang. Shear strength of gravel soil landsilde in the Three Gorges reservoir zone[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2015, 34(1): 68-71.

[15] 年廷凱,徐海洋,李東晨．不同截面型式抗滑樁加固邊坡數(shù)值分析[J]．大連理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013,53(5):695-701． NIAN Tingkai, XU Haiyang, LI Dongchen. Numerical analysis of slope reinforcement with different cross-section anti-slide piles[J].JournalofDalianUniversityofTechnology, 2013, 53(5):695-701.

[16] 劉洪佳,門玉明,李尋昌,等．懸臂式抗滑樁模型試驗(yàn)研究[J]．巖土力學(xué),2012,33(10):2960-2966． LIU Hongjia, MEN Yuming, LI Xunchang, et al. Study of model test on cantilever anti-slide pile[J].RockandSoilMechanics, 2012, 33(10):2960-2966.

[17] 文興,裴向云,劉云鵬．特殊截面抗滑樁受力特性與土拱效應(yīng)分析[J]．工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2013,21(5):797-803． WEN Xing, PEI Xiangyun, LIU Yunpeng. Stress characteristics and soil arch effect analysis of anti-sliding piles with special cross-section[J].JournalofEngineeringGeology, 2013, 21(5):797-803.

[18] 許英姿,韋萬正,盧玉南．豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的優(yōu)化研究[J]．工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2011,19(1):83-87． XU Yingzi, WEI Wanzheng, LU Yunan. Optimal design study of anti-slide pile with vertical pre-stressed anchor[J].JournalofEngineeringGeology, 2011, 19(1): 83-87.

[19] ZHENG Yingren, ZHAO Shangyi, LEI Wenjie, et al. New method of designing anti-slide piles——the strength reduction FEM[J].EngineeringSciences, 2010, 8(3): 2-11.

[20] 吳潤(rùn)澤,周海清,胡源,等．基于有限差分原理的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁改進(jìn)計(jì)算方法[J]．巖土力學(xué),2015,36(6):1791-1800． WU Runze, ZHOU Haiqing, HU Yuan, et al. An improved method for calculating anti-sliding pile with prestressed anchor cable based on finite difference theory[J].RockandSoilMechanics, 2015, 36(6):1791-1800.

[21] 申永江,孫紅月,尚岳全,等．滑坡推力在懸臂式雙排抗滑樁上的分配[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012,31(增刊1):2668-2673． SHEN Yongjiang, SUN Hongyue, SHANG Yuequan, et al. Distribution of landslide thrust on cantilever double-row anti-sliding piles[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2012, 31(Sup1):2668-2673.

[22] TERZAGI K.TheoreticalSoilMechanics[M]. New York: John Wiley & Sons,1943.

[23] 桂樹強(qiáng)．預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)計(jì)算方法[J]．地球科學(xué)(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)),2005,30(2):233-240． GUI Shuqiang. Design method for using stabilizing piles with pre-stressed anchored cables in landslide remediation works[J].EarthScience(JournalofChinaUniversityofGeosciences), 2005, 30(2):233-240.

Study on the Optimum Design Method for Vertical Pre-Stressed Anchor Anti-Slide Piles with Trapezoid Section

CHEN Hongkai, ZHAO Chunhong

(Institute of Geotechnical Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P.R.China)

By fusing advantages between cantilevered anti-slide piles and pre-stressed anchor anti-slide piles, a new method for landslide control, the vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section, was proposed. By analyzing loaded performance of the vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section, the calculation method for its internal force was established, and the optimum formula for the design value of pre-stressed anchor tension, which was related to design parameters, such as, landslide thrust and pile distance, was gained. Engineering examples indicated that, within same cross-sectional area, by comparing with cantilevered anti-slide piles with rectangle section, the vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section could increase the compression zone of anti-slide piles by 25.8 percent and decrease the reinforcement amount in tensile area by 20.4 percent. It has a good economic performance. The method provides a new technological selection for the management of large and oversize scale landslide in the river and reservoir slope and/or landslides with thick colluvium and slope sediments along highway.

road engineering; slope treatment; anti-slide piles; structure type; optimum design method

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.02.13

2015-09-28；

2015-12-13

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51378521)；重慶市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2013JJB0005)

陳洪凱(1964—)，男，重慶人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事巖土工程方面的研究。E-mail:chkcxf@163.com。

趙春紅(1990—)，女，重慶人，碩士研究生，主要從事從事巖土工程方面的研究。E-mail:540029018@qq.com。

U418.5

A

1674-0696(2016)02-054-06