埋置式抗滑樁在滑坡治理中的應(yīng)用

喻邦江,鄢霞

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴陽 550001)

埋置式抗滑樁在滑坡治理中的應(yīng)用

喻邦江,鄢霞

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴陽 550001)

通過地質(zhì)調(diào)繪、鉆探等地質(zhì)勘查手段，查明了織納高速公路龍井河特大橋橋位區(qū)堆積體滑坡的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，對滑坡進行了穩(wěn)定性計算分析。通過靜力平衡原理對埋置式抗滑樁進行了受力分析簡化計算，確定了埋置式抗滑樁的埋置深度和懸臂段長度，為埋置式抗滑樁在實際工程中的運用提供了實用的設(shè)計方法，滑坡治理達到預期效果。

堆積體滑坡；高速公路；特大橋；穩(wěn)定性分析；埋置式抗滑樁；實用設(shè)計方法

1 前言

在公路、鐵路等工程建設(shè)的滑坡治理中，抗滑樁運用相當廣泛。一般滑坡治理中，多采用普通抗滑樁或錨拉樁進行支擋。在滑坡推力一定的情況下，樁的懸臂段長度將控制樁的截面和樁的抗彎能力，從而控制支擋結(jié)構(gòu)的工程規(guī)模。特別是對于深層滑坡(如厚度大于15 m)，同時為避免大規(guī)模的對滑坡進行開挖擾動，需從原地表對坡體進行預加固支護時，采用埋置式抗滑樁對坡體進行加固，可避免對坡體進行大規(guī)模的開挖擾動，同時減少抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，達到節(jié)省工程投資、降低施工難度的優(yōu)點。因此近年來，埋置式支擋結(jié)構(gòu)得到了不斷的發(fā)展應(yīng)用。

本文以廈蓉高速公路貴州境織金至納雍段龍井河特大橋橋位區(qū)堆積體滑坡治理的實際工程為背景，采用埋置式抗滑樁對滑坡進行有效治理，對埋置式抗滑樁進行了結(jié)構(gòu)受力分析。

2 工程地質(zhì)條件

高速公路設(shè)置龍井河特大橋跨越龍井河溝谷，橋區(qū)地貌類型屬構(gòu)造侵蝕、溶蝕型低中山地貌,橋梁上部結(jié)構(gòu)采用上部結(jié)構(gòu)為:6 m×30 m預應(yīng)力砼T梁+(86+160+86) m預應(yīng)力砼部分斜拉橋+5 m×30 m預應(yīng)力混凝土T梁。根據(jù)工程地質(zhì)勘察，橋位區(qū)ZK127+910～ZK127+960段發(fā)育一大型的堆積體，特大橋4、6號橋墩處于巖堆體下方，5號橋墩由巖堆體下部通過，前緣位于軸線右側(cè)右25 m，后緣于左側(cè)左160 m，堆積體橫向?qū)挾?96 m，縱向長度98 m，面積約為1 700 m2，厚0～24 m，塊石成分為灰?guī)r，表層松散，其下稍密，現(xiàn)堆積體自然坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。下伏基巖為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第一段(T1yn1)灰?guī)r。綜合現(xiàn)場情況，橋墩開挖擾動、雨水下滲等地質(zhì)條件惡化后將可能導致路線左側(cè)坡體上方堆積體失穩(wěn)，將威脅特大橋橋墩安全。為保證橋墩安全，必須對該堆積體進行加固處理后方可施工橋梁樁基及橋墩。

3 滑坡穩(wěn)定性計算和治理方案布設(shè)

3.1 滑坡穩(wěn)定性計算

根據(jù)鉆探揭露，上部堆積體結(jié)構(gòu)松散，滑床為中厚層狀灰?guī)r，地表水下滲易在堆積體底部富集，堆積體易沿堆積體于滑床接觸帶附近發(fā)生整體滑移失穩(wěn)，通過搜索計算同時結(jié)合現(xiàn)場的地質(zhì)條件，確定最不利潛在滑動面位置?；瑒訋锢砹W參數(shù)通過取樣試驗、反演、類比等方式綜合分析確定。暴雨工況條件下滑坡體容重：γ=19.5 kN/m3，塊石土水平地基承載力的特征值fk=200 kPa;塊石土與基巖接觸帶粘聚力c=10 kPa，內(nèi)摩擦角φ=21°；天然工況條件下滑坡體容重：γ=19 kN/m3，塊石土與基巖接觸帶粘聚力c=10 kPa，內(nèi)摩擦角φ=23°。通過穩(wěn)定性計算，原天然邊坡，工程建設(shè)前，最不利工況條件下坡體的整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.13，坡體處于整體基本穩(wěn)定。根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》，坡體穩(wěn)定性安全系數(shù)不滿足要求，同時考慮特大橋的重要性，取天然工況安全系數(shù)K=1.3(暴雨工況K=1.2)時，對典型斷面進行穩(wěn)定性計算，計算得坡體最大剩余下滑力為1 263 kN/m(圖1)。

3.2 滑坡治理方案布設(shè)

通過以上分析，坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，橋梁施工開挖不可避免對坡體擾動，同時橋梁載荷通過承臺對坡體的部分加載作用，在暴雨狀態(tài)將可能誘發(fā)坡體發(fā)生變形甚至整體失穩(wěn)，過大的坡體變形將導致特大橋橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，因此必須對坡體進行預加固綜合治理后方可實施特大橋的基礎(chǔ)及承臺。

由于該滑坡堆積體，厚度大，坡面植被豐富，為減少對坡體開挖擾動和坡面植被的破壞，同時考慮減少抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，達到節(jié)省工程投資、降低施工難度等采用埋置式抗滑樁對該滑坡堆積體進行加固治理。橋梁基礎(chǔ)位于堆積體前緣，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)地形條件，抗滑樁設(shè)置于橋梁樁基礎(chǔ)左側(cè)滑面相對平緩的位置。根據(jù)穩(wěn)定性計算的剩余下滑力，樁截面為2 m×3 m，中對中間距為5 m，抗滑樁從原地面進行開挖施工。另坡面設(shè)置截水溝、急流槽等加強地表排水措施。

分別在龍井河特大橋5號墩、6號墩前緣設(shè)置3根埋置式抗滑樁對坡體進行預加固，保證堆積體的穩(wěn)定，確保特大橋的安全。

圖1 方案布設(shè)典型橫斷面圖

4 埋置式抗滑樁結(jié)構(gòu)受力分析

4.1 抗滑樁懸臂長度的確定

等孩子們安靜下來，登子又跑到外面抱進來一個三四歲的孩子。這個孩子細細的脖子幾乎支撐不起大大的頭，還有那雙細腿，好像也支撐不起脹大的肚子。他把這個孩子放在央青邊上，這個孩子便把頭靠在央青身上，只有轉(zhuǎn)動的眼珠才看得出這個生命還沒死去。

埋置式抗滑樁對滑坡體進行支護后，將改變滑移路線，經(jīng)理論分析和模型實驗證實，其滑移路線將沿被動土壓力破裂面進行，為保證抗滑要求，一方面必須滿足滑塊EBCD不沿被動土壓力破裂面EG面滑動；其二滑體土與樁計算寬度范圍內(nèi)的接觸壓力應(yīng)小于滑體土水平承載力的特征值(埋置式抗滑樁簡化計算圖如圖2)。

圖2 邊坡治理平面布置圖

(1) 需滿足滑塊EBCD不沿被動土壓力破裂面EG面滑動，應(yīng)滿足以下平衡方程：

W(sinβ+cosβ·tgφ)

因此RT=K·W

(1)

(2)

將(2)式帶入(1)式 令

其中,γ為滑體土容重；Lv為樁間距；φ為滑體土內(nèi)摩擦角；H為設(shè)樁處滑體厚度；W為EBCD范圍分布寬度為Lv的土體自重；α為滑面與水平面夾角；RT為設(shè)樁處滑坡推力；h為滑面以上樁長。

計算得抗滑樁最小懸臂長度h≥6.07 m。

(2) 應(yīng)滿足滑體土與樁計算寬度范圍內(nèi)的接觸壓力應(yīng)小于滑體土水平承載力的特征值。

圖3 埋置式抗滑樁簡化計算圖

(3)

(4)

因此應(yīng)滿足(q1+q2)≤fk·Bp

其中，BP為抗滑樁計算寬度；fk為滑體土水平承載力的特征值。

經(jīng)計算得h≥0.534,H=12.81 m。

綜上分析計算，該滑坡取抗滑樁懸臂段長度h=13 m，樁頂埋入地面以下a=11 m。同時對樁頂以上滑坡堆積體的整體穩(wěn)定性進行校核分析計算，經(jīng)計算樁頂以上邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.32，滿足要求。

4.2 抗滑樁結(jié)構(gòu)計算

堆積體由松散的塊石土組成，樁前所受的剩余下滑力按三角形分布計算，抗滑樁嵌固段位于堅硬的灰?guī)r，樁側(cè)向的地基系數(shù)為常數(shù)，相應(yīng)的彈性地基梁的計算方法為“K”法，經(jīng)計算最大彎矩為M=44 694.934(kN·m),最大剪力Q=7 634.250(kN)，根據(jù)彎矩和剪力進行配筋計算配置鋼筋。樁身采用C30混凝土，受拉主筋采用HRB400級鋼筋。樁均采用人工挖孔樁，鋼筋砼護壁施工，抗滑樁澆筑施工完成后，樁頂至地面部分采用碎石回填壓實，鎖口封閉，防止地表水直接滲漏。

5 結(jié)語

高速公路龍井河特大橋堆積體治理施工完畢近3 a，經(jīng)對坡體長期位移監(jiān)測顯示，坡體穩(wěn)定，堆積體治理達到預期效果，保證了特大橋的安全。證明了對深厚堆積體采用埋置式抗滑樁支擋，能有效治理大型滑坡，節(jié)省工程造價。

[1] 貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司.廈門至成都高速公路貴州境織金至納雍段第9合同段龍井河特大橋兩階段施工圖工程地質(zhì)勘察報告[R].2011.

[2] 貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司.廈門至成都高速公路貴州境織金至納雍段第9合同段龍井河特大橋兩階段施工圖設(shè)計圖[R]，2011.

[3] 李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實例(第二版)[M].人民交通出版社，2011.

[4] 喻邦江.H型預應(yīng)力錨索抗滑樁樁土相互作用分析及工程應(yīng)用研究[D].同濟大學碩士學位論文，2014.

[5] 重慶市地方標準.地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范(DB50/2029-2004)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[6] 中華人民共和國行業(yè)標準.公路路基設(shè)計規(guī)范(JTG D30-2015)[S].北京：人民交通出版社，2015.

[7] 陳祖煜.汪小剛.楊建,等.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[M].中國水利出版社，2004.

[8] 張卓元，王士天，王蘭生，等.工程地質(zhì)分析原理(第3版)[M].北京：地質(zhì)出版社，2009.

APPLICATION OF SUNKEN ANTI-SLIDE PILE IN LANDSLIDE TREATMENT

YU Bang-jiang，YAN Xia

(Guizhou Transportation Plannig Survey & Design Academy Co.,LTD, Guizhou,Guiyang 550001,China)

The geological and hydrogeological conditions of Long-Jing River Bridge area talus slide in Zhi-Na highway were identified through geological mapping, drilling and other geological prospecting methods, the landslide stability was analyzed and calculated as well. Stress analysis calculation of embedded anti slide piles was simplified through static balance principle, the buried depth of sunken anti-slide pile and cantilever length were determined. The article provides a practical design method for the usage of sunken anti-slide in practical engineering, the desired effect of landslide control was achieved.

talus slide; highway; super bridge; stability analysis; sunken anti-slide pile; practical design method

田正偉(1991- )，男，碩士研究生，主要研究方向為資源信息技術(shù)。E-mail:tianzhegnwei59@163.com

1006-4362(2017)01-0074-04

2016-12-22 改回日期： 2017-01-20

中國博士后科學基金(編號：2016M590890);貴州省交通廳科技項目資助(編號：2015-121-025)

P642.22；U417.1

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