路基滑坡中利用EXCEL—VLOOKUP進(jìn)行抗滑樁設(shè)計(jì)與分析

許藏珠

摘要：本文通過抗滑樁設(shè)置原理，詳細(xì)探討了滑坡推力計(jì)算方法，利用EXCEL—VLOOKUP，對抗滑樁內(nèi)力位移計(jì)算進(jìn)行編程分析，能較好提高對抗滑樁的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：抗滑樁；路基滑坡處治；EXCEL—VLOOKUP；M法

引言

抗滑樁是利用樁埋入穩(wěn)固的巖體中，使其承受滑體的部分下滑力，并將其傳遞到下部穩(wěn)固巖體中，以起到穩(wěn)固滑體的作用。抗滑樁抗滑能力強(qiáng)，能克服擋土墻在滑面較深時(shí)難以抵擋的困難?？够瑯稑段混`活，可根據(jù)滑坡剩余推力結(jié)合場地條件選擇抗滑樁最佳部位，抗滑樁可以單獨(dú)設(shè)置，也可與其他治理工程配合使用，安全可靠；依據(jù)彎矩大小合理配筋，依據(jù)滑坡推力大小和滑動(dòng)面深度變化設(shè)計(jì)樁的截面尺寸和樁長。[1]

滑坡推力計(jì)算

滑坡剩余下滑力采用傳遞系數(shù)法計(jì)算，從第一塊滑體向下傳遞，直到抗滑樁設(shè)置樁位，即為抗滑樁所承擔(dān)的滑坡推力。

滑體傳遞土壓力為：

傳遞系數(shù)為

抗滑樁的計(jì)算

1、滑動(dòng)面以上土層對樁的作用按外力考慮，滑坡推力及剩余抗滑力，可沿樁身按矩形分布，當(dāng)滑體為極松散的土體時(shí)，可采用三角形分布。確定滑坡推力及抗滑力完成后，在滑動(dòng)面處將外力換算成剪力 和彎矩 。

2、按剛度大小，抗滑樁可分為剛性樁和彈性樁：

。其中h為樁在滑動(dòng)面以下的埋深， 為樁的變形系數(shù)，

側(cè)向地基抗力系數(shù)c可根據(jù)巖性采用適當(dāng)方法，當(dāng)巖質(zhì)均勻，巖層整體較厚且為塊狀時(shí)，可認(rèn)為側(cè)向地基彈性抗力隨深度不變，采用K法；當(dāng)巖質(zhì)破碎，或?yàn)轲ね辽巴習(xí)r，可認(rèn)為樁側(cè)地基彈性抗力隨深度變化，采用m法，即c=my。當(dāng)采用m法時(shí)，對于樁埋深位于兩層或兩層不同土層時(shí)，各層土 應(yīng)換算成一個(gè) 值，此時(shí)計(jì)算出的彎矩應(yīng)乘以系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。[2]地層巖性由軟變硬的過程中，地基土層的m值由小變大， 值也相應(yīng)變大；同時(shí)，隨著埋置深度h的增大，ah也越大，表現(xiàn)為抗滑樁整體趨向于彈性樁。故在初選樁型方案時(shí)，可參考地層巖性m值與樁截面大小，然后結(jié)合經(jīng)驗(yàn)初定滑床以下的樁長，初步假定樁為剛性樁或彈性樁。

3、樁側(cè)應(yīng)力不大于地基土的側(cè)向抗力，以避免過大的塑性變形。根據(jù)公式

，可知地基側(cè)向承載力隨深度是一個(gè)變化的過程，當(dāng)解出樁身位移后，乘以該深度對應(yīng)的側(cè)向地基抗力系數(shù)C，即可判斷樁側(cè)土應(yīng)力的大小是否在容許范圍內(nèi)。

4、樁長計(jì)算

剛性樁的內(nèi)力計(jì)算可參考《均質(zhì)巖土層中剛性抗滑樁的設(shè)計(jì)計(jì)算》[3]，其計(jì)算理念及方法簡單易行，所需設(shè)計(jì)參數(shù)較少。特別是在確定為剛性樁的前提下，只需要下滑力和基巖側(cè)壁容許應(yīng)力（側(cè)壁巖土容許抗壓強(qiáng)度）即可進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。而在彈性樁的計(jì)算分析中，通常采用側(cè)向彈性地基梁理論，即將樁視作彈性地基上的彈性地基梁，此時(shí)樁在水平外力作用下的撓曲微分方程為

，其中p為土作用在樁上的水平反力，

為樁在滑動(dòng)面下y點(diǎn)處的水平位移（m），可見在求得 后，即可得到 ，進(jìn)而可以根據(jù)樁在滑床頂部的位移控制要求及側(cè)向地基承載力要求確定樁長，一般要求抗滑樁滑床頂部位移小于10mm。

5、樁的內(nèi)力位移計(jì)算

通過對撓曲微分方程的求解，可得以下計(jì)算式：

其中ABCD為系數(shù)，與 相關(guān)，可以通過查表獲得。通過滑動(dòng)面處換算成剪力 和彎矩 。當(dāng)樁埋于土層或風(fēng)化破碎巖層內(nèi)，此時(shí)樁底可視為自由端，即邊界條件 和 此時(shí)ABCD為樁底所對應(yīng)的系數(shù)。

解得

至此，可以得出所設(shè)抗滑樁在滑動(dòng)面下每一深度所對應(yīng)的內(nèi)力和位移。

工程實(shí)例

我局所管養(yǎng)公路一處路基缺口出現(xiàn)路基下側(cè)滑塌，地質(zhì)判斷為滑坡，地層巖性為砂礫石，采用單排抗滑樁處治，，樁位設(shè)置在路基下側(cè)?；瑒?dòng)面以上樁長為12m，滑動(dòng)面以下樁長初定為10m，根據(jù)傳遞系數(shù)法可算的每根樁滑坡推力為：1525kn。M取值為7625（kn/m4），樁身直徑為2.5m，計(jì)算寬度為3.15m，樁身E為32000000（kn/m2），樁底視為自由端。采用自編EXCEL-VLOOKUP將計(jì)算系數(shù)ABCD提前錄入數(shù)據(jù)庫，然后根據(jù)控制參數(shù)αh，自動(dòng)查找調(diào)用相應(yīng)ABCD，可直接得出樁身位移和內(nèi)力，生成圖表。結(jié)合滑動(dòng)面位移控制要求，可以快速得出理想方案。具體計(jì)算過程如下：

由計(jì)算結(jié)果可見，滑動(dòng)面以下樁身最大位移在滑動(dòng)面處，為6.3mm，符合小于10mm的一般要求。而樁身的最大正彎矩10496knm，距離滑動(dòng)面為3m，最大負(fù)彎矩為-504knm，位于距底部末端1m處。說明采用滑動(dòng)面以下樁長10m的方案合理，位移和內(nèi)力處于較理想?yún)^(qū)間范圍。

其他要求

1、樁的入土深度 [2]

2、樁埋入巖土部分截面配筋率 0.6，（建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范7.3.3條）[4]

結(jié)語

通過EXCEL--VLOOKUP對抗滑樁計(jì)算進(jìn)行編程，結(jié)合定性分析，能夠快速準(zhǔn)確得出預(yù)設(shè)方案的具體計(jì)算數(shù)值，以供決策。為我局在路基滑坡災(zāi)毀處治時(shí)提供技術(shù)參考，對設(shè)計(jì)給出的方案進(jìn)行復(fù)核，極大提高我局作為行業(yè)主管監(jiān)督單位的科學(xué)決策能力，有利于快速落實(shí)處治修復(fù)方案，提高公路社會(huì)服務(wù)職能。

參考文獻(xiàn)

[1]《工程地質(zhì)手冊》第四版

[2]《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D63-2007

[3]趙曉彥，胡厚田，均質(zhì)巖土層中剛性抗滑樁的設(shè)計(jì)計(jì)算，巖土工程師，Vol，15No1，F(xiàn)eb，2003

[4]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)程》GB50330—2013

（作者單位：云南省保山公路局）