抗滑樁在治理滑坡方面的研究

張富榮，高偉偉，黃道鋒，楊泓燁

（1.蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.華僑大學(xué) 機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院，福建 廈門 361021）

0 引言

隨著世界上的高鐵、公路等各種基建的持續(xù)發(fā)展，我們已經(jīng)可以很好地應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)通過防治自然災(zāi)害來一定程度上地保護(hù)基礎(chǔ)建設(shè)，比如在高鐵、公路當(dāng)中就很常見支護(hù)工程，它可以防治一些高鐵、公路旁的坡體滑坡，很好地保護(hù)了交通安全，也降低了經(jīng)濟(jì)損失。在支護(hù)工程中，抗滑樁是一種很實(shí)用的結(jié)構(gòu)[1]。

1 抗滑樁的介紹

1.1 抗滑樁的基本概念

抗滑樁是將樁插入滑動(dòng)面以下的穩(wěn)定地層中，利用穩(wěn)定地層巖土的錨固作用以平衡滑坡推力、穩(wěn)定滑坡的一種結(jié)構(gòu)物。由于抗滑樁具有抗滑能力強(qiáng)、支擋效果好、樁位設(shè)置靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大型滑坡災(zāi)害的整治。此外，抗滑樁還可用于其他坡體變形及橋臺(tái)、隧道變形等的加固[2]。

1.2 抗滑樁的國(guó)內(nèi)外研究狀況

國(guó)外最早的抗滑樁應(yīng)用于20世紀(jì)30年代。19世紀(jì)中葉第二次世界大戰(zhàn)之后，由于各國(guó)經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和發(fā)展，工程建設(shè)中發(fā)生了大量的滑坡，抗滑樁逐步成為一個(gè)治理滑坡的主要方法[3]。而后，抗滑樁設(shè)計(jì)理論得到初步建立，在20世紀(jì)70年代以后實(shí)現(xiàn)抗滑樁的快速發(fā)展。

國(guó)內(nèi)鐵路上最早應(yīng)用抗滑樁是在20世紀(jì)50年代的修建寶成鐵路的時(shí)候[4]。我國(guó)的抗滑樁技術(shù)雖落后于國(guó)外，但是隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，抗滑樁也發(fā)展的極為迅速，出現(xiàn)了各種各樣的抗滑樁結(jié)構(gòu)，錨索抗滑樁就是很有代表力的其中之一。

2 邊坡抗滑樁的設(shè)計(jì)要求

2.1 設(shè)計(jì)總思維

抗滑樁的設(shè)計(jì)思想主要是能充分發(fā)揮樁身的力學(xué)性能并能長(zhǎng)久使用，且應(yīng)用廣泛、施工便捷、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。其設(shè)計(jì)還需根據(jù)實(shí)際情況，通過計(jì)算分析，才能得出最佳設(shè)計(jì)方案。

2.2 樁身設(shè)計(jì)的安全性要求

對(duì)于滑坡體而言，要滿足足夠的穩(wěn)定性；即穩(wěn)定安全系數(shù)必須要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以保證滑體不能越過樁頂，也不會(huì)從樁間擠出去；對(duì)于樁身而言，必須要擁有足夠的穩(wěn)定性和強(qiáng)度；樁的配筋和斷面要合理，這樣才能達(dá)到樁身變形和樁內(nèi)應(yīng)力的要求[5]。

2.3 樁身設(shè)計(jì)的合理性要求

樁布置時(shí)候的規(guī)格、間距、深度都需要合理設(shè)計(jì)，在施工安全的前提下，確保每個(gè)樁充分發(fā)揮作用，節(jié)省材料。

2.4 樁身設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性要求

樁身設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用現(xiàn)有的技術(shù)，盡可能多地設(shè)計(jì)方案，通過多方面比較，在保障安全合理的條件下，尋求最佳方案，以減少經(jīng)濟(jì)成本。

3 滑坡推力和樁身內(nèi)力分析

3.1 分析方法

對(duì)滑坡力系的分析，就是對(duì)滑坡體穩(wěn)定性的分析。本文主要采用的分析方法是計(jì)算安全系數(shù)的方法。計(jì)算時(shí)，假設(shè)滑體不發(fā)生形變，將滑坡體簡(jiǎn)化成直線和折線模型，計(jì)算滑坡推力。

3.2 滑動(dòng)面剖面為平面時(shí)的計(jì)算分析

滑動(dòng)面剖面為一直線時(shí)，是最簡(jiǎn)單的情況。如圖1所示，滑體ABC的自重為G，滑坡體底部AC的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，土坡坡度為a，土的內(nèi)摩擦角為，土的黏度為c。在不考慮外界條件的情況下，由于滑坡體重力，使土下滑的力，而土體下滑的阻力為，因此安全系數(shù)K為：

圖1 滑動(dòng)面剖面直線簡(jiǎn)圖

式（1）為黏性土坡，若在均質(zhì)無粘性土坡的條件下，則c=0，土體下滑的阻力為由式（1）得，安全系數(shù)K為：

從式（1）可得，安全系數(shù)K和坡度a成反比，和土的內(nèi)摩擦角和土的黏度c成正比。當(dāng)K=1時(shí)，下滑的阻力等于滑動(dòng)力，土坡處于極限狀態(tài)，由式（2）得，在無黏性土的時(shí)候，土內(nèi)摩擦角等于坡度a。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）規(guī)定，一級(jí)邊坡的安全系數(shù)的取值范圍在1.25～1.35。

3.3 滑動(dòng)面剖面為折線時(shí)的計(jì)算分析

若滑坡剖面為折線時(shí)，分析較為復(fù)雜，所以將滑坡體進(jìn)行簡(jiǎn)化。依據(jù)坡度變化，對(duì)滑坡體進(jìn)行分塊處理，處于中間段的滑坡塊，不僅受上一段的推力而且還受到下一段滑坡體的阻力作用。計(jì)算此處滑坡推力一般采用推力計(jì)算法計(jì)算其穩(wěn)定性[6]。若圖2所示，對(duì)滑坡體受力分析：

圖2 滑動(dòng)面剖面折線簡(jiǎn)圖

首先，對(duì)最上部的滑塊ABC進(jìn)行受力分析：

由式（3）得：

所以，其反作用力：

根據(jù)對(duì)滑塊CBDE分析得：

由（6）可得：

3.4 樁身內(nèi)力的計(jì)算分析

抗滑樁計(jì)算方法常常使用懸臂樁法，把滑面以上抗滑樁受荷段上的作用力均看作外荷載，滑面以上的部分按懸臂構(gòu)件計(jì)算。滑面以上滑體作用于樁身的推力分布圖形為矩形或者三角形，其方向與滑動(dòng)面相平行。根據(jù)地基系數(shù)與滑床巖體性質(zhì)的關(guān)系，嵌固段樁身內(nèi)力計(jì)算分K法和M法：①K法：地基系數(shù)為常數(shù)K?；矠檩^完整的巖質(zhì)和硬粘土層。②M法：地基系數(shù)隨深度呈線性增加?；矠橛菜?半堅(jiān)硬的砂粘土、碎石土或風(fēng)化破碎成土狀的軟質(zhì)巖層[7]。推力在樁上的分布，還與樁的變形程度、滑動(dòng)面土的性質(zhì)、坡度的大小等因素有關(guān)，是一個(gè)還待研究的問題。

4 抗滑樁的類型及應(yīng)用

抗滑樁以樁身材質(zhì)劃分可分為單樁、樁板抗滑樁、框架式抗滑樁、錨索樁等。眾所周知，我國(guó)是多山地、多丘陵國(guó)家。順層開礦或依山平整建筑場(chǎng)地和修路，經(jīng)常遇到大的不連續(xù)面發(fā)育的巖體，由該巖體構(gòu)成的礦山邊坡或路墊邊坡若發(fā)生滑坡即為平面型滑坡[8]。其受力較為單一，在山區(qū)公路建中，若有優(yōu)質(zhì)的地理?xiàng)l件，采用單樁或框架式抗滑樁支撐。在青海地區(qū)常常使用此類型樁進(jìn)行邊坡加固。

在一般地形條件下，路基邊坡一般為折線型滑坡。力系分析較為復(fù)雜，采用預(yù)應(yīng)力錨索樁加固邊坡，能較好地防止滑坡的發(fā)生。例如，在陽泉至左權(quán)高速公路中，為治理沿線邊坡的一個(gè)中型滑坡體，采用了錨索抗滑樁對(duì)滑坡體防治，原因是滑坡體滑坡推力較大，如果采用一般的抗滑樁結(jié)構(gòu)難以保證滑坡體的穩(wěn)定。

5 結(jié)語

誠(chéng)然，抗滑樁在工程建設(shè)中運(yùn)用非常廣泛，取得的成就也是有目共睹。但在理論研究方面還不是特別成熟，這更要求廣大科研工作者在實(shí)踐中對(duì)抗滑樁的受力進(jìn)一步的探索和研究，以達(dá)到安全、合理、經(jīng)濟(jì)的目的。