涵洞滑坡治理中抗滑桩的设计与计算

艾闯 马永超

摘要：抗滑桩是防治工程滑坡的一种工程建筑物，这种桩具有施工方便、效果突出的特点，是我国工程建设中常用的滑坡防治措施，近些年来在我国得到了广泛的应用和快速的发展，本文结合现有工程实例和相关设计规范，对抗滑桩进行了设计和计算，为其他类似的抗滑桩设计计算提供一定的参考价值。

关键字：滑坡，抗滑桩，设计，计算。

中图分类号： S611 文献标识码： A

一前言

滑坡是坡体沿其内部软弱面或者软弱带做缓慢、间歇和整体滑动的不良地质现象，是山区工程建设中存在的较常见的自然灾害之一，严重的滑坡可以掩埋村庄、堵塞交通，会给人们带来巨大的损失和生命安全隐患，所以对滑坡灾害的防治就显得极其重要，在现实工程中主要是通过加固处理的方法来改变岩土体的力学性能来防治滑坡的，主要采取的方法有固结灌浆法、修筑挡土墙法、预应力锚杆法和钢筋混凝土抗滑桩法。

二抗滑桩的介绍

桩是深入岩层或者土层的柱形构件，滑坡处治工程中的抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体，依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力，而使边坡保持平衡或稳定。抗滑桩与一般桩基类似，但主要是承担水平荷载。抗滑桩也是边坡处治工程中常见常用的处治方案之一，从早期的木桩，到近代的钢桩和目前在边坡工程中常用的钢筋混凝土桩，断面型式有圆形和矩形，施工方法有打入、机械成孔和人工成孔等方法，结构型式有单桩、排桩、群桩，有锚桩和预应力锚索桩等。

抗滑桩的工作原理是通过桩与周围岩土的共同作用，把滑坡的滑动推力传递至下部稳定的土层，利用稳定土层的被动抗力和锚固力来削减平衡滑动体的滑动力，与其他防治措施如挡土墙、减载和排水相比，具有效果突出和施工方便等特点，因此得到了人们的重视并在国内外迅速发展起来。下面结合一个工程实例对抗滑桩的设计和计算做详细的介绍。

三涵洞滑坡采用钢筋混凝土抗滑桩防治的工程实例

3.1工程概况

有一4*3.0m暗拱涵，上面为填土路基，填土高度为5m至9.4m不等，涵洞长度为55.9m，纵坡为10%，该涵洞施工过程中出现滑动，决定采取钢筋混凝土抗滑桩进行加固处理。

3.2抗滑桩的设计

抗滑桩的立面和平面布置如下图所示：

根据钻孔资料和实际勘察分析，滑动面为土石交界面处，滑体主要以粘土为主，经研究分析取：γ1=19 kN/m3，φ1=9°，为了偏安全计算，取内摩擦角C1=0 kPa；同样滑床主要以强风化泥岩为主，取：γ2=21 kN/m3，φ2=45°，C2=0 kPa，根据岩性及地层情况，由《公路桥涵地基础与基础设计规范》表P.0.2-1可知：滑面以上地基系数的比例系数m1= 10000 KN/m4，桩后土层厚度取为a2=30米，桩前土层厚度取a1=12米。由表P.0.2-2可知：滑面以下地基系数的比例系数m2=30000 KN/m4。

抗滑桩采用C30钢筋混凝土，桩长18m，其中受荷段12m，锚固段6m，桩间距为3.5m，桩断面为直径为d=1.8m的圆形，其弹性模量Ec =30x106 kPa，根据《抗滑桩设计与计算》公式2-6和2-10可知此桩的换算深度小于为2.07m小于2.5m，应按刚性桩进行计算。

3.3外力计算

滑坡推力按不平衡推力传递系数法计算。由于滑体中有钢筋混凝土的涵洞，经过计算涵洞的自重小于与其体积相同的滑体的自重，在此为了安全考虑，将整个涵洞直接用滑面以上的土体代替。故可将桩后滑体分为三个土条，如图所示：

由《抗滑桩设计与计算》公式2-1可计算出三个土条的滑坡推力如下表1所示，由此计算结果可知：滑坡推力为En=730 kN/m ；不考虑桩前土的抗滑作用，可知每根桩所受的水平推力T=730×3.5=2555 kN。

滑坡体推力 表1

3.4 受荷段桩身内力计算

滑坡推力按三角形分布，如下图：

其中

四、受荷段桩身内力计算：

由以上受力图示可以计算：

1、剪力

2、弯矩

各截面计算结果见下表2：

受荷段桩身内力表 表2

由表2可知：滑面处的剪力QA=2555kN，滑面处弯矩MA=10220 kN·m。

3.4锚固段桩侧应力和桩身内力计算

由《抗滑桩设计与计算》公式3-4、3-7和3-9可以确定锚固段抗滑桩的转动中心距滑面的距离为4.129m，转角为0.001948 rad。

滑动面以下深度y处桩截面的位移xy 、剪力Qy、弯矩My以及侧应力σy，由内力平衡方程求得如下表3所示：

锚固段桩身内力及侧应力表 表3

综合表2及表3可以桩的内力及侧应力简图如下：

σ（桩侧应力）图（kpa）Q（剪力）图（KN）

M（弯矩）图（）

3.5抗滑桩桩侧地基应力验算

根据《抗滑桩设计与计算》公式2-7可知桩身对地层的侧壁压应力需满足：

由表3可知最大侧应力出现在锚固段的两端分别为锚固段以下0.255m和6m处，经计

算这两处的容许地基压应力分别为1317.2kpa和1934.6kpa，分别大于877.3kpa和1645.5kpa，均满足要求。

3.5抗滑桩配筋设计

纵向受力筋应根据《混凝土结构设计规范》附录E中对圆形混凝土构件的抗弯设计和表3中的最大弯矩11705.69 经计算确定，计算所需钢筋的截面面积为，现在可选用78根HRB335、直径为32的钢筋，钢筋截面面积为，满足要求。

根据《混凝土结构设计规范》6.3.1和6.3.15经计算知抗滑桩截面尺寸满足规范要求。

箍筋根据《混凝土结构设计规范》6.3.4-2进行设计，经计算知受荷段箍筋采用HRB335直径20mm,间距取150mm；锚固段箍筋可采用HRB335直径为20mm间距取100mm。

四结束语

在工程实际中尤其是在山区公路建设中，滑坡是一种较常见的工程灾害，抗滑桩是一种较常用的滑坡治理措施，本文结合工程实例对抗滑桩的设计计算进行了分析，希望能对其他类似工程的抗滑桩设计计算提供一些参考依据。

参考文献

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