浅析堆积层滑坡抗滑桩的结构设计方法

李旭光　冯永　裴玉斌

摘 要：抗滑桩如今在堆积层滑坡治理中有着非常广泛的应用，其研究成果也随着人们的重视而逐渐增多， 文章针对堆积层滑坡，开展其结构设计研究，研究结论对类似工程具有一定借鉴意义。

关键词：堆积层滑坡；桩土作用；抗滑桩；数值模拟

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0155-01

1 工程概况

漳龙铁路茶阳段线路长为0.75 km2。本文主要研究部分为线路的左侧至汀江，右侧至瘌痢顶山脊分水岭处，面积为0.75 km2。

场地地层在勘探深度范围内由上而下主要由第四系素填土（Q4ml）、第四系耕表土（Q4pd）、第四系冲洪积粉质粘土＼粘土（Q4al+pl）、第四系残坡积粉质粘土＼粘土（Q4el+dl）、侏罗系上统嵩山组砂岩（J1s）组成。

由区域的地质资料可知，茶阳镇地处莲花山断裂带内，莲花山断裂带是一条强烈的挤压破碎带。本区域主要受西断裂束约束，是典型的对冲结构。

研究区由于受莲花山断裂带的影响，并且沿该断裂带为发震断裂，稳定性相对较差，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2010年版）可知，研究区内的抗震设防烈度为6 °，地震设计分组为第一组，地震加速度值为0.05 g，场地特征周期为0.35 s。

2 抗滑桩的结构设计

研究区内的老滑坡在暴雨条件下处于不稳定状态，采用抗滑桩对其进行治理。本部分进行抗滑桩的结构设计。

抗滑桩是要比一般的承受竖向荷载的桩截面大很多的构件，由挖孔后放置钢筋笼直接灌注混凝土而成。水泥砂浆的渗透会提高桩周范围内的地层的强度。为了简化计算，计算时按照平面问题考虑，在此引入一个受力换算参数：

Bp=a（l+1/a）=a+1

根据抗滑桩的设计经验，抗滑桩嵌固段必须嵌入稳定的滑床当中，一般为总长的1/3～2/5，现在确定抗滑桩的桩长为27 m，嵌固段为9 m。

目前抗滑桩的内力计算方法主要包括有限元法、有限差分法、地基系数以及悬臂梁法。现阶段工程中经常用到的方法是悬臂梁计算方法。

根据《铁路路基支挡结构设计规范》（TB10025-2006），确定滑面处的地基抗力系数采用A=A'=13 000 kN/m3，滑面以下地基抗力系数随深度变化的比例系数采用m=26 000 kN/m4，设桩处的剩余下滑力Ex=1 018.1 kN/m，而桩前岩土体剩余下滑力依然大于0，则桩前剩余水平抗滑力为0。

3 抗滑桩设计计算

3.1 受荷段内力计算

每根桩承受的水平滑坡推力。

水平剩余下滑力：ET=Excosθ=1 018.1×cos 8°=1 008.2 kN/m

水平滑坡推力： Th=ETL=1 008.2x5=5 040.9 kN

水平滑坡推力按矩形分布：qh=Th/hl=5040.9/18=280.0kN/m

3.2 受荷段桩自身内力计算

①求剪力Qy， Qy=qhy=280y

②求弯矩My， My=qhy2/2=140y2

3.3 锚固段内力计算

在滑坡推力作用下，埋入地层中的桩将绕桩身某点转动，假设桩的转动点位于滑面下y0处，其转角为φ。

①将相关数据带入得：

y0=9[2×13 000（3×45 360+2×5 040×9）+26 000×9（4×45360+3×5 040×9）]/{2[3×13 000（2×45360+5 040×9）+26 000×9（3×45 360+2×5 040×9）=618 m

φ=12[3×13 000（2×593 373+65948×9）+26 000×9（3×593 373+2×65 948×9）]/{3×93[6×13 000（13 000+26 000×9）+26 000292]}=0.0043 rad=0.25 °

②求σy、Qy、My值：σy（max）=1245.1 kPa

Qy=0处即为弯距最大处

令5040-1036.4y-952.5y2+118y3=0求得y=2.029 m。

My=45360+5040y-3×0.0043×13000×y2（3×6.18-y）/6-3×0.0043×26000×y3（2×6.18-y）/12

=45360+5040y-518.193y2-317.512y3+27.95y4

4 地基强度校核

在滑坡推力作用下，抗滑桩将绕桩身某点转动发生变位，当桩与桩周的岩土体处于极限平衡状态下时，桩身任一点的侧壁压应力不能大于该点处岩土体的主动压应力与被动抗应力之间的差值。

桩前岩土体对桩身产生的被动抗应力为：

σp=γytan2（45 °+φ/2）+2C·（45 °+φ/2）

则桩身对岩土体的侧壁压应力σmax应符合下列条件：

σmax≤4（γytanφ+C）/cosγ

σγ=1245.1 kPa位于滑面下2.84 m处，而据已知条件γ取26 kN/m3，φ取35 °，C值取40 kPa。y值取9+2.84=11.84 m+C）/cosφ=4（26×11.84tan35°+40）/cos35°

=1247.89 kPa>（σγ）max=1245.1 kPa

可知地基强度满足要求。

5 纵向钢筋配置

考虑到抗滑桩需承受较大的弯矩，现采用50号旧轨作为纵向受力主筋，50号轨中性轴距轨底高度70.9 mm，截面积A=6 580 mm2，重量51.51 kg/m，截面高度152 mm，轨头宽度70 mm，轨低宽度132 mm。假设轨底到截面边距离为80 mm，则截面有效高度h0=3 000-70.9-80=2 849.1 mm。

桩上4m范围可按混凝土构件考虑，不用配置钢筋。

αs=KM/（ah02fc）=1.2×51 274.35×106/（2 000×2 849.12×14.3）

=0.2650

ζ=1-=0.3144<ζb=0.614（小于相对界限受压区高度，表示是适筋桩）

γs=0.5×（1-）=0.8428

则As=KM/（fγγsh0）=1.2×51274.35×106/（360×0.8428×2849.1）

=72450.4 mm2

n=As/A=72 450.4/6 580=11.01

取n根12根。

其配筋率ρ=As/（ah0）=12×6 580/（2 000×2849.1）=1.38%

满足矩形截面经济配筋率0.6-1.5%的要求。

6 箍筋计算

0.25βcfcah0=0.25×1×14.3×2000×2849.1

=2.037×107 N>K'Qmax=1.3×9 980×103=1.297×107 N

当满足K'Q ≤ 0.1cfcbh0条件的均按最小配筋率ρmim配置钢筋。

则Q≤ 0.1cfcbh0/K'=0.1x14.3x2000x2849.1

=8 148 426 N

由此可知桩上部22 m范围均可按ρmim配筋，下部5 m范围按斜截面计算配置箍筋。

桩上面22 m配筋：最小配筋率ρmim=0.24cft/fy=0.24×1.43/300=0.1144%

As=ρas/n=0.001144×2 000×300/4=240 mm2， 取16。

桩下面5 m配筋：K'Qmax=0.7cftah0+1.25fyh0nAs/s，得：nAs/s=（K'Qmax-0.7cftah0）/1.25fth0=6.8

若n取4，s取110 mm，

则As=6.8xS/n=6.8x110/4=187 mm2。则也取16。

7 结 语

①经地基强度计算，桩身对岩土体的侧壁压应力满足地基强度要求，说明抗滑桩截面尺寸及桩长设置合理。

②考虑到抗滑桩需承受较大的弯矩，采用50号旧轨作为纵向受力主筋，最后计算出在主筋配筋率为符合矩形截面经济配筋率的条件下，配置12根50号旧轨作为纵向受力主筋，其中，桩上4 m范围可按混凝土构件考虑，不用配置钢筋。而箍筋在桩下5 m配置16间距为110的二级钢，其上18 m配置16间距为300的二级钢。而在桩两侧和桩受压侧设置6，20的纵向构造筋，同时，配置6，16拉筋固定桩侧构造筋，其间距同箍筋间距。

参考文献：

[1] 王士川，陈立新.抗滑桩间距的下限解[J].工业建筑，1997，（10）.

[2] 郑颖人，陈祖煜，等.边坡与滑坡工程治理（第二版）[D].北京：人民交通出版社，2010.