多排抗滑桩与锚索框架梁在滑坡治理中的联合应用研究

廖　俊　秦　龙　张　敏

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

多排抗滑桩与锚索框架梁在滑坡治理中的联合应用研究

廖俊秦龙张敏

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要论述了工程设计中多排抗滑桩与预应力锚索框架梁的设计计算方法,在基于传递系数法计算单排抗滑桩的基础上，按照抗滑桩的分布位置分区域计算多排抗滑桩的滑坡推力，并基于此按悬臂桩法计算多排抗滑桩。以杭瑞高速公路某挖方边坡为例，介绍了多排抗滑桩与锚索框架梁联合支护体系在滑坡治理中的设计方法及应用情况。

关键词多排抗滑桩锚索框架梁联合支护应用研究

在公路建设中，往往会形成许多挖方边坡，如不及时防护则会诱发滑坡，抗滑桩能够有效阻止滑坡体下滑、且施工方便，因此被广泛应用于治理滑坡。当滑坡下滑力较大时，单排桩不足以承担足够的下滑力，此时，需要设置2排或者多排抗滑桩。如果边坡高度较大时，为了防止坡体从中间剪出，还需对坡面进行治理。而锚索框架梁不仅能够有效改善岩土体的受力状态，还能与其他的柔性防护体系结合，改善坡面的美观。因此，锚索框架梁与抗滑桩常被联合应用于治理某些高边坡滑坡中。

1　多排抗滑桩设计计算

1.1多排抗滑桩滑坡推力计算

通常，单排抗滑桩的滑坡推力采用传递系数法计算[1]。此方法有如下假定：①滑坡体作整体下滑且不可压缩，忽略条块之间拉压等变形；②各条块之间只进行推力传递而不进行拉力传递，不考虑条块之间的拉裂；③条块之间的作用力用集中力表示，作用方向为：作用线平行于上一滑块的滑面方向，作用点为分界面的中点处；④滑块计算基本断面取平面，垂直于主轴方向取单位长，不考虑条块两侧方向的摩擦力。见图1。

图1　传递系数法受力计算示意图

由图1可见，分析第i条块的受力，在该块的力分解在滑面的方向上，由静力平衡条件可得

(1)

由式(1)可得第i滑块的剩余下滑力(即该滑块的滑坡推力)Ei为

(2)

式中：Ei为第i滑块的剩余下滑力，即滑坡推力；Wi为第i滑块的重量；αi为第i滑块的滑面倾角；φi为第i滑块滑面处岩体的内摩擦角；ci为第i滑块滑面处岩体的粘聚力；li为第i滑块滑面长度；Ri为第i滑块的滑床反力；ψi为传递系数，ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi；αi-1为第i-1滑块滑面处的倾角；Ei-1为第i-1块滑体滑坡推力。

工程上由于滑坡距离较长或者抗滑桩与被保护的结构物距离较大，或者抗滑桩所受到的滑坡推力过大，增大截面等措施成本太高无法做成单排桩时，可以采用双排或多排桩进行滑坡治理。此时，采用传递系数法计算滑坡推力就具有一定的局限性。通常假定双排桩的滑坡推力计算为：将抗滑桩按其所在位置分为前排桩和后排桩，认为后排桩只对滑坡上部的滑坡体起支挡作用，不考虑后排桩的桩前抗力作用，剩余部分滑坡体的下滑力则由前排桩进行支挡 (见图2，图3)。以此类推，多排抗滑桩的滑坡推力计算也可按照此进行计算。

图2　双排抗滑桩布置情况

图3　双排抗滑桩桩滑坡推力作用区域

对于这种假设后排桩支挡后部滑体，前排桩支挡中间滑体的滑坡推力计算方法，具有一定的局限性。这是因为直接将上部滑体(1～4)的最终剩余下滑力值作为后排桩的设计推力，而不考虑其对下部滑体(5～8)的推力作用，使得设计时计算得出的前排桩的设计推力小于实际滑坡推力，而后排桩的设计推力大于实际滑坡推力，造成前排桩设计偏危险，后排柱的设计过于保守。因此，在实际的工程设计当中,也有假定前后排抗滑桩是按照某一比例来共同承担滑坡推力来计算的[2]。

1.2多排抗滑桩内力计算

计算多排抗滑桩的滑坡推力后，分别将每排抗滑桩按照单排抗滑桩进行计算，将滑坡推力近似分为2部分，一部分通过桩体传至锚固段地层，另一部分传递给桩前滑体。工程上普遍认为抗滑桩上的设计推力为设计滑坡推力与实际滑坡推力差。对于滑面以上桩前滑体抗力，可由极限平衡时滑坡推力曲线、桩前被动土压力或桩前滑体的弹性抗力综合确定，设计时选用其中较小值。若桩前滑体滑走时，不考虑其抗力值，假设为悬臂桩进行计算[3]。通常将抗滑桩分为悬臂段和嵌固段进行设计计算，对于悬臂段的内力及变形，可由结构力学公式计算得出。对于嵌固段的内力及变形，则按照弹性地基梁法(即m法、K法)进行计算。

2　锚索框架梁设计计算

2.1锚索设计

在进行锚索设计前，需先对边坡的工程地质条件进行调查，在调查的基础上，判断边坡的破坏模式，并分析采用锚索设计的可行性与经济性。当确定锚索设计符合要求时，即可进行作用在支护结构上的荷载即滑坡推力计算，根据推力计算结果计算所需锚固力。根据锚固力的大小要求，选择合理的锚索形式，确定锚筋布置形式，进而计算锚筋所需数量以及截面面积。在确定锚筋后,根据锚固力大小进行锚固体设计。最后进行外锚头和防腐设计。

2.2框架梁设计

当锚索锚固在横梁与纵梁的交点处时，此时的锚固力应在横梁与纵梁方向上进行分配。可利用条形基础的十字梁交叉分配方法进行分配[4]。计算出分配在纵横梁处的锚固力后，便可将纵梁和横梁分别视作作用集中荷载的框架梁，按照框架梁或连续梁的力学计算模型，进行框架梁内力计算。根据内力计算结果，按照《混凝土结构设计规范》进行配筋计算。

3　工程实例

3.1工程概况

杭瑞高速公路毕节至都格段(黔滇界)第BD-T7合同段ZK141+180～ZK141+350左侧挖方边坡的原设计为5级边坡，第1级为抗滑桩，第2～4级为框架锚索，第5级为钢花管注浆且坡面采用挂网喷射混凝土封面。当边坡开挖至设计标高，第五级边坡的挂网喷浆已经施工完毕；第三、四级边坡锚索框架已经施工完毕；第二级边坡锚杆框架防护正在施工；第一级边坡抗滑桩在挖孔过程中出现塌孔，变形集中在ZK141+190～ZK141+300左侧段，最远处裂缝距离第五级边坡坡顶120m。ZK141+190～ZK141+200第三级边坡拱形骨架出现了坍塌，整段边坡向路基方向滑移。据监测数据显示现滑坡后缘至滑坡前缘(路基左边缘)主滑方向长约200m，滑坡后缘至滑坡前缘(设计路面)高差120m；滑坡平面顶部宽70m、中部宽130m、底部宽185m，面积约2.39万m2；滑体动面最大深度29 m，体积约45万m3，属大型中层滑坡。滑坡体由含碎石粉质粘土及全、强、中风化粉砂质泥岩夹泥岩组成。路段区内地层为上覆第四系残坡积层(Qel+dl) 含碎石粉质粘土及碎石土。下伏基岩为二叠系龙潭组(P2l)砂岩、泥岩、夹层煤；二叠系飞仙关组(T1f)粉砂质泥岩、间夹一层灰岩。

3.2滑坡综合治理设计

(1) 根据地质勘察资料和现场情况，对ZK141+197，ZK141+218，ZK141+246，ZK141+300典型横断面进行下滑力计算。设计的物理力学参数取值为：粉质黏土容量ρ=18.5kN/cm3；强风化层岩体容量ρ=23kN/cm3。滑动面1参数：c=15.1kPa，φ=27.46°；滑动面2参数：c=15.1kPa，φ=24.925°，安全系数K=1.25，计算结果为：最大剩余下滑力断面为ZK141+246，其值为6 570kN/m。根据滑坡推力计算结果进行分级支挡：①对原设计第一级抗滑桩进行加强：即对ZK141+200～ZK141+290段施工15根桩径2m×3m抗滑桩，桩径加大为桩径3m×3m，桩长分别为20，22m，桩间距为6m。距路基中线90m处增设桩径2m×3m抗滑桩12根，桩长33m，桩间距分别为6m；在距路基中线150m处增设桩径2m×3m抗滑桩8根，桩长30m，桩间距分别为6m；②对ZK141+290～ZK141+315已施工第一级抗滑桩段，在距路基中线65m处设置桩径2m×3m抗滑桩4根，桩长33m，桩间距为6m。

(2) 为防止坡体从中间剪出，在第二、三、四级边坡坡面框架梁内设置6排独立锚索，锚索总长3 383m。

(3) 排水。由于该段地下水及地表水发育，在每级边坡平台都设置一条截水沟，并且在坡体内加设仰斜式排水管排出地下水。

(4) 为保证开挖抗滑桩过程中的安全，对第一级边坡采用回填反压，回填高度至第一级平台，待抗滑桩施工完毕以后方可清除。

(5) 为保证坡顶2座电信铁塔施工期间的安全，故在塔前设置2排钢管桩进行支护。

滑坡治理平面设计图见图4。

图4　ZK141+180～ZK141+350左侧滑坡治理平面设计图

4　结论

(1) 在滑坡治理过程中，当边坡高度较大且下滑力较大时，设置多排抗滑桩与锚索框架梁，能够有效支挡滑体，阻止坡体从中间剪出，加固效果明显，能够达到滑坡治理的预期要求。

(2) 滑坡治理是一个综合治理过程，需根据工程地质条件、滑坡规模、建筑物的分布情况等条件，选用抗滑桩、锚索框架梁等多种形式的综合治理，并需注意地表及滑坡体的排水,以减少水对滑坡的危害。

参考文献

[1]TB005-2001铁路路基支挡结构设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2002.

[2]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京:人民交通出版社,2011.

[3]徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京:中国铁道出版社,2001.

[4]陈晓平.基础工程设计与分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

收稿日期：2015-03-23

CombinedApplicationofMultipleRowsofAnti-slidePilesand
Pre-stressedAnchorFrameBeamintheLandslideTreatment

Liao Jun, Qin Long, Zhang Min

(GuizhouCommunicationsPlanningSurveyandDesignInstitute,Guiyang,China, 550001)

Abstract：The design and calculation method of multiple rows of anti-slide piles and pre-stressed anchor frame beam in engineering design is comprehensively discussed in this paper. According to the distribution of multiple rows of anti-slide piles, the thrust is obtained on the basis of the transfer coefficient method which is used to calculate that of a single row of anti-slide piles, on the base of which the calculation of multiple rows of anti-slide piles is achieved by cantilevered pile. Then the design methodology and application of the joint support system of multiple rows of anti-slide piles and pre-stressed anchor frame beam are presented in the landslide treatment of an excavation of Hangrui expressway.

Key words:multiple rows of anti-slide piles; anchor frame beam; joint support; application research

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.020