梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩优化设计方法研究

陈洪凯，赵春红

(重庆交通大学 岩土工程研究所，重庆 400074)

梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩优化设计方法研究

陈洪凯，赵春红

(重庆交通大学 岩土工程研究所，重庆 400074)

融合悬臂抗滑桩和预应力锚索抗滑桩的优点，提出了一种滑坡治理新方法——梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩；通过分析梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩的受荷性能，建立了梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩内力计算方法，得到了与滑坡推力和桩间距等设计参数相关的预应力锚索拉力设计值计算公式。实例分析表明：与横截面积相同的矩形断面悬臂抗滑桩相比，梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩可使抗滑桩受压区面积增大25.8%，受拉区钢筋用量减少20.4%，经济性能良好，可为治理江河水库岸坡大型特大型滑坡及山区公路巨厚层崩坡积滑坡提供一种新的技术选择。

道路工程；岸坡治理；抗滑桩；结构型式；优化设计方法

0 引 言

中国是滑坡灾害高发区，自三峡蓄水运行以来，库水位变动带出现大量老滑坡复活及新生滑坡，滑坡规模大，滑坡稳定性态受库水位涨落作用明显，滑坡抗滑支挡难度大，使得位于库水位变动带的道路受到严重的潜在滑坡灾害影响。三峡库区新建水库蓄水后至高水位初期3到5年内将集中产生大量的新生滑坡和塌岸，据有关部门调查统计，三峡库区滑坡共1 150处，主要分布在重庆万州至巫山地段。这些滑坡集中分布在峡谷地段以外的低山区，而这些地区又是库区城镇移民搬迁重建的主要区域，如2014年9月8日 ，湖北省宜昌市秭归县发生25处滑坡，导致多处道路被埋。申登科等[1]结合国道318线川藏公路田妥一怒江段K3668+700～K3668+790滑坡的基本状况，通过采用有限元建立模型，利用有限元强度折减法对滑坡的成因进行了分析；王宏等[2]对重庆市奉节县挖断村就奉节—云阳高速路段对挖断村滑坡的工程地质水文条件、地质构造及滑坡特征总结了该滑坡的形成机制，对该滑坡进行成因分析。

目前，国内外学者针对滑坡的工程措施主要有3类：一是排除地表水、地下水或减轻库水对坡脚的冲刷等危害；二是改变滑坡体外形、置抗滑建筑物；三是改善滑动带土石性质，如焙烧法、爆破灌浆等。比如：L．Piccinini等[3]通过模拟地下水流动对滑坡变形的影响，以及排水措施和水压对滑坡水平位移地影响，得出由横向排水管降低地下水位可以有效的减少滑坡的滑动速度，即从每年数厘米降低到每年数毫米；P．Paronuzzi等[4]通过渗透和坡降稳定模式相结合的方式证明，水库形成岸坡渗透性材料和水库水位的升降比率可以强烈影响边坡稳定，并提出采用缓慢降低水库水位的方法来减少滑坡的危险性；L．Zabuski等[5]提出水文条件对边坡变形的影响是复杂的观点，为滑坡治理和预防潜在滑坡提供了参考；A．Troncone等[6]通过有限元方法，利用Elasto-Viscoplastic应变软化模型，从二维和三维角度分析了滑坡的发展；卢书强等[7]采用现场地质调查和勘探的方法确定了滑坡的形态和性质，深入研究了变形失稳机制及影响因素，得出库水位下降以及下降过程中降雨会加剧滑坡的变形；陈洪凯等[8]提出了经验性降雨阈值目前存在的问题，针对存在的问题给出建议：经验性降雨阈值应同滑坡产生机理密切结合，经验性降雨阈值应同环境地质背景紧密结合，完善降雨滑坡监测机制,灵活选取经验性降雨阈值；梁和成等[9]提出天然饱水-失水过程对库岸不同高程土体的化学组成和物理结构影响显著，会对库岸土体的力学效应产生巨大的影响；肖诗荣等[10]对凉水井滑坡的研究得出，启动滑坡变形裂缝的根本原因是水库蓄水初期库水对滑坡阻滑段的浮托，阻滑段滑带的软化和滑坡前缘表部松散坡体的侵蚀塌岸，在水库运行条件下，滑坡的稳定性影响因素主要是降雨特别是暴雨和久雨；吴丹丹等[11]以三峡库区秭归县马家沟I号滑坡为例，对滑坡在库水位升降和降雨条件下的变形破坏及稳定性进行了研究；王新刚等[12]利用数值模拟方法，建立仿真三维模型，对库水位骤变作用下滑坡抗滑桩体系相互作用进行了分析。

由于水位的变化，滑坡稳定性受到严重的影响。由于滑坡规模大，我国学者对大截面挖孔钢筋混凝土抗滑桩研究得较深入，并有不少成功的实例。陈洪凯等[13]通过悬臂抗滑桩在酸-应力耦合作用下的室内模型试验，对悬臂抗滑的耐久性进行了研究，得出在酸-应力耦合作用下，抗滑桩混凝土强度不断劣化，桩身位移不断增大的结论；郭喜峰等[14]以重庆市奉节县三处典型滑坡体原位剪切试验依据，分析了其滑坡在水位升降前后其碎石土抗剪强度及其与颗粒分布的关系，得出了碎石土的抗剪强度参数及其与碎石含量、含水量的关系；年延凯等[15]采用弹塑性有限元强度折减法，对6种不同截面形式的抗滑桩进行了加固边坡效果的对比分析；刘洪佳等[16]通过悬臂式抗滑桩加固滑坡的模型试验，得出模型破坏主演原因是桩顶位移过大导致桩身折断破坏失效；文兴等[17]利用数值模拟分析，论证了通过桩截面的改变，桩间土拱效应得到增强，降低了土体从桩间滑出的可能性；许英姿等[18]采用数值模拟方法，从竖向预应力锚索抗滑桩的内力、桩长、锚固力、偏心距几个方面进行了研究，得出竖向预应力锚索抗滑桩锚固段比悬臂桩减少；Zheng Yingren等[19]采用有限元强度折减法，考虑桩土相互作用问题，获得了阻力和滑坡推力在桩上的合理分布以及桩的合理长度；吴润泽等[20]针对现有预应力锚索抗滑桩计算模型及其相应计算理论存在的问题，基于有限差分法的原理，提出了改进的锚索桩计算模型并进行了详细的理论推导；申永江等[21]运用土拱理论和极限平衡理论，推导出滑坡推力在双排悬臂抗滑桩上的分配计算公式。

综上可见，对推力大的滑坡，悬臂抗滑桩和预应力锚索抗滑桩是常用的抗滑支挡措施。但考虑到水库岸坡消落带周期性浸泡的地质环境，悬臂抗滑桩因桩身截面所限，预应力锚索抗滑桩则存在锚索被地下水周期性浸泡问题，两种措施都存在明显不足。鉴于此，笔者结合悬臂抗滑桩和预应力锚索抗滑桩的优点，提出一种滑坡治理新方法——梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩，构建其优化设计方法，可为治理江河水库岸坡大型特大型滑坡及山区公路巨厚层崩坡及滑坡提供一种新的技术选择。

1 抗滑桩结构形式

工程实践表明，滑坡推力较大时，悬臂抗滑桩易产生较大变形，此时，需增大抗滑桩断面面积以保证治理有效性。但增加抗滑桩断面面积存在两个问题，一是显著增大混凝土及钢筋用量，不经济；二是在滑坡治理部位进行大断面开挖，易诱发滑坡失稳破坏致灾。而对于三峡水库岸边坡来说，由于水位一年一度存在30 m的变幅，使得预应力锚索抗滑桩在治理库岸滑坡受到限制。梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩克服了悬臂抗滑桩和预应力锚索抗滑桩的缺点。采用预应力钢筋，梯形的顶边位于滑坡体内侧，属于抗滑桩受拉区，底边位于滑坡体剪出口方向，属于抗滑桩受压区，在受拉区安设预应力锚索，如图1。利用竖向预应力锚索产生反向弯矩，抵消滑坡推力作用产生的弯矩所带来的负面效应，减小抗滑桩的桩顶挠度。该技术的核心在于抗滑桩受拉区设置竖向预应力锚索，底端锚定板安放在距离桩底20～30 cm处，可充分利用混凝土保护锚索不受地下水周期性浸泡影响，增强其耐久性，如图2。该技术主要适用于库水位变动带滑坡灾害的治理需求。

图1 梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩结构型式Fig.1 Structure pattern for vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

图2 锚碇板安设位置(单位：cm)Fig.2 The mounting position of the anchor plate

2 抗滑桩受力分析

K．Terzagi[22]在活动门实验中首先验证了土体中存在着拱效应，即在荷载或自重的作用下，土体发生压缩和变形，从而产生不均匀沉降，致使土颗粒间产生互相“楔紧”的作用，称为“土拱效应”。通常矩形桩在计算桩间距时是根据桩间土拱效应建立计算模型，然后再利用土拱强度条件和桩间静力平衡条件，最终得出桩间距计算方法。在土拱研究中，土拱是将拱所受的力传递至拱脚的一种结构，继而拱脚是作为承力主体，即抗滑桩。如图3(a)。在桩间距计算中，通常利用土拱效应作为计算模型，将土拱1视为主拱，土拱2视为次拱。而梯形竖向预应力锚索抗滑桩的桩间土拱形成与矩形抗滑桩的土拱形式类似，如图3(b)。由于梯形桩截面与矩形桩截面相比，抗滑桩左右两侧增加了角度，更有利于土拱2的形成，能更好的在土体相对向下移动时产生更好的挤密作用，并产生向上的分力，为拱脚的竖直方向提供支持力，而且目前尚无成熟的桩间距计算公式，因此梯形桩的桩间距按照相关规范进行取值。

图3 土拱效应简图Fig.3 Soil arching effect between piles

3 抗滑桩优化设计方法

3.1 计算模型

由于在计算悬臂式抗滑桩内力时，可将滑坡推力等效为均布荷载，将滑坡推力产生的弯矩称为正弯矩，梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩的竖向预应力锚索作用会产生一个与之方向相反的弯矩，称为负弯矩。梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩计算模型如图4。

图4 梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩计算模型Fig.4 Calculation model of vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

3.2 优化设计方法

将滑坡作用产生的滑坡推力E在桩身自由段h′可等效为均布荷载，用q表示，此时将抗滑桩看做悬臂梁，其计算模型如图5。通常滑坡的水平推力按每延米计算。考虑桩间土的作用，则计算均布荷载时，滑坡推力还需乘上桩间距S。每根桩所受滑坡推力产生的水平推力T按式(1)计算，那么每根抗滑桩所受的均布荷载q按式(2)计算。

T=E·S

(1)

q= (E·S)/h′

(2)

根据悬臂梁的内力计算可知，由滑坡推力在O点作用产生的正弯矩M如式(3)计算。

(3)

梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩竖向预应力锚索作用的重心位置与桩的截面重心之间的距离称为偏心距ep，在锚索作用下产生一个与正弯矩方向相反的负弯矩M0，即竖向预应力锚索拉力设计值Nt在O点所产生的负弯矩M0为

M0=Nt·ep

(4)

同理，根据抗滑桩桩身内力设计将负弯矩M0等效为与均布荷载q′，方向与滑坡推力的等效均布荷载q方向相反(图3)。为保证安全，需要考虑滑坡安全系数Fs的影响，则有

(5)

由此可计算出竖向预应力锚索拉力设计值Nt：

(6)

考虑由竖向预应力锚索承载30%的滑坡推力荷载，其余滑坡推力荷载由普通钢筋承载，假设达到极限平衡状态时，滑坡推力的等效荷载0.3q和竖向预应力锚索拉力设计值的等效荷载q＇相等，即

0.3q=q＇

(7)

将式(7)带入式(6)得到

(8)

将式(2)带入式(8)得到竖向预应力锚索拉力设计值Nt：

(9)

梯形断面的偏心距ep计算如下所述，梯形断面的重心计算公式为

(10)

式中：h为梯形断面高度；a为梯形断面顶边长度；b为梯形断面底边长度。

由于混凝土保护层厚度a0与预应力锚索作用的重心位置相差很小，计算偏心距时，预应力锚索作用重心位置与断面顶边缘的距离近似为钢筋混凝土的保护层厚度，其计算简图如图6。

偏心距ep的计算公式为：

ep=h-yc-a0

(11)

图5 滑坡推力计算Fig.5 Calculation diagram for thrust of landslide

图6 梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩偏心距计算Fig.6 Eccentricity calculation diagram for vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

4 工程应用

笔者所举例的水田坝乡下土地岭滑坡位于三峡库区湖北省秭归县水田坝乡新址规划区北部。该滑坡为一正在活动的滑坡，滑坡体及其影响区内的建筑物明显变形，后部为在建中的初级中学宿舍楼场地挡土墙及一栋建成的宿舍楼基础下沉变形，在建中的沿江大道路基发生较大的下沉。三峡水库175 m水位蓄水后，滑坡体的中下部将被淹没在正常蓄水位之下，滑坡的稳定性将受到严重影响，威胁到该滑坡区及周边已有建筑物、后部中学以及新集镇沿江大道的安全。

滑坡体物质以紫红色泥岩碎石和长石石英砂岩块石夹黏土为主，而滑床则以上侏罗系蓬莱镇组紫红色泥岩、泥质粉砂岩和灰白色长石石英砂岩为主。滑动带为粉质黏土，其强度计算参数为：C=11 kPa，φ=11°。滑坡区地下水类型可分为基岩裂隙水及第四系沉积物和崩塌堆积物孔隙水。因滑床为结构完整性较好的岩层，其土抗力系数可视为常数。本例综合有关资料，其地基系数取为：K=3×10 kN/m3，此时认为1/n=0，也即按“K”法计算。本例将预应力锚索抗滑桩设置在第11条块上，如图7。按照刚体极限平衡理论计算得到的作用在其上的滑坡推力为1 810.08 kN/m[23]。根据滑坡的条件，滑坡的安全系数为1.15，抗滑桩强度为C30，混凝土的保护层厚度为80 mm，初步拟定梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩的尺寸为a×b×h=1.5 m×2.5 m×2.0 m，桩长为12 m，桩的嵌固段为桩长的1/3，即L0=4 m，桩间距S=5 m，根据梯形形心计算公式可计算出梯形截面的形心位置，即yc=917 mm，预应力钢筋拟采用As=15.2 mm的钢绞线，那么可大致取偏心距ep=900 mm。

图7 下土地岭滑坡地质剖面Fig.7 Geological section of Xiatudi landslide

为方便比较，两者受力情况、截面面积以及桩长相同，则悬臂抗滑桩的尺寸为b×h=1.6 m×2.5 m，保护层厚度为80 mm。

由式(9)可计算出竖向预应力锚索轴向拉力设计值Nt:

而钢绞线的承载力标准值为259 kN，承载力设计值为181 kN，则预应力钢绞线根数为

预留导管为10个，那么每个导管中应放入8根钢绞线，实际的钢绞线根数为80根，预应力钢筋的面积为Ay=11 120 mm2。

由式(2)计算得出滑坡推力等效均布荷载q=1 136.30 kN/m，由式(3)计算可得出滑坡推力在O点作用产生的正弯矩M=36 361.60 kN·m。

根据结构设计原理计算出非预应力钢筋面积Ag为

32 118.71 mm2

式中：Rg为钢筋抗拉设计强度，Rg=310 MPa；Ra为混凝土轴心抗压设计强度，Ra=14.3 MPa；Ry为预应力钢筋抗拉设计强度，Ry=1 860 MPa；h0为有效高度，h0=1 920 mm；Mj为进行截面强度计算的弯矩，Mj=36 361.60 kN·m；γs为钢筋安全系数，γs=1.25。

钢筋总面积为：

As=Ay+Ag=11 120+32 118.71=43 238.71 mm2

受压区高度x为：

由此可计算出受拉区面积为2.04 m2，受压区面积为1.96 m2，如图8。

图8 梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩拉压区Fig.8 The tension-compressive zone in vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

按照悬臂桩的配筋方式计算得出所需钢筋面积为As=54 328.62 mm2，受压区高度为x=783 mm。受拉区面积为2.75 m2，受压区面积为1.25 m2，如图9。

图9 矩形桩拉压区Fig.9 The tension-compressive zone in rectangular pile

通过上述计算，在受力情况和截面面积相同的情况下，梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩所需的钢筋用量为比悬臂抗滑桩所需的钢筋用量可节省20.41%，并且前者受拉区面积比后者受拉区面积减少了25.8%。

5 结 论

1)针对邻近江河水库岸坡道路存在大型特大型滑坡的潜在威胁问题，为满足工程治理需求，融合悬臂抗滑桩和预应力锚索抗滑桩的优点，提出了一种滑坡治理新方法——梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩，桩横截面为梯形，顶边位于滑坡体内侧。该技术的核心是在悬臂抗滑桩受拉区布设预应力锚索，锚索底部锚碇板安置在距离桩底20～30 cm处，锚索上部锚头设置在桩顶，采用后张拉法施加预应力。

2)建立了梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩内力计算方法，得到了与滑坡推力和桩间距等设计参数相关的预应力锚索拉力设计值计算公式。

3)工程实例表明，与横截面积相同的矩形断面悬臂抗滑桩相比，竖向预应力锚索抗滑桩可使抗滑桩受压区面积增大25.8%，受拉区钢筋用量减少20.4%，经济性能良好，可为治理江河水库岸坡大型特大型滑坡及山区公路巨厚层崩坡积滑坡提供一种新的技术选择。

[1] 申登科,陈洪凯．川藏公路田妥—怒江段某滑坡稳定性分析与整治[J]．重庆交通大学学报(自然科学版),2011,30(增刊1):642-646． SHEN Dengke, CHEN Hongkai. Stability analysis and regulation of the landslide in Tiantuo to Nujiang section on Sichuan-Tibet Highway[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2011, 30(Sup1): 642-646.

[2] 王宏,钟宁,王志超．重庆奉云高速公路挖断村滑坡的成因分析与治理措施[J]．重庆交通大学学报(自然科学版),2010,29(1):85-89． WANG Hong, ZHONG Ning, WANG Zhichao. Causes analysis and control measures of Waduan village landslide on Feng-Yun expressway in Chongqing[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2010, 29(1): 85-89.

[3] PICCININI L, BERTI M, SIMONI A, et al. Slope stability and groundwater flow system in the area of Lizzano in Belvedere (Northern Apennines, Italy)[J].EngineeringGeology, 2014, 183(9): 276-289.

[4] PARONUZZI P,RIGO E, BOLLA A. Influence of filling-drawdown cycles of the Vajont reservoir on Mt. Toc slope stability[J].Geomorphology, 2013, 191(1): 75-93.

[5] ZABUSKI L, S′WIDZIN′SKI W, KULCZYKOWSKI M, et al. Monitoring of landslides in the Brda river valley in Koronowo(Polish Lowlands)[J].EnvironmentalEarthSciences, 2015,73(12):8609-8619.

[6] TRONCONE A, CONTE E, DONATO A. Two and three-dimensional numerical analysis of the progressive failure that occurred in an excavation-induced landslide[J].EngineeringGeology, 2014,183(9): 265-275.

[7] 卢书强,易庆林,易武,等．三峡库区树坪滑坡变形失稳机制分析[J]．岩土力学,2014,35(4):1123-1130． LU Shuqiang, YI Qinglin, YI Wu, et al. Analysis of deformation and failure mechanism of Shuping landslide in Three Gorges reservoir area[J].RockandSoilMechanics, 2014, 35(4):1123-1130.

[8] 陈洪凯,魏来,谭玲．降雨型滑坡经验性降雨阈值研究综述[J]．重庆交通大学学报(自然科学版),2012,31(5):990-996． CHEN Hongkai, WEI Lai, TAN Ling. Review of research on empirical rainfall threshold of rainfall-induced landslide[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2012, 31(5): 990- 996.

[9] 梁和成,单慧媚．天然饱水-失水对三峡库岸边坡土体的影响研究[J]．岩土力学,2014,35(7):1837-1842． LIANG Hecheng, SHAN Huimei. Effect of natural water-saturation and water-loss on bank-slope soil in Three Gorges reservoir[J].RockandSoilMechanics, 2014, 35(7):1837-1842.

[10] 肖诗荣,卢树盛,管宏飞,等．三峡库区凉水井滑坡地质力学模型研究[J]．岩土力学,2013,34(12):3534-3542． XIAO Shirong, LU Shusheng, GUAN Hongfei, et al. Study of geomechanical model of Liangshuijing landslide in Three Gorges Reservoir area[J].RockandSoilMechanics, 2013, 34(12): 3534-3542.

[11] 吴丹丹,胡新丽,雍睿,等．三峡库区马家沟滑坡模型形态概化[J]．地球科学(中国地质大学学报),2014,39(11):1593-1598． WU Dandan, HU Xinli, YONG Rui, et al. Generalizability method of physical model shape for Majiagou landslide in Three Gorges Reservoir area[J].EarthScience(JournalofChinaUniversityofGeosciences), 2014, 39(11):1593-1598.

[12] 王新刚,胡斌,连宝琴,等．库水位骤变下滑坡-抗滑桩体系作用三维分析[J]．岩石力学与工程学报,2013,32(12):2439-2446． WANG Xingang, HU Bin, LIAN Baoqin, et al. 3D analysis of interaction of landslide and anti-slide pile system under sudden change of reservoir water level[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2013, 32(12):2439-2446.

[13] 陈洪凯,易丽云,鲜学福,等．酸-应力耦合作用下抗滑桩性能试验[J]．重庆大学学报,2009,32(1):61-66． CHEN Hongkai, YI Liyun, XIAN Xuefu, et al. Anti-sliding pile performance under acid-stress-coupling[J].JournalofChongqingUniversity, 2009, 32(1): 61-66.

[14] 郭喜峰,晏鄂川,刘洋．三峡库区碎石土滑坡体抗剪强度研究[J]．重庆交通大学学报(自然科学版),2015,34(1):68-71． GUO Xifeng,YAN E′chuan, LIU Yang. Shear strength of gravel soil landsilde in the Three Gorges reservoir zone[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2015, 34(1): 68-71.

[15] 年廷凯,徐海洋,李东晨．不同截面型式抗滑桩加固边坡数值分析[J]．大连理工大学学报,2013,53(5):695-701． NIAN Tingkai, XU Haiyang, LI Dongchen. Numerical analysis of slope reinforcement with different cross-section anti-slide piles[J].JournalofDalianUniversityofTechnology, 2013, 53(5):695-701.

[16] 刘洪佳,门玉明,李寻昌,等．悬臂式抗滑桩模型试验研究[J]．岩土力学,2012,33(10):2960-2966． LIU Hongjia, MEN Yuming, LI Xunchang, et al. Study of model test on cantilever anti-slide pile[J].RockandSoilMechanics, 2012, 33(10):2960-2966.

[17] 文兴,裴向云,刘云鹏．特殊截面抗滑桩受力特性与土拱效应分析[J]．工程地质学报,2013,21(5):797-803． WEN Xing, PEI Xiangyun, LIU Yunpeng. Stress characteristics and soil arch effect analysis of anti-sliding piles with special cross-section[J].JournalofEngineeringGeology, 2013, 21(5):797-803.

[18] 许英姿,韦万正,卢玉南．竖向预应力锚索抗滑桩的优化研究[J]．工程地质学报,2011,19(1):83-87． XU Yingzi, WEI Wanzheng, LU Yunan. Optimal design study of anti-slide pile with vertical pre-stressed anchor[J].JournalofEngineeringGeology, 2011, 19(1): 83-87.

[19] ZHENG Yingren, ZHAO Shangyi, LEI Wenjie, et al. New method of designing anti-slide piles——the strength reduction FEM[J].EngineeringSciences, 2010, 8(3): 2-11.

[20] 吴润泽,周海清,胡源,等．基于有限差分原理的预应力锚索抗滑桩改进计算方法[J]．岩土力学,2015,36(6):1791-1800． WU Runze, ZHOU Haiqing, HU Yuan, et al. An improved method for calculating anti-sliding pile with prestressed anchor cable based on finite difference theory[J].RockandSoilMechanics, 2015, 36(6):1791-1800.

[21] 申永江,孙红月,尚岳全,等．滑坡推力在悬臂式双排抗滑桩上的分配[J]．岩石力学与工程学报,2012,31(增刊1):2668-2673． SHEN Yongjiang, SUN Hongyue, SHANG Yuequan, et al. Distribution of landslide thrust on cantilever double-row anti-sliding piles[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2012, 31(Sup1):2668-2673.

[22] TERZAGI K.TheoreticalSoilMechanics[M]. New York: John Wiley & Sons,1943.

[23] 桂树强．预应力锚索抗滑桩结构计算方法[J]．地球科学(中国地质大学学报),2005,30(2):233-240． GUI Shuqiang. Design method for using stabilizing piles with pre-stressed anchored cables in landslide remediation works[J].EarthScience(JournalofChinaUniversityofGeosciences), 2005, 30(2):233-240.

Study on the Optimum Design Method for Vertical Pre-Stressed Anchor Anti-Slide Piles with Trapezoid Section

CHEN Hongkai, ZHAO Chunhong

(Institute of Geotechnical Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P.R.China)

By fusing advantages between cantilevered anti-slide piles and pre-stressed anchor anti-slide piles, a new method for landslide control, the vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section, was proposed. By analyzing loaded performance of the vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section, the calculation method for its internal force was established, and the optimum formula for the design value of pre-stressed anchor tension, which was related to design parameters, such as, landslide thrust and pile distance, was gained. Engineering examples indicated that, within same cross-sectional area, by comparing with cantilevered anti-slide piles with rectangle section, the vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section could increase the compression zone of anti-slide piles by 25.8 percent and decrease the reinforcement amount in tensile area by 20.4 percent. It has a good economic performance. The method provides a new technological selection for the management of large and oversize scale landslide in the river and reservoir slope and/or landslides with thick colluvium and slope sediments along highway.

road engineering; slope treatment; anti-slide piles; structure type; optimum design method

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.02.13

2015-09-28；

2015-12-13

国家自然科学基金项目(51378521)；重庆市自然科学基金重点项目(2013JJB0005)

陈洪凯(1964—)，男，重庆人，教授，博士生导师，主要从事岩土工程方面的研究。E-mail:chkcxf@163.com。

赵春红(1990—)，女，重庆人，硕士研究生，主要从事从事岩土工程方面的研究。E-mail:540029018@qq.com。

U418.5

A

1674-0696(2016)02-054-06