抗滑桩设置角度与受力分析对比研究

毕聪、魏莉娜

（1.中交第二航务工程局有限公司设计研究院，湖北武汉 430050；2.恩施五谷丰登建设工程有限公司，湖北 恩施 445000）

0 引言

常规情况下，抗滑桩的设置走向与滑坡体的主滑方向基本保持垂直，即为正交布置，抗滑桩的桩身在此时主要承受横向的荷载；但在特殊情况，如布设条件受到多方条件约束时，会出现抗滑桩的布设与主滑方向出现一定夹角的情况，即为斜交布置。在斜交布置时，抗滑桩的受力情况则较为复杂，若仍然按照正交方式进行抗滑桩结构设计是否合理，则有待研究。

本文以云南省文山至麻栗坡高速公路的一处滑坡为例，分别对抗滑桩正交与斜交情况下受力进行计算，并且分析对比在不同情况下分布规律，试图说明抗滑桩不同设置角度的受力特点，为今后的此类设计提供参考。

1 工程概况

文山至麻栗坡高速TJ-2 标在施工过程中，于2018 年12 月桩号ZK39+300—ZK39+580 左侧四级边坡山体在开挖过程中出现开裂、滑坡。

1.1 滑坡区工程地质条件

滑坡所在区域属于中低山构造侵蚀地貌，总体地貌为东高西低，北高南低，呈“两脊夹两沟”的特征。

经施工图设计和施工两个阶段的地质勘查，场地覆盖层为第四系全新统崩坡积（Q4col+dl）含砾粉质黏土，揭露深度为1.1～22.5m；下伏基岩为泥盆系下统翠峰山组（D1c）泥质页岩，揭露深度为3.0～39.5m。

1.2 滑坡前期治理方案

施工单位于2020 年12 月完成第一次滑坡治理方案的施工，共设置36 根2.5m（3.0m）×4.0m 锚索抗滑桩，桩长30.0～31.0m，悬出第一级边坡平台6～8m，并在抗滑桩前缘设置抗滑挡土墙。但根据2021 年的监测数据显示，抗滑桩发生变形，滑坡活动变小但未收敛。

2 抗滑桩设计

2.1 抗滑桩布设情况

为保证ZK39+300—ZK39+580 左侧山体稳定，控制滑坡继续发展，拟在前期治理设置的方形抗滑桩后8m 处，补充设置双排圆形抗滑桩，前后排桩距离6.0m，桩间距为5.0m，桩体直径为2.5m，桩长为35m，锚固端长20m，桩顶用冠梁链接[1]。

2.2 稳定性计算方法以及参数的选取

2.2.1 计算方法

根据变形体自身特征选取最不利断面进行稳定性分析计算，地面线以及滑带简化为折线，根据地勘报告结合地质环境条件和变形体变形破坏特征，来建立滑坡计算模型。根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）中的暴雨工况进行计算，结合边坡斜坡的防治工程勘查等级，稳定性划分为四级：稳定性系数Fs＞1.15 为稳定，1.15≥Fs＞1.05 为基本稳定，1.05≥Fs＞1.00 为欠稳定，Fs 小于1.0 为不稳定。

2.2.2 计算参数的确定

（1）变形体土体重度的确定

变形体土体重度取值根据勘查室内试验结果和勘查揭示滑坡体的土石比例综合确定，综合取值为天然重度为19.7kN/m3，暴雨工况下饱和重度为20.7kN/m3。

（2）稳定系数计算公式

式（1）～式（2）中：

Ti、Ti-1分别为第i块和第i-1 滑块剩余下滑力，（kN/m）；

Fs为稳定系数；

Wi为第i滑块的自重力，（kN/m）；

αi、αi-1分别为第i 和第i-1 滑块对应滑面的倾角，（°）；

ψi为传递系数；

ci为第i滑块滑面岩土黏聚力，（kPa）；

Li为第i滑块滑面长度，（m）。

（3）反演计算模型的建立

在暴雨工况下，边坡是处于极限平衡状态，因此，可利用该状态进行各潜在滑面C、φ值的反演计算。以边坡开挖过程中的原始地面线以及潜在滑动面建立计算模型，在滑坡治理总平面图中取6-6 断面稳定性安全系数取1.0，7-7 断面稳定性安全系数取1.03，计算模型见图1、图2，用传递系数法计算极限状态下相对应的C、φ值[2]。

图1 6-6 断面计算模型

图2 7-7 断面计算模型

根据计算得出变形体滑带（岩土界面）抗剪强度参数取值见表1。

表1 变形体土体物理力学参数综合取值表

3 内力计算

对于不同布设角度的抗滑桩内力大小以及分布规律分别进行分析计算，选取最不利断面6-6，根据现场情况确定滑坡推力为矩形分布；根据已建成的方形抗滑桩监测报告中位移最大的14#桩移动方向为38°，可判定此处滑坡的主滑方向与路线走向夹角为38°。遂此次研究的两种工况分别为布置角度垂直与主滑方向，即正交；以及抗滑桩布置平行与路线走向，与主滑方向呈38°，即斜交[3]。

3.1 正交布置内力分析

进过对6-6 断面进行稳定性分析，计算得出前期处理方案中剩余的滑坡推力F=7818kN/m，计算得出第一排桩桩身最大弯矩Mmax=3612.38kN·m，位于距离桩顶16.2m 处，最大剪力Qmax=653.85kN/m，位于距离桩顶20.0m 处，桩顶最大位移42.4mm（见图3）背侧纵筋最大截面积225075.2mm2，面侧纵筋最大截面积86814.72mm2；第二排桩桩身最大弯矩 Mmax=3522.22kN·m，位于距离桩顶16.0m 处，最大剪力Qmax=631.38kN/m，位于距离桩顶19.0m 处，桩顶最大位移 38.7mm（见图4）背侧纵筋最大截面积234721.28mm2，面侧纵筋最大截面积86814.72mm2。

图3 正交第一排抗滑桩计算结果

图4 正交第二排抗滑桩计算结果

图5 斜交Fy 方向第一排抗滑桩计算结果

3.2 斜交布置内力分析

在同样的推力下，当主滑方向与抗滑桩布置呈38° 时，将滑坡推力进行两个方向的分解，Fx=Fsin38°，Fy=Fcos38°，得出Fx=4382kN/m，Fy=5609kN/m。

3.2.1Fy方向受力分析

经过计算得出第一排桩桩身最大弯矩Mmax=2506.78kN·m，位于距离桩顶16.4m 处，最大剪力Qmax=463.47kN/m，位于距离桩顶20.0m 处，桩顶最大位移 30.1mm（见图 5）背侧纵筋最大截面积173629.44mm2，面侧纵筋最大截面积86814.72mm2；第二排桩桩身最大弯矩Mmax=2497.96kN·m，位于距离桩顶16.1m 处，最大剪力Qmax=447.48kN/m，位于距离桩顶19.0m 处，桩顶最大位移27.5mm（见图6）背侧纵筋最大截面积154337.28mm2，面侧纵筋最大截面积86814.72mm2。

图6 斜交Fy 方向第二排抗滑桩计算结果

3.2.2Fx方向受力分析

经过计算得出第一排桩桩身最大弯矩Mmax=1472.36kN·m，位于距离桩顶16.0m 处，最大剪力Qmax=263.94kN/m，位于距离桩顶19.5m 处，桩顶最大位移 16.2mm（见图7）背侧纵筋最大截面积135045.12mm2，面侧纵筋最大截面积86814.72mm2；第二排桩桩身最大弯矩Mmax=1507.83kN·m，位于距离桩顶16.5m 处，最大剪力Qmax=272.85kN/m，位于距离桩顶20.0m 处，桩顶最大位移17.7mm（见图8）背侧纵筋最大截面积125399.04mm2，面侧纵筋最大截面积86814.72mm2。

图7 斜交Fx 方向第一排 抗滑桩计算结果

3.3 计算结果比较与分析

有以上计算结果可知，抗滑桩桩身的内力分布情况基本一致，弯矩均在16.0m 左右，剪力最大值基本位于19.0～20.0m 处。两种受力情况计算结果得到表2。

表2 受力计算结果比较表

经表2 比较可知，抗滑桩在斜交时相比正交时，第一排与第二排抗滑桩纵筋面积分别增加了大约50%和45.4%。则说明在斜交情况下抗滑桩的受力更加复杂，抗滑桩处于斜交布设时，桩与桩之间的土拱效应遭到了一定程度的削弱；滑坡推力作用在桩身时，会产生应力集中不利于桩身结构的完整性[4]。

综上所述，在滑坡的治理中，抗滑桩应尽量布置在滑坡主滑轴线的垂线上，若条件受限不得不斜交与主滑方向布置抗滑桩时，应对桩身结构进行多方向受力验算来保证抗滑桩的可靠性。

4 结语

通过验算、对比和分析抗滑桩在正交与斜交时内力分布的规律，本文得出在斜交情况下，桩身纵筋截面积增加了45.4%～50%，结果表明斜交抗滑桩受力更加复杂，必须增加纵向钢筋布置才能保证运营安全。