淺析堆積層滑坡抗滑樁的結構設計方法

李旭光　馮永　裴玉斌

摘 要：抗滑樁如今在堆積層滑坡治理中有著非常廣泛的應用，其研究成果也隨著人們的重視而逐漸增多， 文章針對堆積層滑坡，開展其結構設計研究，研究結論對類似工程具有一定借鑒意義。

關鍵詞：堆積層滑坡；樁土作用；抗滑樁；數值模擬

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0155-01

1 工程概況

漳龍鐵路茶陽段線路長為0.75 km2。本文主要研究部分為線路的左側至汀江，右側至瘌痢頂山脊分水嶺處，面積為0.75 km2。

場地地層在勘探深度范圍內由上而下主要由第四系素填土（Q4ml）、第四系耕表土（Q4pd）、第四系沖洪積粉質粘土＼粘土（Q4al+pl）、第四系殘坡積粉質粘土＼粘土（Q4el+dl）、侏羅系上統嵩山組砂巖（J1s）組成。

由區域的地質資料可知，茶陽鎮地處蓮花山斷裂帶內，蓮花山斷裂帶是一條強烈的擠壓破碎帶。本區域主要受西斷裂束約束，是典型的對沖結構。

研究區由于受蓮花山斷裂帶的影響，并且沿該斷裂帶為發震斷裂，穩定性相對較差，根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）（2010年版）可知，研究區內的抗震設防烈度為6 °，地震設計分組為第一組，地震加速度值為0.05 g，場地特征周期為0.35 s。

2 抗滑樁的結構設計

研究區內的老滑坡在暴雨條件下處于不穩定狀態，采用抗滑樁對其進行治理。本部分進行抗滑樁的結構設計。

抗滑樁是要比一般的承受豎向荷載的樁截面大很多的構件，由挖孔后放置鋼筋籠直接灌注混凝土而成。水泥砂漿的滲透會提高樁周范圍內的地層的強度。為了簡化計算，計算時按照平面問題考慮，在此引入一個受力換算參數：

Bp=a（l+1/a）=a+1

根據抗滑樁的設計經驗，抗滑樁嵌固段必須嵌入穩定的滑床當中，一般為總長的1/3～2/5，現在確定抗滑樁的樁長為27 m，嵌固段為9 m。

目前抗滑樁的內力計算方法主要包括有限元法、有限差分法、地基系數以及懸臂梁法。現階段工程中經常用到的方法是懸臂梁計算方法。

根據《鐵路路基支擋結構設計規范》（TB10025-2006），確定滑面處的地基抗力系數采用A=A'=13 000 kN/m3，滑面以下地基抗力系數隨深度變化的比例系數采用m=26 000 kN/m4，設樁處的剩余下滑力Ex=1 018.1 kN/m，而樁前巖土體剩余下滑力依然大于0，則樁前剩余水平抗滑力為0。

3 抗滑樁設計計算

3.1 受荷段內力計算

每根樁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 受荷段樁自身內力計算

①求剪力Qy， Qy=qhy=280y

②求彎矩My， My=qhy2/2=140y2

3.3 錨固段內力計算

在滑坡推力作用下，埋入地層中的樁將繞樁身某點轉動，假設樁的轉動點位于滑面下y0處，其轉角為φ。

①將相關數據帶入得：

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處即為彎距最大處

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 地基強度校核

在滑坡推力作用下，抗滑樁將繞樁身某點轉動發生變位，當樁與樁周的巖土體處于極限平衡狀態下時，樁身任一點的側壁壓應力不能大于該點處巖土體的主動壓應力與被動抗應力之間的差值。

樁前巖土體對樁身產生的被動抗應力為：

σp=γytan2（45 °+φ/2）+2C·（45 °+φ/2）

則樁身對巖土體的側壁壓應力σmax應符合下列條件：

σmax≤4（γytanφ+C）/cosγ

σγ=1245.1 kPa位于滑面下2.84 m處，而據已知條件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

可知地基強度滿足要求。

5 縱向鋼筋配置

考慮到抗滑樁需承受較大的彎矩，現采用50號舊軌作為縱向受力主筋，50號軌中性軸距軌底高度70.9 mm，截面積A=6 580 mm2，重量51.51 kg/m，截面高度152 mm，軌頭寬度70 mm，軌低寬度132 mm。假設軌底到截面邊距離為80 mm，則截面有效高度h0=3 000-70.9-80=2 849.1 mm。

樁上4m范圍可按混凝土構件考慮，不用配置鋼筋。

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（小于相對界限受壓區高度，表示是適筋樁）

γs=0.5×（1-）=0.8428

則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%

滿足矩形截面經濟配筋率0.6-1.5%的要求。

6 箍筋計算

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

當滿足K'Q ≤ 0.1cfcbh0條件的均按最小配筋率ρmim配置鋼筋。

則Q≤ 0.1cfcbh0/K'=0.1x14.3x2000x2849.1

=8 148 426 N

由此可知樁上部22 m范圍均可按ρmim配筋，下部5 m范圍按斜截面計算配置箍筋。

樁上面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。

樁下面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，

則As=6.8xS/n=6.8x110/4=187 mm2。則也取16。

7 結 語

①經地基強度計算，樁身對巖土體的側壁壓應力滿足地基強度要求，說明抗滑樁截面尺寸及樁長設置合理。

②考慮到抗滑樁需承受較大的彎矩，采用50號舊軌作為縱向受力主筋，最后計算出在主筋配筋率為符合矩形截面經濟配筋率的條件下，配置12根50號舊軌作為縱向受力主筋，其中，樁上4 m范圍可按混凝土構件考慮，不用配置鋼筋。而箍筋在樁下5 m配置16間距為110的二級鋼，其上18 m配置16間距為300的二級鋼。而在樁兩側和樁受壓側設置6，20的縱向構造筋，同時，配置6，16拉筋固定樁側構造筋，其間距同箍筋間距。

參考文獻：

[1] 王士川，陳立新.抗滑樁間距的下限解[J].工業建筑，1997，（10）.

[2] 鄭穎人，陳祖煜，等.邊坡與滑坡工程治理（第二版）[D].北京：人民交通出版社，2010.