梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁優化設計方法研究

陳洪凱，趙春紅

(重慶交通大學 巖土工程研究所，重慶 400074)

梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁優化設計方法研究

陳洪凱，趙春紅

(重慶交通大學 巖土工程研究所，重慶 400074)

融合懸臂抗滑樁和預應力錨索抗滑樁的優點，提出了一種滑坡治理新方法——梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁；通過分析梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁的受荷性能，建立了梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁內力計算方法，得到了與滑坡推力和樁間距等設計參數相關的預應力錨索拉力設計值計算公式。實例分析表明：與橫截面積相同的矩形斷面懸臂抗滑樁相比，梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁可使抗滑樁受壓區面積增大25.8%，受拉區鋼筋用量減少20.4%，經濟性能良好，可為治理江河水庫岸坡大型特大型滑坡及山區公路巨厚層崩坡積滑坡提供一種新的技術選擇。

道路工程；岸坡治理；抗滑樁；結構型式；優化設計方法

0 引 言

中國是滑坡災害高發區，自三峽蓄水運行以來，庫水位變動帶出現大量老滑坡復活及新生滑坡，滑坡規模大，滑坡穩定性態受庫水位漲落作用明顯，滑坡抗滑支擋難度大，使得位于庫水位變動帶的道路受到嚴重的潛在滑坡災害影響。三峽庫區新建水庫蓄水后至高水位初期3到5年內將集中產生大量的新生滑坡和塌岸，據有關部門調查統計，三峽庫區滑坡共1 150處，主要分布在重慶萬州至巫山地段。這些滑坡集中分布在峽谷地段以外的低山區，而這些地區又是庫區城鎮移民搬遷重建的主要區域，如2014年9月8日 ，湖北省宜昌市秭歸縣發生25處滑坡，導致多處道路被埋。申登科等[1]結合國道318線川藏公路田妥一怒江段K3668+700～K3668+790滑坡的基本狀況，通過采用有限元建立模型，利用有限元強度折減法對滑坡的成因進行了分析；王宏等[2]對重慶市奉節縣挖斷村就奉節—云陽高速路段對挖斷村滑坡的工程地質水文條件、地質構造及滑坡特征總結了該滑坡的形成機制，對該滑坡進行成因分析。

目前，國內外學者針對滑坡的工程措施主要有3類：一是排除地表水、地下水或減輕庫水對坡腳的沖刷等危害；二是改變滑坡體外形、置抗滑建筑物；三是改善滑動帶土石性質，如焙燒法、爆破灌漿等。比如：L．Piccinini等[3]通過模擬地下水流動對滑坡變形的影響，以及排水措施和水壓對滑坡水平位移地影響，得出由橫向排水管降低地下水位可以有效的減少滑坡的滑動速度，即從每年數厘米降低到每年數毫米；P．Paronuzzi等[4]通過滲透和坡降穩定模式相結合的方式證明，水庫形成岸坡滲透性材料和水庫水位的升降比率可以強烈影響邊坡穩定，并提出采用緩慢降低水庫水位的方法來減少滑坡的危險性；L．Zabuski等[5]提出水文條件對邊坡變形的影響是復雜的觀點，為滑坡治理和預防潛在滑坡提供了參考；A．Troncone等[6]通過有限元方法，利用Elasto-Viscoplastic應變軟化模型，從二維和三維角度分析了滑坡的發展；盧書強等[7]采用現場地質調查和勘探的方法確定了滑坡的形態和性質，深入研究了變形失穩機制及影響因素，得出庫水位下降以及下降過程中降雨會加劇滑坡的變形；陳洪凱等[8]提出了經驗性降雨閾值目前存在的問題，針對存在的問題給出建議：經驗性降雨閾值應同滑坡產生機理密切結合，經驗性降雨閾值應同環境地質背景緊密結合，完善降雨滑坡監測機制,靈活選取經驗性降雨閾值；梁和成等[9]提出天然飽水-失水過程對庫岸不同高程土體的化學組成和物理結構影響顯著，會對庫岸土體的力學效應產生巨大的影響；肖詩榮等[10]對涼水井滑坡的研究得出，啟動滑坡變形裂縫的根本原因是水庫蓄水初期庫水對滑坡阻滑段的浮托，阻滑段滑帶的軟化和滑坡前緣表部松散坡體的侵蝕塌岸，在水庫運行條件下，滑坡的穩定性影響因素主要是降雨特別是暴雨和久雨；吳丹丹等[11]以三峽庫區秭歸縣馬家溝I號滑坡為例，對滑坡在庫水位升降和降雨條件下的變形破壞及穩定性進行了研究；王新剛等[12]利用數值模擬方法，建立仿真三維模型，對庫水位驟變作用下滑坡抗滑樁體系相互作用進行了分析。

由于水位的變化，滑坡穩定性受到嚴重的影響。由于滑坡規模大，我國學者對大截面挖孔鋼筋混凝土抗滑樁研究得較深入，并有不少成功的實例。陳洪凱等[13]通過懸臂抗滑樁在酸-應力耦合作用下的室內模型試驗，對懸臂抗滑的耐久性進行了研究，得出在酸-應力耦合作用下，抗滑樁混凝土強度不斷劣化，樁身位移不斷增大的結論；郭喜峰等[14]以重慶市奉節縣三處典型滑坡體原位剪切試驗依據，分析了其滑坡在水位升降前后其碎石土抗剪強度及其與顆粒分布的關系，得出了碎石土的抗剪強度參數及其與碎石含量、含水量的關系；年延凱等[15]采用彈塑性有限元強度折減法，對6種不同截面形式的抗滑樁進行了加固邊坡效果的對比分析；劉洪佳等[16]通過懸臂式抗滑樁加固滑坡的模型試驗，得出模型破壞主演原因是樁頂位移過大導致樁身折斷破壞失效；文興等[17]利用數值模擬分析，論證了通過樁截面的改變，樁間土拱效應得到增強，降低了土體從樁間滑出的可能性；許英姿等[18]采用數值模擬方法，從豎向預應力錨索抗滑樁的內力、樁長、錨固力、偏心距幾個方面進行了研究，得出豎向預應力錨索抗滑樁錨固段比懸臂樁減少；Zheng Yingren等[19]采用有限元強度折減法，考慮樁土相互作用問題，獲得了阻力和滑坡推力在樁上的合理分布以及樁的合理長度；吳潤澤等[20]針對現有預應力錨索抗滑樁計算模型及其相應計算理論存在的問題，基于有限差分法的原理，提出了改進的錨索樁計算模型并進行了詳細的理論推導；申永江等[21]運用土拱理論和極限平衡理論，推導出滑坡推力在雙排懸臂抗滑樁上的分配計算公式。

綜上可見，對推力大的滑坡，懸臂抗滑樁和預應力錨索抗滑樁是常用的抗滑支擋措施。但考慮到水庫岸坡消落帶周期性浸泡的地質環境，懸臂抗滑樁因樁身截面所限，預應力錨索抗滑樁則存在錨索被地下水周期性浸泡問題，兩種措施都存在明顯不足。鑒于此，筆者結合懸臂抗滑樁和預應力錨索抗滑樁的優點，提出一種滑坡治理新方法——梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁，構建其優化設計方法，可為治理江河水庫岸坡大型特大型滑坡及山區公路巨厚層崩坡及滑坡提供一種新的技術選擇。

1 抗滑樁結構形式

工程實踐表明，滑坡推力較大時，懸臂抗滑樁易產生較大變形，此時，需增大抗滑樁斷面面積以保證治理有效性。但增加抗滑樁斷面面積存在兩個問題，一是顯著增大混凝土及鋼筋用量，不經濟；二是在滑坡治理部位進行大斷面開挖，易誘發滑坡失穩破壞致災。而對于三峽水庫岸邊坡來說，由于水位一年一度存在30 m的變幅，使得預應力錨索抗滑樁在治理庫岸滑坡受到限制。梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁克服了懸臂抗滑樁和預應力錨索抗滑樁的缺點。采用預應力鋼筋，梯形的頂邊位于滑坡體內側，屬于抗滑樁受拉區，底邊位于滑坡體剪出口方向，屬于抗滑樁受壓區，在受拉區安設預應力錨索，如圖1。利用豎向預應力錨索產生反向彎矩，抵消滑坡推力作用產生的彎矩所帶來的負面效應，減小抗滑樁的樁頂撓度。該技術的核心在于抗滑樁受拉區設置豎向預應力錨索，底端錨定板安放在距離樁底20～30 cm處，可充分利用混凝土保護錨索不受地下水周期性浸泡影響，增強其耐久性，如圖2。該技術主要適用于庫水位變動帶滑坡災害的治理需求。

圖1 梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁結構型式Fig.1 Structure pattern for vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

圖2 錨碇板安設位置(單位：cm)Fig.2 The mounting position of the anchor plate

2 抗滑樁受力分析

K．Terzagi[22]在活動門實驗中首先驗證了土體中存在著拱效應，即在荷載或自重的作用下，土體發生壓縮和變形，從而產生不均勻沉降，致使土顆粒間產生互相“楔緊”的作用，稱為“土拱效應”。通常矩形樁在計算樁間距時是根據樁間土拱效應建立計算模型，然后再利用土拱強度條件和樁間靜力平衡條件，最終得出樁間距計算方法。在土拱研究中，土拱是將拱所受的力傳遞至拱腳的一種結構，繼而拱腳是作為承力主體，即抗滑樁。如圖3(a)。在樁間距計算中，通常利用土拱效應作為計算模型，將土拱1視為主拱，土拱2視為次拱。而梯形豎向預應力錨索抗滑樁的樁間土拱形成與矩形抗滑樁的土拱形式類似，如圖3(b)。由于梯形樁截面與矩形樁截面相比，抗滑樁左右兩側增加了角度，更有利于土拱2的形成，能更好的在土體相對向下移動時產生更好的擠密作用，并產生向上的分力，為拱腳的豎直方向提供支持力，而且目前尚無成熟的樁間距計算公式，因此梯形樁的樁間距按照相關規范進行取值。

圖3 土拱效應簡圖Fig.3 Soil arching effect between piles

3 抗滑樁優化設計方法

3.1 計算模型

由于在計算懸臂式抗滑樁內力時，可將滑坡推力等效為均布荷載，將滑坡推力產生的彎矩稱為正彎矩，梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁的豎向預應力錨索作用會產生一個與之方向相反的彎矩，稱為負彎矩。梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁計算模型如圖4。

圖4 梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁計算模型Fig.4 Calculation model of vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

3.2 優化設計方法

將滑坡作用產生的滑坡推力E在樁身自由段h′可等效為均布荷載，用q表示，此時將抗滑樁看做懸臂梁，其計算模型如圖5。通常滑坡的水平推力按每延米計算。考慮樁間土的作用，則計算均布荷載時，滑坡推力還需乘上樁間距S。每根樁所受滑坡推力產生的水平推力T按式(1)計算，那么每根抗滑樁所受的均布荷載q按式(2)計算。

T=E·S

(1)

q= (E·S)/h′

(2)

根據懸臂梁的內力計算可知，由滑坡推力在O點作用產生的正彎矩M如式(3)計算。

(3)

梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁豎向預應力錨索作用的重心位置與樁的截面重心之間的距離稱為偏心距ep，在錨索作用下產生一個與正彎矩方向相反的負彎矩M0，即豎向預應力錨索拉力設計值Nt在O點所產生的負彎矩M0為

M0=Nt·ep

(4)

同理，根據抗滑樁樁身內力設計將負彎矩M0等效為與均布荷載q′，方向與滑坡推力的等效均布荷載q方向相反(圖3)。為保證安全，需要考慮滑坡安全系數Fs的影響，則有

(5)

由此可計算出豎向預應力錨索拉力設計值Nt：

(6)

考慮由豎向預應力錨索承載30%的滑坡推力荷載，其余滑坡推力荷載由普通鋼筋承載，假設達到極限平衡狀態時，滑坡推力的等效荷載0.3q和豎向預應力錨索拉力設計值的等效荷載q＇相等，即

0.3q=q＇

(7)

將式(7)帶入式(6)得到

(8)

將式(2)帶入式(8)得到豎向預應力錨索拉力設計值Nt：

(9)

梯形斷面的偏心距ep計算如下所述，梯形斷面的重心計算公式為

(10)

式中：h為梯形斷面高度；a為梯形斷面頂邊長度；b為梯形斷面底邊長度。

由于混凝土保護層厚度a0與預應力錨索作用的重心位置相差很小，計算偏心距時，預應力錨索作用重心位置與斷面頂邊緣的距離近似為鋼筋混凝土的保護層厚度，其計算簡圖如圖6。

偏心距ep的計算公式為：

ep=h-yc-a0

(11)

圖5 滑坡推力計算Fig.5 Calculation diagram for thrust of landslide

圖6 梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁偏心距計算Fig.6 Eccentricity calculation diagram for vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

4 工程應用

筆者所舉例的水田壩鄉下土地嶺滑坡位于三峽庫區湖北省秭歸縣水田壩鄉新址規劃區北部。該滑坡為一正在活動的滑坡，滑坡體及其影響區內的建筑物明顯變形，后部為在建中的初級中學宿舍樓場地擋土墻及一棟建成的宿舍樓基礎下沉變形，在建中的沿江大道路基發生較大的下沉。三峽水庫175 m水位蓄水后，滑坡體的中下部將被淹沒在正常蓄水位之下，滑坡的穩定性將受到嚴重影響，威脅到該滑坡區及周邊已有建筑物、后部中學以及新集鎮沿江大道的安全。

滑坡體物質以紫紅色泥巖碎石和長石石英砂巖塊石夾黏土為主，而滑床則以上侏羅系蓬萊鎮組紫紅色泥巖、泥質粉砂巖和灰白色長石石英砂巖為主。滑動帶為粉質黏土，其強度計算參數為：C=11 kPa，φ=11°。滑坡區地下水類型可分為基巖裂隙水及第四系沉積物和崩塌堆積物孔隙水。因滑床為結構完整性較好的巖層，其土抗力系數可視為常數。本例綜合有關資料，其地基系數取為：K=3×10 kN/m3，此時認為1/n=0，也即按“K”法計算。本例將預應力錨索抗滑樁設置在第11條塊上，如圖7。按照剛體極限平衡理論計算得到的作用在其上的滑坡推力為1 810.08 kN/m[23]。根據滑坡的條件，滑坡的安全系數為1.15，抗滑樁強度為C30，混凝土的保護層厚度為80 mm，初步擬定梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁的尺寸為a×b×h=1.5 m×2.5 m×2.0 m，樁長為12 m，樁的嵌固段為樁長的1/3，即L0=4 m，樁間距S=5 m，根據梯形形心計算公式可計算出梯形截面的形心位置，即yc=917 mm，預應力鋼筋擬采用As=15.2 mm的鋼絞線，那么可大致取偏心距ep=900 mm。

圖7 下土地嶺滑坡地質剖面Fig.7 Geological section of Xiatudi landslide

為方便比較，兩者受力情況、截面面積以及樁長相同，則懸臂抗滑樁的尺寸為b×h=1.6 m×2.5 m，保護層厚度為80 mm。

由式(9)可計算出豎向預應力錨索軸向拉力設計值Nt:

而鋼絞線的承載力標準值為259 kN，承載力設計值為181 kN，則預應力鋼絞線根數為

預留導管為10個，那么每個導管中應放入8根鋼絞線，實際的鋼絞線根數為80根，預應力鋼筋的面積為Ay=11 120 mm2。

由式(2)計算得出滑坡推力等效均布荷載q=1 136.30 kN/m，由式(3)計算可得出滑坡推力在O點作用產生的正彎矩M=36 361.60 kN·m。

根據結構設計原理計算出非預應力鋼筋面積Ag為

32 118.71 mm2

式中：Rg為鋼筋抗拉設計強度，Rg=310 MPa；Ra為混凝土軸心抗壓設計強度，Ra=14.3 MPa；Ry為預應力鋼筋抗拉設計強度，Ry=1 860 MPa；h0為有效高度，h0=1 920 mm；Mj為進行截面強度計算的彎矩，Mj=36 361.60 kN·m；γs為鋼筋安全系數，γs=1.25。

鋼筋總面積為：

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

受壓區高度x為：

由此可計算出受拉區面積為2.04 m2，受壓區面積為1.96 m2，如圖8。

圖8 梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁拉壓區Fig.8 The tension-compressive zone in vertical pre-stressed anchor anti-slide piles with trapezoid section

按照懸臂樁的配筋方式計算得出所需鋼筋面積為As=54 328.62 mm2，受壓區高度為x=783 mm。受拉區面積為2.75 m2，受壓區面積為1.25 m2，如圖9。

圖9 矩形樁拉壓區Fig.9 The tension-compressive zone in rectangular pile

通過上述計算，在受力情況和截面面積相同的情況下，梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁所需的鋼筋用量為比懸臂抗滑樁所需的鋼筋用量可節省20.41%，并且前者受拉區面積比后者受拉區面積減少了25.8%。

5 結 論

1)針對鄰近江河水庫岸坡道路存在大型特大型滑坡的潛在威脅問題，為滿足工程治理需求，融合懸臂抗滑樁和預應力錨索抗滑樁的優點，提出了一種滑坡治理新方法——梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁，樁橫截面為梯形，頂邊位于滑坡體內側。該技術的核心是在懸臂抗滑樁受拉區布設預應力錨索，錨索底部錨碇板安置在距離樁底20～30 cm處，錨索上部錨頭設置在樁頂，采用后張拉法施加預應力。

2)建立了梯形斷面豎向預應力錨索抗滑樁內力計算方法，得到了與滑坡推力和樁間距等設計參數相關的預應力錨索拉力設計值計算公式。

3)工程實例表明，與橫截面積相同的矩形斷面懸臂抗滑樁相比，豎向預應力錨索抗滑樁可使抗滑樁受壓區面積增大25.8%，受拉區鋼筋用量減少20.4%，經濟性能良好，可為治理江河水庫岸坡大型特大型滑坡及山區公路巨厚層崩坡積滑坡提供一種新的技術選擇。

[1] 申登科,陳洪凱．川藏公路田妥—怒江段某滑坡穩定性分析與整治[J]．重慶交通大學學報(自然科學版),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,鐘寧,王志超．重慶奉云高速公路挖斷村滑坡的成因分析與治理措施[J]．重慶交通大學學報(自然科學版),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] 盧書強,易慶林,易武,等．三峽庫區樹坪滑坡變形失穩機制分析[J]．巖土力學,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] 陳洪凱,魏來,譚玲．降雨型滑坡經驗性降雨閾值研究綜述[J]．重慶交通大學學報(自然科學版),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,單慧媚．天然飽水-失水對三峽庫岸邊坡土體的影響研究[J]．巖土力學,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] 肖詩榮,盧樹盛,管宏飛,等．三峽庫區涼水井滑坡地質力學模型研究[J]．巖土力學,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] 吳丹丹,胡新麗,雍睿,等．三峽庫區馬家溝滑坡模型形態概化[J]．地球科學(中國地質大學學報),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] 王新剛,胡斌,連寶琴,等．庫水位驟變下滑坡-抗滑樁體系作用三維分析[J]．巖石力學與工程學報,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] 陳洪凱,易麗云,鮮學福,等．酸-應力耦合作用下抗滑樁性能試驗[J]．重慶大學學報,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,劉洋．三峽庫區碎石土滑坡體抗剪強度研究[J]．重慶交通大學學報(自然科學版),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] 年廷凱,徐海洋,李東晨．不同截面型式抗滑樁加固邊坡數值分析[J]．大連理工大學學報,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] 劉洪佳,門玉明,李尋昌,等．懸臂式抗滑樁模型試驗研究[J]．巖土力學,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] 文興,裴向云,劉云鵬．特殊截面抗滑樁受力特性與土拱效應分析[J]．工程地質學報,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] 許英姿,韋萬正,盧玉南．豎向預應力錨索抗滑樁的優化研究[J]．工程地質學報,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] 吳潤澤,周海清,胡源,等．基于有限差分原理的預應力錨索抗滑樁改進計算方法[J]．巖土力學,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,孫紅月,尚岳全,等．滑坡推力在懸臂式雙排抗滑樁上的分配[J]．巖石力學與工程學報,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] 桂樹強．預應力錨索抗滑樁結構計算方法[J]．地球科學(中國地質大學學報),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

國家自然科學基金項目(51378521)；重慶市自然科學基金重點項目(2013JJB0005)

陳洪凱(1964—)，男，重慶人，教授，博士生導師，主要從事巖土工程方面的研究。E-mail:chkcxf@163.com。

趙春紅(1990—)，女，重慶人，碩士研究生，主要從事從事巖土工程方面的研究。E-mail:540029018@qq.com。

U418.5

A

1674-0696(2016)02-054-06