路基滑坡中利用EXCEL—VLOOKUP進行抗滑樁設計與分析

許藏珠

摘要：本文通過抗滑樁設置原理，詳細探討了滑坡推力計算方法，利用EXCEL—VLOOKUP，對抗滑樁內力位移計算進行編程分析，能較好提高對抗滑樁的運用。

關鍵詞：抗滑樁；路基滑坡處治；EXCEL—VLOOKUP；M法

引言

抗滑樁是利用樁埋入穩固的巖體中，使其承受滑體的部分下滑力，并將其傳遞到下部穩固巖體中，以起到穩固滑體的作用。抗滑樁抗滑能力強，能克服擋土墻在滑面較深時難以抵擋的困難。抗滑樁樁位靈活，可根據滑坡剩余推力結合場地條件選擇抗滑樁最佳部位，抗滑樁可以單獨設置，也可與其他治理工程配合使用，安全可靠；依據彎矩大小合理配筋，依據滑坡推力大小和滑動面深度變化設計樁的截面尺寸和樁長。[1]

滑坡推力計算

滑坡剩余下滑力采用傳遞系數法計算，從第一塊滑體向下傳遞，直到抗滑樁設置樁位，即為抗滑樁所承擔的滑坡推力。

滑體傳遞土壓力為：

傳遞系數為

抗滑樁的計算

1、滑動面以上土層對樁的作用按外力考慮，滑坡推力及剩余抗滑力，可沿樁身按矩形分布，當滑體為極松散的土體時，可采用三角形分布。確定滑坡推力及抗滑力完成后，在滑動面處將外力換算成剪力 和彎矩 。

2、按剛度大小，抗滑樁可分為剛性樁和彈性樁：

。其中h為樁在滑動面以下的埋深， 為樁的變形系數，

側向地基抗力系數c可根據巖性采用適當方法，當巖質均勻，巖層整體較厚且為塊狀時，可認為側向地基彈性抗力隨深度不變，采用K法；當巖質破碎，或為黏土砂土時，可認為樁側地基彈性抗力隨深度變化，采用m法，即c=my。當采用m法時，對于樁埋深位于兩層或兩層不同土層時，各層土 應換算成一個 值，此時計算出的彎矩應乘以系數進行調整。[2]地層巖性由軟變硬的過程中，地基土層的m值由小變大， 值也相應變大；同時，隨著埋置深度h的增大，ah也越大，表現為抗滑樁整體趨向于彈性樁。故在初選樁型方案時，可參考地層巖性m值與樁截面大小，然后結合經驗初定滑床以下的樁長，初步假定樁為剛性樁或彈性樁。

3、樁側應力不大于地基土的側向抗力，以避免過大的塑性變形。根據公式

，可知地基側向承載力隨深度是一個變化的過程，當解出樁身位移后，乘以該深度對應的側向地基抗力系數C，即可判斷樁側土應力的大小是否在容許范圍內。

4、樁長計算

剛性樁的內力計算可參考《均質巖土層中剛性抗滑樁的設計計算》[3]，其計算理念及方法簡單易行，所需設計參數較少。特別是在確定為剛性樁的前提下，只需要下滑力和基巖側壁容許應力（側壁巖土容許抗壓強度）即可進行設計計算。而在彈性樁的計算分析中，通常采用側向彈性地基梁理論，即將樁視作彈性地基上的彈性地基梁，此時樁在水平外力作用下的撓曲微分方程為

，其中p為土作用在樁上的水平反力，

為樁在滑動面下y點處的水平位移（m），可見在求得 后，即可得到 ，進而可以根據樁在滑床頂部的位移控制要求及側向地基承載力要求確定樁長，一般要求抗滑樁滑床頂部位移小于10mm。

5、樁的內力位移計算

通過對撓曲微分方程的求解，可得以下計算式：

其中ABCD為系數，與 相關，可以通過查表獲得。通過滑動面處換算成剪力 和彎矩 。當樁埋于土層或風化破碎巖層內，此時樁底可視為自由端，即邊界條件 和 此時ABCD為樁底所對應的系數。

解得

至此，可以得出所設抗滑樁在滑動面下每一深度所對應的內力和位移。

工程實例

我局所管養公路一處路基缺口出現路基下側滑塌，地質判斷為滑坡，地層巖性為砂礫石，采用單排抗滑樁處治，，樁位設置在路基下側。滑動面以上樁長為12m，滑動面以下樁長初定為10m，根據傳遞系數法可算的每根樁滑坡推力為：1525kn。M取值為7625（kn/m4），樁身直徑為2.5m，計算寬度為3.15m，樁身E為32000000（kn/m2），樁底視為自由端。采用自編EXCEL-VLOOKUP將計算系數ABCD提前錄入數據庫，然后根據控制參數αh，自動查找調用相應ABCD，可直接得出樁身位移和內力，生成圖表。結合滑動面位移控制要求，可以快速得出理想方案。具體計算過程如下：

由計算結果可見，滑動面以下樁身最大位移在滑動面處，為6.3mm，符合小于10mm的一般要求。而樁身的最大正彎矩10496knm，距離滑動面為3m，最大負彎矩為-504knm，位于距底部末端1m處。說明采用滑動面以下樁長10m的方案合理，位移和內力處于較理想區間范圍。

其他要求

1、樁的入土深度 [2]

2、樁埋入巖土部分截面配筋率 0.6，（建筑邊坡工程技術規范7.3.3條）[4]

結語

通過EXCEL--VLOOKUP對抗滑樁計算進行編程，結合定性分析，能夠快速準確得出預設方案的具體計算數值，以供決策。為我局在路基滑坡災毀處治時提供技術參考，對設計給出的方案進行復核，極大提高我局作為行業主管監督單位的科學決策能力，有利于快速落實處治修復方案，提高公路社會服務職能。

參考文獻

[1]《工程地質手冊》第四版

[2]《公路橋涵地基與基礎設計規范》JTG D63-2007

[3]趙曉彥，胡厚田，均質巖土層中剛性抗滑樁的設計計算，巖土工程師，Vol，15No1，Feb，2003

[4]《建筑邊坡工程技術規程》GB50330—2013

（作者單位：云南省保山公路局）