錨索抗滑樁受力分析與應用

李德奎 北京建達道橋咨詢有限公司

1 引言

抗滑樁又稱錨固樁, 是一種大截面側向受荷樁。近幾十年來已在鐵路、公路、水電和煤礦等部門廣泛采用，它是一種抗滑支擋結構。抗滑樁是樁埋入穩定滑床中，依靠樁與樁周巖（土）體的相互嵌制作用把滑坡推力傳遞到穩定地層，利用穩定地層的錨固作用和被動抗力，使滑坡得到穩定。樁可改善滑坡狀態，促使滑坡向穩定轉化。抗滑樁可與預應力錨索聯合組成抗滑支擋結構，錨索的錨固段應置于穩定巖層內。設計時應保證施加預應力錨索的抗滑樁與預應力錨索的變形協調，不應使錨索在受剪狀態工作。

2 工程概述

本項目是貴州某高速公路的挖方邊坡，從開挖面算起到山頂的垂直高差為80m，若采取自然放坡的型式進行邊坡開挖，則開挖邊坡級數至少達到10級，將對自然山體環境造成極大的破壞，且邊坡坡率較陡，邊坡穩定性較差。經過綜合比較分析，采用錨索抗滑樁的支護型式進行收坡，避免對自然山體的破壞開挖。

3 工程地質條件及穩定性評價

3.1 邊坡地質條件

在鉆孔揭露深度范圍內，地層結構自上而下分述如下：

本區地層主要為古生界二疊系下統飛仙關組（T1f）砂巖，第四系覆蓋層為碎石土。在鉆孔揭露深度范圍內，地層結構自上而下分別如下：

碎石土（）：褐黃色、灰褐色，稍密狀，碎石主要成分為砂巖，含量約占60%～70%，粒徑3cm～5cm，部分大粒徑8cm～20cm。地表約0.5m為種植土，含較多植物根系。

強風化砂巖（T1f）：紫褐色、紫灰色，砂質結構，層狀構造，結構大部分破壞，節理裂隙發育，巖石錘擊聲沙啞，巖質軟，巖芯以塊狀為主，塊徑一般5cm～8cm，少量巖芯呈柱狀，柱長15cm，巖體較破碎。

中風化砂巖（T1f）紫褐色、紫灰色，砂質結構，層狀構造，結構部分破壞，節理裂隙發育，巖石錘擊聲清脆，巖質較硬，巖芯以柱狀為主，節長一般10cm～20cm，少量巖芯呈塊狀，塊徑5cm～8cm，巖體較完整。

3.2 邊坡特征

挖方邊坡主要位于路線左側，最大開挖高度約80m，坡向216°，邊坡巖土主要為碎石土和強風化砂巖，屬巖土混合邊坡。巖層產狀150°∠63°，巖層傾向與坡向呈大角度斜交（交角56°），屬斜交順向坡，產生順層滑動的可能性大，層面參數可取c=40kPa（暴雨工況c=30kPa），Φ=31°（暴雨工況Φ=25°）；砂巖發育兩組裂隙，產狀：311°∠35°、212°∠38°，無順向結構面。

4 抗滑樁的優點

（1）抗滑能力強，圬工數量小，在滑坡推力大、滑動帶深的情況下，能夠克服抗滑擋土墻難以克服的困難；（2）樁位靈活，可以設在滑坡體中最有利抗滑的部位，可以單獨使用，也能與其它建筑物配合使用；（3）可以沿樁長根據彎矩大小合理的布置鋼筋（優于管形樁、打入樁）；（4）施工方便，設備簡單，采用混凝土或少量鋼筋混凝土護壁，安全、可靠；（5）間隔開挖樁孔，不易惡化滑坡狀態，利于整治在活動中的滑坡，利于搶修工程；（6）通過開挖樁孔，能夠直接校核地質情況，進而可以檢驗和修改原來的設計，使之更切合實際，發現問題，易于補救。

5 錨索抗滑樁計算參數

錨索抗滑樁支護設計所需巖土參數值見表1。

表1 巖土參數值

6 錨索抗滑樁總體布置

圖1 錨索抗滑樁總體布置圖

本段高邊坡抗滑樁采用2.0m×3.0m 抗滑樁，樁長24m，間距5m,樁頂有2m 高護壁，內部填土，從樁頂邊緣按照1:0.4 放坡。在樁頂1.5m 與4.5m 處分別設置兩孔錨索,第一級錨索長25m,第二級錨索20m, 錨索深入中風化砂巖中。

7 抗滑樁計算

7.1 抗滑樁設計

樁全長24m，其中受荷段h1=12m，錨固段h2=12m。當樁嵌入的巖層完整時，認為側向地基系數是常數（不隨深度變化），相應的彈性地基梁的計算方法為“K”法。

樁間距（中至中）：

樁的混凝土（C30）彈性模量：

屬彈性樁。

樁底邊界條件：按固定端考慮。

7.2 剩余下滑力計算

圖2 剩余下滑力計算圖示

滑坡剩余下滑力可采用傳遞系數法，按下式計算：

最終，計算的剩余下滑力為1028kN/m。

7.3 抗滑樁受力計算

假定荷載矩形分布：

樁后:上部=331.111kN/m，下部=331.111kN/m。

樁前:上部=0.000kN/m，下部=103.057kN/m。

樁前分布長度=12.000m。

樁身內力計算：

計算方法: K法。

背側——為擋土側；面側——為非擋土側。

背側最大彎矩=39859kN·m，距離樁頂：23.500m。

面側最大彎矩=0.000kN·m，距離樁頂：0.000m。

最大剪力=1810.473kN，距離樁頂：18.000m。

最大位移=23mm。

第1道錨索水平拉力=313.554kN，距離樁頂：1.5m。

第2道錨索水平拉力=275.973kN，距離樁頂：4.5m。

7.4 抗滑樁配筋計算

圖3 抗滑樁彎矩分布圖

圖4 抗滑樁剪力分布圖

邊坡重要性系數：

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG 3362—2018，受彎構件的一側受拉鋼筋的配筋百分率不應小于45ftd/fsd=45×1.39/330=0.19,同時不應小于0.2。根據最小配筋率計算配筋面積：As=3000×2000×0.2/100=1200mm2。

圖5 抗滑樁配筋圖

抗滑樁內不宜設置斜筋，可采用調整箍筋的直徑、間距和樁身截面尺寸等措施滿足斜截面的抗剪強度，其截面的受剪承載力：

混凝土抗剪滿足要求。

最后，經過配筋計算，主筋采用108Φ36@20，箍筋采用Φ 16@20。

7.5 抗滑樁嵌固深度驗算

樁側應力：

在嵌固段1.485m處為最大側應力位置。

最大側應力：

8 錨索配置計算

8.1 錨索內力計算

通過理正巖土設計軟件輔助計算，計算得到的錨索最大內力標準值為354.44kN。

8.2 錨索長度計算

預應力錨索設計時，錨索截面積應不小于：

根據滑面傾角為35°，取潛在滑動面內的最大長度8.4m為非錨固段長度，大于規范規定自由段長度不得小于5.0m，故錨索自由段長度取8.4m。抗滑樁樁體內錨索長度3.1m。計算錨索長度L=9.2+8.4+3.1=20.7m，取錨索長度為25m。

9 施工要點

（1）邊坡開挖至抗滑樁頂標高時進行抗滑樁施工，待抗滑樁施工結束后，才進行路基開挖；（2）抗滑樁的嵌固深度必需達到設計標高，以保證抗滑樁的嵌固深度設計要求；（3）抗滑樁必需進行跳槽施工，以確保施工安全，樁澆筑必須一次完成，以防斷樁；（4）抗滑樁護壁施工從樁頂到樁底，厚30ccm，采用C20號混凝土現澆，為施工開挖安全計，一次現澆深度不得大于100cm；（5）抗滑樁間擋墻開挖必須在抗滑樁、第二級及以上邊坡防護實施完畢后進行，且只能分段跳槽開挖，嚴禁全段開挖，以免在抗滑樁間擋墻砌筑過程中發生坍滑。

10 結束語

綜上所述，錨索抗滑樁具有工程造價高、受力復雜，施工難度大的確定，但在卻具有抗滑能力強，圬工數量小，在滑坡推力大、滑動帶深的情況下，能夠克服抗滑擋土墻難以克服的困難的優點。