淺析堆積層滑坡抗滑樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)用，其研究成果也隨著人們的重視而逐漸增多， 文章針對(duì)堆積層滑坡，開展其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，研究結(jié)論對(duì)類似工程具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：堆積層滑坡；樁土作用；抗滑樁；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(cè)至汀江，右側(cè)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(nèi)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(zhì)粘土＼粘土（Q4al+pl）、第四系殘坡積粉質(zhì)粘土＼粘土（Q4el+dl）、侏羅系上統(tǒng)嵩山組砂巖（J1s）組成。

由區(qū)域的地質(zhì)資料可知，茶陽鎮(zhèn)地處蓮花山斷裂帶內(nèi)，蓮花山斷裂帶是一條強(qiáng)烈的擠壓破碎帶。本區(qū)域主要受西斷裂束約束，是典型的對(duì)沖結(jié)構(gòu)。

研究區(qū)由于受蓮花山斷裂帶的影響，并且沿該斷裂帶為發(fā)震斷裂，穩(wěn)定性相對(duì)較差，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2010年版）可知，研究區(qū)內(nèi)的抗震設(shè)防烈度為6 °，地震設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

研究區(qū)內(nèi)的老滑坡在暴雨條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，采用抗滑樁對(duì)其進(jìn)行治理。本部分進(jìn)行抗滑樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

抗滑樁是要比一般的承受豎向荷載的樁截面大很多的構(gòu)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(huì)提高樁周范圍內(nèi)的地層的強(qiáng)度。為了簡化計(jì)算，計(jì)算時(shí)按照平面問題考慮，在此引入一個(gè)受力換算參數(shù)：

Bp=a（l+1/a）=a+1

根據(jù)抗滑樁的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，抗滑樁嵌固段必須嵌入穩(wěn)定的滑床當(dāng)中，一般為總長的1/3～2/5，現(xiàn)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(nèi)力計(jì)算方法主要包括有限元法、有限差分法、地基系數(shù)以及懸臂梁法。現(xiàn)階段工程中經(jīng)常用到的方法是懸臂梁計(jì)算方法。

根據(jù)《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10025-2006），確定滑面處的地基抗力系數(shù)采用A=A'=13 000 kN/m3，滑面以下地基抗力系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)采用m=26 000 kN/m4，設(shè)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(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 受荷段內(nèi)力計(jì)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(nèi)力計(jì)算

①求剪力Qy， Qy=qhy=280y

②求彎矩My， My=qhy2/2=140y2

3.3 錨固段內(nèi)力計(jì)算

在滑坡推力作用下，埋入地層中的樁將繞樁身某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，假設(shè)樁的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)位于滑面下y0處，其轉(zhuǎn)角為φ。

①將相關(guān)數(shù)據(jù)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(qiáng)度校核

在滑坡推力作用下，抗滑樁將繞樁身某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生變位，當(dāng)樁與樁周的巖土體處于極限平衡狀態(tài)下時(shí)，樁身任一點(diǎn)的側(cè)壁壓應(yīng)力不能大于該點(diǎn)處巖土體的主動(dòng)壓應(yīng)力與被動(dòng)抗應(yīng)力之間的差值。

樁前巖土體對(duì)樁身產(chǎn)生的被動(dòng)抗應(yīng)力為：

σp=γytan2（45 °+φ/2）+2C·（45 °+φ/2）

則樁身對(duì)巖土體的側(cè)壁壓應(yīng)力σmax應(yīng)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(jù)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(qiáng)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(xiàn)采用50號(hào)舊軌作為縱向受力主筋，50號(hào)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(shè)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(gòu)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(duì)界限受壓區(qū)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(jīng)濟(jì)配筋率0.6-1.5%的要求。

6 箍筋計(jì)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(dāng)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(jì)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=ρa(bǔ)s/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(jié) 語

①經(jīng)地基強(qiáng)度計(jì)算，樁身對(duì)巖土體的側(cè)壁壓應(yīng)力滿足地基強(qiáng)度要求，說明抗滑樁截面尺寸及樁長設(shè)置合理。

②考慮到抗滑樁需承受較大的彎矩，采用50號(hào)舊軌作為縱向受力主筋，最后計(jì)算出在主筋配筋率為符合矩形截面經(jīng)濟(jì)配筋率的條件下，配置12根50號(hào)舊軌作為縱向受力主筋，其中，樁上4 m范圍可按混凝土構(gòu)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(jí)鋼，其上18 m配置16間距為300的二級(jí)鋼。而在樁兩側(cè)和樁受壓側(cè)設(shè)置6，20的縱向構(gòu)造筋，同時(shí)，配置6，16拉筋固定樁側(cè)構(gòu)造筋，其間距同箍筋間距。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王士川，陳立新.抗滑樁間距的下限解[J].工業(yè)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.