淺談設(shè)有冠梁的梅花形雙排抗滑樁在欠穩(wěn)定邊坡中的應(yīng)用

安寶平 肖銳

摘? 要：研究發(fā)現(xiàn)常規(guī)的矩形抗滑樁人工成孔施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)大，單排圓形抗滑樁又不能滿足抗滑要求?；诖?，本文以S11涇源（甘寧界）至華亭高速公路工程欠穩(wěn)定邊坡加固設(shè)計(jì)為例，將設(shè)有冠梁的梅花形雙排抗滑樁作為加固方案，同時(shí)根據(jù)典型斷面采用madis軟件建模分析抗滑樁的應(yīng)力應(yīng)變、位移及內(nèi)力分布情況。結(jié)果表明抗滑樁在最不利工況條件下樁頂位移滿足規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：邊坡加固;雙排抗滑樁;madis軟件;建模分析

中圖分類號(hào)：TU473.1???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）06-0000-00

0 引言

S11涇源（甘寧界）至華亭高速公路是甘肅省省道規(guī)劃18條聯(lián)絡(luò)線之一和寧夏“三環(huán)八射九聯(lián)”高速公路網(wǎng)中的一聯(lián)，是甘寧兩省重要的省際高速公路聯(lián)絡(luò)線，也是六盤山地區(qū)、陜甘寧革命老區(qū)重要的扶貧路、紅色旅游路，其屬于國(guó)家《關(guān)于進(jìn)一步貫徹落實(shí)“三大戰(zhàn)略”發(fā)揮高速公路支撐引領(lǐng)作用的實(shí)施意見(jiàn)》打通地方高速公路省際通道項(xiàng)目，同時(shí)其在甘寧兩省路網(wǎng)結(jié)構(gòu)中占有重要作用。[A1]

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1工程簡(jiǎn)介

該段落邊坡地貌屬黃土堆積侵蝕梁峁區(qū)，位于山前斜坡，地勢(shì)開闊，地形起伏不平，席家梁山梁呈東南走向，挖方段落位于山梁東北傾向一側(cè)斜坡，坡面呈臺(tái)階狀，現(xiàn)開墾為耕地，場(chǎng)地內(nèi)地面最大高程為1771m，最小高程為1688m，相對(duì)高差83m。

1.2工程地質(zhì)條件

根據(jù)本次地質(zhì)調(diào)繪、鉆探等成果，邊坡地層巖性為：

1. 第四系全新統(tǒng)坡積粉質(zhì)粘土（Q）：褐黃色，稍濕，可塑，以粉粘粒為主，含少量砂，干強(qiáng)度高。

2. 上更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)粘土（Q）：褐黃色，稍濕，可塑，以粉粒為主，孔隙發(fā)育少，含少量砂，干強(qiáng)度高。

3. 上更新統(tǒng)沖積淤泥質(zhì)土（Q）：灰黑色，稍濕-飽和，可塑，土質(zhì)不均，以粉粒為主，孔隙發(fā)育少，巖芯呈短柱狀，切面光滑，具腥臭味，干強(qiáng)度高，含腐殖質(zhì)。淤泥質(zhì)土具水平層理，層理間具黃褐色鐵錳質(zhì)礦物侵染現(xiàn)象。

（4）新近系砂質(zhì)泥巖（N）：褐紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，成巖性差，抗風(fēng)化能力差，主要以粘土礦物為主，局部夾砂巖薄層。

2 邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算

2.1邊坡體穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)

該段邊坡位于山前斜坡，地勢(shì)開闊，地形起伏不平，席家梁山梁呈東南走向，挖方段落位于山梁東北傾向一側(cè)斜坡，坡面呈臺(tái)階狀，現(xiàn)開墾為耕地，邊坡開挖后，形成新的臨空面，坡腳失去阻力，利于邊坡滑塌。地層巖性主要由坡積粉質(zhì)黏土，含水量較大的沖積淤泥質(zhì)土，基巖砂質(zhì)泥巖組成。依據(jù)鉆探、斷面成果圖，巖土界面角度25°，傾斜巖土界面使上部含水淤泥質(zhì)土沿巖土界面或內(nèi)部貫通結(jié)構(gòu)面滑塌。

2.2計(jì)算方法

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算?；率Ｓ嘞禄τ?jì)算公式如下：

2.3計(jì)算剖面及工況

結(jié)合該段欠穩(wěn)定邊坡實(shí)際情況，選定代表性斷面，對(duì)潛在危險(xiǎn)滑面進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，采用理正巖土軟件中塊體極限平衡法模塊進(jìn)行穩(wěn)定性及下滑力驗(yàn)算?；娓鶕?jù)鉆孔揭露以及后緣裂縫及前緣剪出口位置確定采用折線型滑面。

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）中滑坡穩(wěn)定性分析要求，采用三種工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算：正常工況、非正常工況Ⅰ、非正常工況II。

2.4計(jì)算參數(shù)分析選用

根據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》（JTGB02-2013），穩(wěn)定性計(jì)算中地震作用重要性修正系數(shù)取1.3，地震綜合影響系數(shù)取0.25，水平地震系數(shù)取0.2。根據(jù)工程等級(jí)、欠穩(wěn)定邊坡危害性以及誘發(fā)因素，滑坡推力安全系數(shù)取值依據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D30-2015取值表，在正常工況下取1.25，非正常工況Ⅰ取1.15，在非正常工況II取1.15。

2.5計(jì)算參數(shù)取值

依據(jù)邊坡現(xiàn)狀，勘察土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，巖土體試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)及反算參數(shù)得出各計(jì)算參數(shù)如表1所示。

2.6穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果與評(píng)價(jià)

按上述計(jì)算工況及參數(shù)取值對(duì)滑坡穩(wěn)定性分別進(jìn)行了三種工況下的穩(wěn)定性及剩余下滑力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

3 雙排抗滑樁結(jié)構(gòu)分析

3.1 計(jì)算荷載及組合

在進(jìn)行欠穩(wěn)定邊坡穩(wěn)定性及剩余下滑力分析時(shí)，應(yīng)考慮使用年限內(nèi)的永久作用、可變作用及偶然作用。各工況下荷載組合系數(shù)按《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）附錄H的規(guī)定取值。

3.2 有限元模型分析

采用Midas/Civil建立抗滑樁有限元模型，共計(jì)104個(gè)節(jié)點(diǎn)、104個(gè)單元。抗滑樁底部約束平動(dòng)自由度，樁長(zhǎng)一定范圍內(nèi)設(shè)置節(jié)點(diǎn)彈性支撐模擬樁土共同作用，建立有限元模型。

3.3 靜力分析

由表2三種工況換算得到抗滑樁所受土壓力分布圖，以梁?jiǎn)卧B續(xù)荷載的方式分別施加于樁基上，計(jì)算得到雙排抗滑樁的內(nèi)力及變形情況如圖1所示。由橫向變形圖可知，樁頂最大水平變形4.8cm，滿足規(guī)范要求。

4 雙排抗滑樁設(shè)計(jì)及應(yīng)用

4.1 雙排抗滑樁工程設(shè)計(jì)

根據(jù)midas建立的雙排樁空間模型分析結(jié)果，對(duì)抗滑樁及冠梁按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，確保三種工況下的正截面抗彎承載能力與斜截面抗剪承載能力滿足要求。

根據(jù)邊坡工程地質(zhì)情況，結(jié)合邊坡現(xiàn)狀，綜合考慮邊坡安全穩(wěn)定性、環(huán)境保護(hù)、水土保持、工程造價(jià)等因素，經(jīng)過(guò)定性分析和定量計(jì)算，對(duì)該段欠穩(wěn)定邊坡采用設(shè)有冠梁的梅花形雙排抗滑樁進(jìn)行加固。

根據(jù)該欠穩(wěn)定邊坡典型斷面潛在滑面卸載后的下滑力，在K7+975～K8+060碎落臺(tái)外側(cè)設(shè)置品字形樁板墻，樁徑2.0m，樁長(zhǎng)24m，樁間距5m，樁后設(shè)置153塊擋土板;第1、2、3、4、19、20、21、22根樁樁頂設(shè)置2m×1.5m一圈鋼筋混凝土冠梁，第5、6、7、8、23、24、25、26根樁樁頂設(shè)置2m×1.5m一圈鋼筋混凝土冠梁，第9、10、11、12、27、28、29、30根樁樁頂設(shè)置2m×1.5m一圈鋼筋混凝土冠梁，第13、14、15、17、18、31、32、33、34、35根樁樁頂設(shè)置2m×1.5m一圈鋼筋混凝土冠梁。

K7+993～K8+060右側(cè)第二級(jí)邊坡開挖坡率由1﹕1調(diào)整為1﹕1.5，第三級(jí)至第四級(jí)開挖坡率1﹕2.0;第二級(jí)挖方坡面設(shè)置框格梁防護(hù)，第三級(jí)與第四級(jí)邊坡植草防護(hù);K8+060～K8+083.724右側(cè)第二級(jí)坡率由1﹕1.5漸變至1﹕1.0。

抗滑樁采用C30 鋼筋混凝土現(xiàn)澆，樁頂冠梁采用C30 鋼筋混凝土現(xiàn)澆，擋土板采用C30 鋼筋混凝土預(yù)制。圓樁采用機(jī)械成樁，淤泥質(zhì)土體范圍內(nèi)設(shè)置鋼護(hù)筒，防止縮孔。擋土板背部鋪設(shè)碎石排水層，中部預(yù)留泄水管排出背面，對(duì)施工原設(shè)計(jì)的仰斜排水孔結(jié)合坡面滲水點(diǎn)適當(dāng)加密調(diào)整。樁板墻墻后外緣設(shè)平臺(tái)截水溝，截水溝頂面須低于原地面15～20cm，使坡面匯集的水流快速排離，排入急流槽及橋涵構(gòu)造物，并盡量減少水流滲入土體。

4.2施工過(guò)程設(shè)計(jì)

總體施工順序：布設(shè)位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)→鋼筋混凝土抗滑樁→擋土板→冠梁→完善防護(hù)截排水設(shè)施。樁板墻的施工順序：測(cè)放樁位—樁位場(chǎng)地整平—樁井開挖→鋪底混凝土→鋼筋籠吊裝→樁身混凝土澆筑。采取從滑坡體兩側(cè)逐漸向中間推進(jìn)的施工工序，每間隔兩孔及以上進(jìn)行跳孔開挖樁井、澆筑施工，嚴(yán)禁坡腳一次性樁井開挖，防止切腳引起邊坡失穩(wěn)破壞。在施工前需先做好坡體臨時(shí)防排水措施，避免降雨造成滑坡失穩(wěn)破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

抗滑樁在滑坡處治、順層邊坡及欠穩(wěn)定邊坡加固中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，隨著工程建設(shè)的高速發(fā)展，單排抗滑樁在處治一些剩余下滑力較大的滑坡時(shí)已不能滿足樁體位移與內(nèi)力分布的要求，同時(shí)部分滑坡采用常規(guī)的矩形抗滑樁施工風(fēng)險(xiǎn)較大。[A2]?本文將設(shè)有冠梁的梅花形雙排抗滑樁引用到欠穩(wěn)定邊坡的治理中，并結(jié)合典型橫斷面選擇標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行建模分析，結(jié)果表明抗滑樁在最不利工況條件下樁頂位移滿足規(guī)范要求同時(shí)樁身應(yīng)力滿足材料要求，為以后的項(xiàng)目建設(shè)提供了參考依據(jù)。

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收稿日期：2020-04-18

作者簡(jiǎn)介：安寶平（1988—），男，甘肅白銀人，研究生，工程師，研究方向：公路工程。

On the Application of Plum-shaped Double-row Anti-slide Piles with Crown Beams in Under-stable Slopes

AN Baoping，XIAO Rui

（Gansu Transportation Planning Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Lanzhou? Gansu? 730000）

Abstract：Taking?the?unstable?slope?reinforcement?design?of?the?S11?Jingyuan?（Gan-ning?boundary）-Huating?highway?project?as?an?example，?the?conventional?rectangular?anti-slide?piles?are?relatively?risky?in?the?artificial?hole?construction?process，?and?the?single-row?circular?anti-slide?piles?cannot?meet?the?anti-slide?requirement.?Therefore，?the?quincunx?double-row?anti-slide?piles?with?crown?beams?are?used?as?the?reinforcement?plan.?Meanwhile，?the?madis?software?is?used?to?model?and?analyze?the?stress，?strain，?displacement?and?internal?force?distribution?of?the?anti-slide?piles?according?to?the?typical?section.

Key words： slpoe?reinforcement;?double-row?anti-slide?piles;madis?software;model?and?analyze