抗滑桩在南景路滑坡治理工程中的应用

抗滑桩在南景路滑坡治理工程中的应用

谢盛华钱小碑

杭州永坤岩土工程有限公司浙江杭州311700

摘要：根据南景路滑坡特征、地质条件、形成因素，提出以抗滑桩为主的治理设计方案，并选取典型地质剖面计算剩余下滑力，进行抗滑桩工程布置，按受力条件进行抗滑桩内力分析，进而完成抗滑桩的设计。

关键词：地质灾害滑坡防治工程设计抗滑桩

1.引言

南景路滑坡地质灾害于2010年3月发生，位于浙江省淳安县南景路隧道南东端洞脸上部，山体坡面产生数条裂缝，周边构筑物断裂、损坏，滑坡进一步发展，将危及隧洞、过往车辆、房屋及人员的生命、财产安全。2010年4月滑坡勘查工作完成。

2.滑坡概况

2.1地形地貌

滑坡区地貌类型属丘陵地貌，海拔高程在123.92～197.59之间，地形最大高差约74m，总体地势北西高，南东低。中部地形较平缓，呈台阶状，北侧地形稍陡，坡度30°～40°，南景路路面至隧道洞脸顶部高差约42m。

2.2滑坡特征

2.2.1滑坡空间形态、规模

滑坡呈开口向南东的“圈椅”型（见照片2.2.1-1），主滑方向141°，前后缘高差34.3m，纵向水平长约85m，平面投影面积约4050m2，滑体平均厚度5.6m，属小型浅层滑坡。

2.2.2变形破坏特征

滑坡的发生使山坡坡面出现数条长4～115m，宽0.4～50cm的裂缝，隧道洞脸上部已施工的格构梁、排水沟断裂，绿园新村二期24幢楼后侧边坡喷射的混凝土面板开裂。

2.2.3滑坡物质组成

经钻探揭露，滑坡区地层为第四系残坡积层（Qel-dl）和侏罗系上统劳村组薄层～中厚层状泥质粉砂岩（J3l），岩层产状355°～5°∠15～31°。滑体由第四系坡积含碎石粉质黏土（黄褐色，稍湿，可塑）和全风化泥质粉砂岩（褐黄色，近可塑土状）组成。滑床为强风化泥质粉砂岩，紫红色，碎块夹土状，基本质量等级为Ⅴ级。下部为中等风化泥质粉砂岩，紫红色，较软岩，较破碎～较完整，基本质量等级为Ⅳ～Ⅴ级。滑动面附近存在厚0.4～0.9m的软塑状泥化夹层，呈深褐色，湿。

3.水文地质条件

滑坡区地下水类型为第四系孔隙潜水和基岩裂隙潜水，勘查钻孔内水位埋深为5.7～8.8m。滑坡剪出口处有地下水渗出，晴天地下水渗出量约2m3/d，雨天约5m3/d。

4.滑坡形成机制

滑坡形成主要受泥化夹层控制，其抗剪强度低，构成滑体的岩土体遇水软化，强度降低，滑床透水性差，水下渗至强风化面起润滑作用。滑坡区工程建设开挖山体，均形成临空面，破坏原有的平衡状态是发生滑坡的重要因素，强降雨为诱发因素。

5.治理设计

5.1设计思路及方案的确定

滑坡后缘山体变陡，若进行削坡减载，将可能引发后侧山体失稳，也不具备前缘压脚的条件，若采用锚杆框架格构方案，需要拆除前缘原有格构梁，施工过程可能出现次生灾害，因此最终选用“抗滑桩+截排水工程+构筑物修复”方案，本文主要介绍抗滑桩部分的设计。

5.2抗滑桩设计

5.2.1设计指标

1）、防治工程级别：按《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219—2006）5.1条，确定防治工程级别为Ⅱ级。

2）、荷载及强度标准：荷载包括滑坡体自重、地下水产生的荷载，工程区抗震设防烈度小于6度，不考虑地震荷载。防治工程暴雨强度重现期为设计20年、校核50年。

3）、设计工况及工程设计安全系数

设计：工况Ⅱ（自重+地下水），抗滑安全系数KS=1.30

校核：工况Ⅲ（自重+暴雨+地下水），抗滑安全系数KS=1.15

5.2.2岩土参数

采用该滑坡地质勘查提供的成果参数，见表5.2.2-1。

注：带“*”表示中等风化岩内摩擦角对应的摩擦系数“tg”

5.2.3抗滑桩布置

滑坡主滑方向较明确，抗滑桩按垂直主滑方向布置，采用矩形桩，共布置一排9根桩，见抗滑桩平面布置示意图5.2.3-1。拟定抗滑桩截面尺寸2.0m×2.0m，桩间距取中对中5m，桩体嵌固段进入中等风化基岩2.5m。

5.2.4桩身材料

桩身采用现浇C30混凝土，抗压强度设计值fc=14.3N/mm2，弹性模量Ec=3.0×104N/mm2，钢筋采用HRB335级钢筋，抗拉强度标准值fyk=335N/mm2，抗压强度f′=300N/mm2，钢筋保护层厚度70mm。

5.2.5抗滑桩受力分析及配筋

1）桩后滑坡推力和桩前滑体抗力计算

选择现状稳定系数最小的滑坡中部1-1′剖面（见示意图5.2.5-1）计算滑坡推力和桩前抗力，抗滑桩长为11m。桩后滑坡推力采用设计安全系数下桩位的剩余下滑力，桩前滑体抗力取极限平衡状态时桩位剩余下滑力和被动土压力中的小值。

本滑坡滑动面为折线型，剩余下滑力计算方法采用传递系数法，计算公式

式中：

Pi——第i条块的剩余下滑力（kN/m）；

Pi-1——第i-1条块的剩余下滑力（kN/m）；

Ψ——传递系数；

Ks——滑坡推力计算的安全系数；

Ti——作用于第i条块滑动面上滑动分力（kN/m），出现与滑动面方向相反的滑动分力时，Ti取负值；

Ri——作用于第i条块的抗滑力（kN/m）；

Wi——第i条块滑体的自重力（kN/m）；

αi、αi-1——第i、i-1块段滑动面切线方向与水平方向夹角（°）；

βi——第i块段地下水流向与水平方向夹角（°）；

A——地震加速度（本工程不考虑）；

TDi——作用于第i块段渗透压力平行滑面分力；

RDi——作用于第i块段渗透压力垂直滑面分力；

φi——第i块段土的内摩擦角(°)；

Ci——第i块段土的粘聚力(kN/m)；

Li——第i块段滑动面长度(m)；

γw——水的重度(kN/m3)。

按上述公式对1-1′剖面计算，并绘制滑坡推力曲线，滑体条块划分及滑坡推力曲线绘制结果见图5.2.5-2。

桩前滑体被动土压力采用库仑公式计算，得到被动土压力水平分力为272.72kN/m，大于极限平衡时滑坡推力水平分力，取114.92kN/m作为桩前滑体抗力。

根据滑体物质组成、性质，桩后滑坡推力和桩前滑体抗力分布图形均采用梯形，上部与下部比值取0.5。

2）抗滑桩内力、变形及嵌固段横向压应力计算

采用悬臂桩法计算，滑面以上桩身所受滑坡推力及桩前滑体抗力作为设计荷载，按弹性地基梁法计算出锚固段的桩横向压应力及桩内力。根据嵌固段岩土性质，桩底支承条件采用铰支端，采用“K”法计算，取地基系数K=0.10×106kPa/m。

①判别刚性桩与弹性桩

按“K”法计算，桩的变形系数为β(m-1)：

（式5.2.5-1）

判别条件：当βh2≤1.0，属刚性桩；当βh2＞1.0，属弹性桩。

式中：K——地基系数（kPa/m）；

Bp——桩的计算宽度（m），矩形桩Bp=b+1（b为设计宽度）；

E——桩的钢筋混凝土弹性模量（kPa），E=0.8Ec；

Ec——混凝土弹性模量（kPa）；

I——桩的截面惯性矩（m4），矩形截面为bh3/12；

h2——滑面以下桩的长度（m）。

根据本工程抗滑桩拟定尺寸、材料及边界条件按上述公式计算得βh2=0.22×4.8=1.056>1，按弹性桩计算。

②滑面以上桩身按一般结构力学公式计算内力及变位，从略。

③嵌固段桩身内力、变形及桩横向压应力

按弹性地基梁计算，桩侧岩土体按Winkler地基模型考虑，滑面以下桩身任一截面的变位和位移、转角、弯矩、剪力的初参数方程：

式中：

Z——换算深度，Z=βy，β意义同式5.2.5-1；

xZ、φZ、MZ、QZ——分别为锚固段桩身任一截面位移（m）、转角（弧度）、弯矩（kN•m）、剪力（kN）；

x0、φ0、M0、Q0——分别为滑面处桩的位移（m）、转角（弧度）、弯矩（kN•m）、剪力（kN）；

AiZ、BiZ、CiZ、DiZ——随桩截面换算深度而异的“K”法的无量纲影响函数值（i=1，2，3，4），具体见文献[4]。其余符号意义同式5.2.5-1。

桩底支承条件为铰支端，有xh=0，Mh=0，φh≠0，Qh≠0。不考虑桩底弯矩的影响，将xh=0，Mh=0代入式5.2.5-2a和5.2.5-2b联立求解得：

将x0、φ0代入式5.2.5-2a～5.2.5-2e得到滑面以下桩身任一截面的变位、内力、和侧压力。

根据本工程抗滑桩尺寸及受力条件按5.2.5-2a～5.2.5-2g计算，并与滑面以上计算结果合并绘制弯矩、剪力位移、土反力沿桩身变化曲线，见图5.2.5-3。

④、嵌固段地基横向承载力校核

嵌固段为岩层，桩身为矩形截面，地基横向承载力按式5.2.5-2h计算：

（式5.2.5-2h）

式中：

KH——在水平方向的换算系数，根据岩石的完整程度、层理或片理产状、层间的胶结物与胶结程度、节理裂隙的密实和充填物，可采用0.5～1.0；η——折减系数，根据岩层的裂隙、风化及软化程度，可采用0.3～0.45；

R——岩石单轴抗压极限强度（kPa）。

中等风化泥质粉砂岩单轴抗压强度R=13200kPa（13.2MPa），岩体较破碎～较完整，取KH=0.5，η=0.3，得地基横向承载力[σH]=1980kPa，大于桩的最大横向压力σmax（1309.4kPa），嵌固深度满足要求。

3）抗滑桩配筋

根据计算得到的桩身弯矩、剪力，按《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)计算正截面受拉所需的纵向钢筋面积及斜截面抗剪所需的箍筋面积，结合构造要求配筋，受力纵筋和构造纵筋均采用HRB335级钢筋，背侧设置2排纵筋，每排13根，直径32mm。面侧设置1排共13根纵筋，直径32mm。两侧边各设置4根构造纵筋，直径18mm。箍筋采用四肢封闭箍，HPB300级钢筋，直径12mm，间距200mm。

桩顶设置连系梁，断面尺寸2200mm×800mm，混凝土强度等级C30，采用构造配筋。

6结语

南景路滑坡为一小型浅层滑坡，本文介绍了对该实例滑坡提出采用抗滑桩为主并结合截排水、构筑物修复的治理方案，采用传递系数法对典型剖面计算滑坡推力，并按悬臂桩法进行抗滑桩内力分析，进而完成抗滑桩设计。该滑坡治理工程自2010年12月竣工至今，经过多年暴雨期，滑坡体未再发生滑动，治理效果良好，表明抗滑桩在该滑坡治理工程中的应用是成功的，采用的计算方法是合理的。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.DZ/T0219-2006滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].北京:中国标准出版社,2006.

[2]中华人民共和国行业标准.TB10025-2006铁路路基支挡结构设计规范(2009局部修订版)[S].北京:中国铁道出版社,2009.

[3]中华人民共和国国家标准.GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[4]鸡扒子滑坡—长江三峡地区老滑坡复活的一个实例.中国典型滑坡[M].北京,中国出版社.1988.

[5]沈珠江.桩的抗滑阻力和抗滑桩的极限设计[J].岩土工程学报,Vol.14,No.1,1992,51~56.