涵洞滑坡治理中抗滑樁的設計與計算

艾闖 馬永超

摘要：抗滑樁是防治工程滑坡的一種工程建筑物，這種樁具有施工方便、效果突出的特點，是我國工程建設中常用的滑坡防治措施，近些年來在我國得到了廣泛的應用和快速的發展，本文結合現有工程實例和相關設計規范，對抗滑樁進行了設計和計算，為其他類似的抗滑樁設計計算提供一定的參考價值。

關鍵字：滑坡，抗滑樁，設計，計算。

中圖分類號： S611 文獻標識碼： A

一前言

滑坡是坡體沿其內部軟弱面或者軟弱帶做緩慢、間歇和整體滑動的不良地質現象，是山區工程建設中存在的較常見的自然災害之一，嚴重的滑坡可以掩埋村莊、堵塞交通，會給人們帶來巨大的損失和生命安全隱患，所以對滑坡災害的防治就顯得極其重要，在現實工程中主要是通過加固處理的方法來改變巖土體的力學性能來防治滑坡的，主要采取的方法有固結灌漿法、修筑擋土墻法、預應力錨桿法和鋼筋混凝土抗滑樁法。

二抗滑樁的介紹

樁是深入巖層或者土層的柱形構件，滑坡處治工程中的抗滑樁是通過樁身將上部承受的坡體推力傳給樁下部的側向土體或巖體，依靠樁下部的側向阻力來承擔邊坡的下推力，而使邊坡保持平衡或穩定?？够瑯杜c一般樁基類似，但主要是承擔水平荷載?？够瑯兑彩沁吰绿幹喂こ讨谐Ｒ姵Ｓ玫奶幹畏桨钢?，從早期的木樁，到近代的鋼樁和目前在邊坡工程中常用的鋼筋混凝土樁，斷面型式有圓形和矩形，施工方法有打入、機械成孔和人工成孔等方法，結構型式有單樁、排樁、群樁，有錨樁和預應力錨索樁等。

抗滑樁的工作原理是通過樁與周圍巖土的共同作用，把滑坡的滑動推力傳遞至下部穩定的土層，利用穩定土層的被動抗力和錨固力來削減平衡滑動體的滑動力，與其他防治措施如擋土墻、減載和排水相比，具有效果突出和施工方便等特點，因此得到了人們的重視并在國內外迅速發展起來。下面結合一個工程實例對抗滑樁的設計和計算做詳細的介紹。

三涵洞滑坡采用鋼筋混凝土抗滑樁防治的工程實例

3.1工程概況

有一4*3.0m暗拱涵，上面為填土路基，填土高度為5m至9.4m不等，涵洞長度為55.9m，縱坡為10%，該涵洞施工過程中出現滑動，決定采取鋼筋混凝土抗滑樁進行加固處理。

3.2抗滑樁的設計

抗滑樁的立面和平面布置如下圖所示：

根據鉆孔資料和實際勘察分析，滑動面為土石交界面處，滑體主要以粘土為主，經研究分析?。害?=19 kN/m3，φ1=9°，為了偏安全計算，取內摩擦角C1=0 kPa；同樣滑床主要以強風化泥巖為主，?。害?=21 kN/m3，φ2=45°，C2=0 kPa，根據巖性及地層情況，由《公路橋涵地基礎與基礎設計規范》表P.0.2-1可知：滑面以上地基系數的比例系數m1= 10000 KN/m4，樁后土層厚度取為a2=30米，樁前土層厚度取a1=12米。由表P.0.2-2可知：滑面以下地基系數的比例系數m2=30000 KN/m4。

抗滑樁采用C30鋼筋混凝土，樁長18m，其中受荷段12m，錨固段6m，樁間距為3.5m，樁斷面為直徑為d=1.8m的圓形，其彈性模量Ec =30x106 kPa，根據《抗滑樁設計與計算》公式2-6和2-10可知此樁的換算深度小于為2.07m小于2.5m，應按剛性樁進行計算。

3.3外力計算

滑坡推力按不平衡推力傳遞系數法計算。由于滑體中有鋼筋混凝土的涵洞，經過計算涵洞的自重小于與其體積相同的滑體的自重，在此為了安全考慮，將整個涵洞直接用滑面以上的土體代替。故可將樁后滑體分為三個土條，如圖所示：

由《抗滑樁設計與計算》公式2-1可計算出三個土條的滑坡推力如下表1所示，由此計算結果可知：滑坡推力為En=730 kN/m ；不考慮樁前土的抗滑作用，可知每根樁所受的水平推力T=730×3.5=2555 kN。

滑坡體推力 表1

3.4 受荷段樁身內力計算

滑坡推力按三角形分布，如下圖：

其中

四、受荷段樁身內力計算：

由以上受力圖示可以計算：

1、剪力

2、彎矩

各截面計算結果見下表2：

受荷段樁身內力表 表2

由表2可知：滑面處的剪力QA=2555kN，滑面處彎矩MA=10220 kN·m。

3.4錨固段樁側應力和樁身內力計算

由《抗滑樁設計與計算》公式3-4、3-7和3-9可以確定錨固段抗滑樁的轉動中心距滑面的距離為4.129m，轉角為0.001948 rad。

滑動面以下深度y處樁截面的位移xy 、剪力Qy、彎矩My以及側應力σy，由內力平衡方程求得如下表3所示：

錨固段樁身內力及側應力表 表3

綜合表2及表3可以樁的內力及側應力簡圖如下：

σ（樁側應力）圖（kpa）Q（剪力）圖（KN）

M（彎矩）圖（）

3.5抗滑樁樁側地基應力驗算

根據《抗滑樁設計與計算》公式2-7可知樁身對地層的側壁壓應力需滿足：

由表3可知最大側應力出現在錨固段的兩端分別為錨固段以下0.255m和6m處，經計

算這兩處的容許地基壓應力分別為1317.2kpa和1934.6kpa，分別大于877.3kpa和1645.5kpa，均滿足要求。

3.5抗滑樁配筋設計

縱向受力筋應根據《混凝土結構設計規范》附錄E中對圓形混凝土構件的抗彎設計和表3中的最大彎矩11705.69 經計算確定，計算所需鋼筋的截面面積為，現在可選用78根HRB335、直徑為32的鋼筋，鋼筋截面面積為，滿足要求。

根據《混凝土結構設計規范》6.3.1和6.3.15經計算知抗滑樁截面尺寸滿足規范要求。

箍筋根據《混凝土結構設計規范》6.3.4-2進行設計，經計算知受荷段箍筋采用HRB335直徑20mm,間距取150mm；錨固段箍筋可采用HRB335直徑為20mm間距取100mm。

四結束語

在工程實際中尤其是在山區公路建設中，滑坡是一種較常見的工程災害，抗滑樁是一種較常用的滑坡治理措施，本文結合工程實例對抗滑樁的設計計算進行了分析，希望能對其他類似工程的抗滑樁設計計算提供一些參考依據。

參考文獻

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