楊 毅

(中設(shè)設(shè)計集團股份有限公司 南京市 210014)

抗滑樁依靠樁的強度、滑面以下錨固部分樁周巖土的彈性抗力來平衡滑面以上滑體剩余下滑力，使滑坡保持穩(wěn)定[1]。作為一種有效的支擋結(jié)構(gòu)，抗滑樁不僅廣泛應(yīng)用于治理滑坡，在非滑坡情況下邊坡預加固中也大量應(yīng)用。

以某非滑坡情況下深路塹邊坡預加固為例，對抗滑樁及樁間擋土板進行內(nèi)力分析，計算內(nèi)容主要包括抗滑樁樁身彎矩、剪力、位移、橫向壓應(yīng)力以及樁間擋土板的彎矩。同時，介紹了該深路塹邊坡的設(shè)計方案，以期為類似工程提供參考。

1 工程背景概況

某項目位于剝蝕丘陵地區(qū)，線路走行于山麓緩坡，較為開闊。丘坡多為林地，低洼處多辟為農(nóng)田。其中DK25+584～DK25+626段路基為深路塹，邊坡最大高度達29.6m，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件如下：

(1)地層巖性：丘坡表層為J2+3gjd(侏羅系下統(tǒng)高基坪群第四亞群)凝灰?guī)r，全風化，黃褐色，原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造已基本被破壞，僅具原巖外觀，巖芯呈砂土，局部夾強風化碎塊，手掰易碎，厚5.0～30.0m，Ⅲ級，σ0=200kPa；下伏J2+3gjd凝灰?guī)r，強風化，灰褐色，原巖結(jié)構(gòu)大部分被破壞，局部可見凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎，巖芯呈塊狀，塊徑為3～8cm，夾少量短柱狀，巖質(zhì)較軟，錘擊易碎，Ⅳ級，σ0=350kPa。

(2)地質(zhì)構(gòu)造：地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s。

(3)水文地質(zhì)條件：地表水谷地沖溝水，受降雨補給，季節(jié)變化大，較發(fā)育；谷地地下水以孔隙潛水為主，主要接受地表水及大氣降水下滲補給，較發(fā)育；丘坡地下水主要以基巖裂隙水為主，弱發(fā)育。地下水、地表水無侵蝕性。

(4)不良地質(zhì)：該段路基全風化層較厚夾強風化碎塊，強風層極為破碎呈碎塊狀，易風蝕剝落。

2 工程設(shè)計方案

DK25+584～DK25+626段風化巖與殘積土層較厚，路塹邊坡最大高度達29.6m，巖土穩(wěn)定性較差，應(yīng)對該深路塹邊坡進行預加固設(shè)計，具體方案如下：

右側(cè)邊坡設(shè)置C35鋼筋混凝土樁板式擋土墻，抗滑樁長14m(錨固段長度8m)，樁間距5m，截面尺寸為2m寬×2.25m厚，抗滑樁樁身采用現(xiàn)場澆注，樁間板采用現(xiàn)場預制的槽形板(3.4m寬×0.5m高)，支承于樁后；槽形板后頂部以下0.3m和找平層以上0.5m設(shè)與反濾層等厚的C25混凝土防滲層，防滲層之間設(shè)袋裝砂夾卵石反濾層，厚0.3m；抗滑樁孔采用C15鋼筋混凝土護壁支護，厚0.2m，分節(jié)高度1.0m；孔口設(shè)置C15鋼筋混凝土鎖口，鎖口高出地面0.2m，厚0.3～0.5m。樁板墻以上一級邊坡及二級邊坡采用錨桿框架梁(錨桿長8m)，三級邊坡采用拱形骨架護坡，各級邊坡間設(shè)2m寬平臺，平臺上設(shè)置攔水緣(高0.4m寬0.3m)，與平臺砌筑成整體。

3 內(nèi)力分析

3.1 計算前提

對于作用于抗滑樁的力系，應(yīng)計算滑坡推力、樁前滑體抗力和錨固段地層的抗力。樁側(cè)摩阻力和黏聚力以及樁身重力和樁底反力可不計算。

滑坡推力：本次抗滑樁是用于非滑坡情況下的邊坡預加固，作用在樁后的外力是樁后巖土的主動土壓力，滑坡推力的分布圖形為三角形[2]。

樁前滑體抗力：本次無樁前滑體抗力。

錨固段地層的抗力：當巖土變形在彈性階段時，可按彈性抗力計算，視地層為彈性介質(zhì)，彈性抗力等于該地層的地基系數(shù)乘以相應(yīng)的與變形一致的巖土的壓縮變形值[1]。本次采用地基系數(shù)法中的“m法”考慮?？够瑯稑兜字С胁捎米杂啥?。

3.2 計算參數(shù)

(1)抗滑樁尺寸

錨固樁長H=14m，其中懸臂段長H1=6m，錨固段長H2=8m；樁間距D=5m；抗滑樁采用矩形截面，寬度b=2m，厚度h=2.25m。

(2)地層參數(shù)

土體重度γ=20kN/m3；土體綜合內(nèi)摩擦角φ=35°；樁背與土體間摩擦角δ=φ/2=17.5°；樁頂塹坡傾角i=arctan(1/1.5)=33.69°；地基系數(shù)m取100 MN/m4[3]。

(3)其它參數(shù)

滑坡推力安全系數(shù)K取1.2；滑面以下樁的正面計算寬度BP=b+1=3m；樁的鋼筋混凝土彈性模量E=31500MPa；樁的截面慣性矩I=bh3/12=1.9m4。

3.3 內(nèi)力計算

(1)滑動面以上

樁后土壓力強度自樁頂至錨固點呈三角型分布，

錨固點處土壓應(yīng)力p0=KaγH1·cos(δ-α)=60.76kPa；

(2)滑動面以下

樁底為自由端，因此，樁底處彎矩MH2=0，剪力QH2=0，位移xH2≠0，轉(zhuǎn)角φH2≠0[1]。

根據(jù)下列公式進行計算：

σy=myxy

式中：xy、φy、My、Qy、σy—計算點的位移、轉(zhuǎn)角、彎矩、剪力、側(cè)向應(yīng)力；

y—計算點至錨固點的深度；

Ai、Bi、Ci、Di—隨樁的換算深度(αy)而異的系數(shù)；

M0—錨固點彎矩；

Q0—錨固點剪力。

(3)樁身內(nèi)力計算結(jié)果

作用在樁上的荷載寬度按其左右相鄰樁之間距離的一半計算。經(jīng)計算，抗滑樁各位置內(nèi)力如表1所示。

表1 樁身內(nèi)力計算結(jié)果

根據(jù)計算結(jié)果繪制樁身內(nèi)力示意圖如圖2。

分析可知，樁身最大彎矩Mmax=3924.22kN·m，位于距錨固點 2.57m處；最大剪力Qmax=1093.70kN，位于錨固點處。

滑動面以下H2/3處，橫向壓應(yīng)力為200.08kPa，樁底處橫向壓應(yīng)力325.51kPa，均滿足相應(yīng)處地基橫向容許承載力的要求。

樁身最大水平位移為5.06mm，位于樁頂處。滿足樁身水平位移不宜大于10mm的要求。

(4)擋土板內(nèi)力計算

擋土板置于錨固樁之后，擋土板按庫倫主動土壓力計算，錨固點處擋土板的土壓力最大，該處土壓力p0=72.9kPa。

擋土板內(nèi)力按均布荷載計算，且作用在擋土板上的荷載寬度按板的計算跨度計算。因此，單塊擋土板最大彎矩Mmax=113.92kN·m，位于擋土板跨中。

4 抗滑樁及擋土板結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 抗滑樁結(jié)構(gòu)設(shè)計

抗滑樁按承載力極限狀態(tài)法進行計算，抗滑樁允許有較大的變形，樁身裂縫超過允許值后，鋼筋的局部銹蝕對樁的強度不會有很大的影響，因此，無特殊要求時，可不做正常使用極限狀態(tài)驗算(變形、抗裂、撓度驗算)。

抗滑樁結(jié)構(gòu)的承載能力設(shè)計，按荷載效應(yīng)的基本組合進行。建筑結(jié)構(gòu)的安全等級采用二級，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)γ0=1.0[4]，永久荷載分項系數(shù)γG=1.35[5-6]，無可變荷載。因此，抗滑樁的設(shè)計彎矩M=γ0γGMmax=1.0×1.35×3924.22=5298 kN·m；設(shè)計剪力Q=γ0γGQmax=1.0×1.35×1093.70=1477kN。

根據(jù)設(shè)計彎矩進行樁的正截面承載力計算；根據(jù)設(shè)計剪力進行樁的斜截面承載力計算；根據(jù)彎矩圖進行主筋截斷計算；根據(jù)剪力圖進行箍筋分段計算。最后，根據(jù)計算后的鋼筋設(shè)計面積合理配置鋼筋。

4.2 擋土板結(jié)構(gòu)設(shè)計

擋土板按荷載效應(yīng)的基本組合進行結(jié)構(gòu)的承載能力設(shè)計，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)γ0=1.0，永久荷載分項系數(shù)γG=1.35，無可變荷載。因此，擋土板的設(shè)計彎矩M=γ0γGMmax=1.0×1.35×113.92=154kN·m

擋土槽形板按T形梁進行合理的配筋設(shè)計，并對擋土板進行正常使用極限狀態(tài)驗算(變形、抗裂、撓度驗算)。

5 路塹高邊坡監(jiān)測

為確保深路塹邊坡的安全穩(wěn)定，應(yīng)對邊坡進行位移和狀態(tài)監(jiān)測。選擇DK25+605右側(cè)邊坡作為路塹邊坡變形監(jiān)測剖面，監(jiān)測內(nèi)容主要包括：

(1)邊坡地表位移監(jiān)測

于路塹側(cè)溝外平臺、樁頂平臺、邊坡平臺以及塹頂外2.0m、10m設(shè)置位移監(jiān)測樁，采用長0.6m的Φ28mm螺紋鋼釬。待路塹開挖至設(shè)計埋樁位置后，將位移監(jiān)測樁打入至設(shè)計位置，埋置深度0.5m，樁周上部0.3m用混凝土澆注固定，完成埋設(shè)后采用經(jīng)緯儀或全站儀測量，監(jiān)測施工邊坡狀態(tài)，指導施工。

(2)深部位移監(jiān)測(測斜管)

邊坡成型后，在邊坡平臺鉆孔(孔徑Φ127mm，豎直孔，孔深應(yīng)至穩(wěn)定地層一定深度內(nèi))，安裝帶導槽的測斜管(Φ71mm)，采用測斜儀精確測量巖土層內(nèi)部水平位移。

(3)支護結(jié)構(gòu)土壓力監(jiān)測

沿支擋結(jié)構(gòu)深度方向埋設(shè)鋼弦式土壓力盒，監(jiān)測土壓力的大小及變化。土壓力盒數(shù)量不少于3個。

6 結(jié)語

通過對抗滑樁的內(nèi)力計算分析發(fā)現(xiàn)，滑動面以下H2/3處樁身彎矩最大；滑動面處以及滑動面以下2H2/3處樁身剪力最大；樁頂位移最大；樁底以及滑動面以下H2/3處橫向壓應(yīng)力最大。

對于較為破碎、易風蝕剝落的深路塹邊坡，邊坡穩(wěn)定性較差，采用抗滑樁進行收坡支擋，樁頂各級邊坡采用錨桿框架梁；并開展路塹高邊坡變形監(jiān)測。該方案對非滑坡情況下深路塹邊坡進行了有效的預加固，保證了深路塹邊坡的安全性。