抗滑桩与锚索在滑坡治理中的应用及比较

1、抗滑桩与锚索在滑坡治理中的应用及比较郭春阳内容摘要：以高速公路施工引起的工程滑坡为例，先通过地质情况及路基稳定性计算对滑坡进行判断， 并介绍了滑坡治理采用的抗滑桩和锚索两种方案，最后进行比选确定工程措施。关键词：路基稳定性 抗滑桩 锚索剩余滑坡推力0前言吉林省“十一五”重点建设项目，吉林至延吉高速公路敦（化）延（吉）段是连接东部山区及珲春口岸的重要运 输通道。敦延高速采用双向四车道，整体式路基宽度24.5m，设计速度80km/h，路线所经区域地形起伏较大，越岭处 多为灌木与次生林，余均以旱田为主。路线基本所处第四系地层，地震烈度为W度。1工程地质条件1.1气象特征此区域处于东北东部山地湿润季冻

2、区。年平均降水量为504mm，降雪为10月中旬至次年4月，历年最大冻深2m。全年最高气温37.6C，最低气温36.5C。历年最大积雪58cm。1.2水文地质条件该区域冲沟发育，雨季沟内有少量水流，冬季干枯无水。另外本段路基附近有3处泉水出露，水量较大。该区域地质主要为中生界白垩系大砬子组底层，主要岩性为泥岩，泥岩砂岩互层状产出。上覆第四系地层，主要 为粘土、碎石土及粘土夹碎石。2滑坡特征及现状2.1滑坡特征敦延高速第七设计段K110+142K110+156.8填方路基左幅路面出现裂缝。经地质勘察，路基裂缝段为山腰缓坡处， 坡度约为515度，植被为旱田及杂草。该段为填方路基，填高1.58m，路基

3、裂缝位于填方由低变高的左幅过渡段内， 长约19.5m，存在明显的5个拐点，裂缝宽0.52.0cm。自12月初发现以来呈继续发展趋势，右侧（较低一侧）坡脚 有鼓胀趋势。2.2滑坡成因本段路基位于延吉易滑地区，此区域为原始坡体蠕滑，在路基填土等荷载作用下加剧，沿滑动面移动造成上方路 面裂缝。根据对裂缝观测，滑坡方向顺地形朝向南，与路线走向基本垂直，需对K110+140K110+230段原始坡体蠕滑 情况进行抗滑设计。3分析计算首先对该段路基稳定性的分析，初步确定最不利滑动面位于低液限粘土和全风化泥岩砂岩互层交接面处。3.1最不利滑动面的确定。经试算选取K110+150和K110+200两处断面为最

4、不利断面进行详细分析。首先确定路基填土后考虑汽车荷载作用的等待路基宽度和厚度，路基横向均布6列车，并将车辆荷载进行横向折 减后换算为土柱，土柱高h=0.26m。将换算后土体连同路基填土划分成竖直土条，并按顺序编号1-10 （见图1）。b)路堤和地基的整体稳定性采用有效应力法进行计算，安全系数不应小于1.20，ci=14.1kPa（pi=14.5 r=20kN/m，间化Bishop式:1.1u-1cosa ) tan Q +c l cos a )/mii， i i i_jaiW.sin a .式中：m = cos a . +aiitan Q sin a分别按费伦纽斯法、泰勒法一及泰勒法二三种方法

5、确定相应的最不利滑动面圆心，计算相应的稳定系数，然后确 定最不利圆弧滑动面。、选取K110+150横断面，根据费伦纽斯法(4.5H法)，得到最危险圆弧圆心位置为o1(见图2)。r全凤化器砂粘层祗风化泥剖电层K110+150Ht=3.65 Wz=12.25 Wy=12.25At=113.46 Aw=0.00图2费伦纽斯法钻孔8、根据泰勒法一，得到最危险圆弧圆心位置为。2。(图略)、根据泰勒法二，得到最危险圆弧圆心位置为o3。(图略)根据上述三种方法分别试算，结果相近，费伦纽斯法计算结果偏于安全，故取用费伦纽斯法计算结果控制设计。3.2计算剩余滑坡推力根据上述计算取得的最不利滑动面，按条分法对其进

6、行稳定性分析，计算出剩余滑坡推力。E = K EGsina,-tanQ (EGcosa,+EG2.cos a. ) -C ( l +l. )-G2.sina.下滑力计算表土条编号Kc8rrwQ wenia()I(m)KG 1，sin a .+Kr Q n.sin a .(kN/m)tan 8 Gcos a -tan 8 r Q n cos a (kN/m)11_2J4J14 535_20-J00 0001 1210 52963 20393 208_92421 1645 9621.214.114.53520100.0001.1210.52946.60843.805.81735.70150.323

7、1.214.114.53520106.8201.1210.52934.131108.204.84770.43228.4841.214.114.535201014.0401.1210.52923.761275.404.37652.55283.3951.214.114.535201017.8701.1210.52913.841267.204.12390.89294.5061.214.114.535201018.7001.1210.5294.511106.204.02113.72260.27合计：5994.0032.083084.451262.92土条编号Kc8rrwQ weniaG2j(kN/m)

8、(m)G?.sin a .+r Q ni sin a (kN/m)tan 8 G2, cos a ,-tan 8 r Q n cos a (kN/m)714.114.535201016.8101.1210.5294.70892.404.0280.41207.54814.114.535201012.3001.1210.52914.03638.804.13170.64143.81914.114.53520104.9501.1210.52923.77361.804.38156.3879.06合计：1893.0012.53407.43430.41E(kN/m)354.689根据上表计算，土体剩余滑坡推

9、力En =354.689kN/m。4工程处理方案根据上述计算，结合国内既有经验，拟采用路基右侧坡脚处设置抗滑桩方案和框架锚索方案分别设计。4.1滑桩方案：拟定桩径D = 2.0m，间距4.0m。取不利断面桩号K110+150处断面（见图3），抗滑桩平面位置（见图6），分析桩前受土块1、2、3、4、5、6、7 作用的主动土压力，受土条8、9、10作用的被动土压力，现有安全系数K=1.20，ci=14.1kPa i=14.5 r=20kN/m， 由于7、8、9、10为阻滑块计算中加入安全系数K，令K=0.8 ；根据公式：E = KZ G sin a -tan (ZG cos a +Z G cos

10、a )-C( Zl +Z l ) -KG sina1i2i4ji j3j式中：G =G +r Q n ; G =G -r Q n ; G =G +r Q n ; G =G -r Q n1 1i w w i2 1i w w i3 2j w w i4 2j w w i根据抗滑桩前后滑体厚度，由上述计算方法计算得到滑坡推力En =1031.302kN/m，桩前剩余抗滑力 En =686.696kN/m 。D=2.0m抗滑桩12.2512.25嘛H岖4】颗 H40.17.林12 m钻孔8K110+150抗滑桩布置横断面图K110+150Ht=3.65 Wz=12.25 Wy=12.25At=113.4

11、6 Aw=0.00间距4.0m另外，取不利断面桩号K110+200处断面进行对比，分析桩前受土块1、2、3、4、5、6、7作用的主动土压力，受 土条8、9、10作用的被动土压力，现有安全系数K=1.20，ci=14.1kPa i=14.5 r=20kN/m，由于7、8、9、10为阻 滑块计算中加入安全系数K，令K=0.8；按上式重新计算：根据抗滑桩前后滑体厚度，计算得到滑坡推力E =430.989kN/m，桩前剩余抗滑力E =242.132kN/m。通过K110+150和K110+200两处断面计算结果对比，得知+150断面结果控制设计。根据残余抗滑力E值，按拟定 桩基尺寸和地质资料，对桩基抗

12、弯、抗剪及桩长进行计算。经计算:桩身配筋面积A=197cm2;试算桩长L = 9.5m。（按桥梁规范公式计算，计算过程略）由此可见，拟定桩身截面及间距满足受力要求。故此设计采用：桩身配筋640 32，配筋面积A=197cm2;桩长L=10.5m。抗滑桩位置平面图裂缝24X 4m者41蹄帅福抗滑桩位置立面图抗滑桩4.2锚索方案：拟定锚索的孔径D=18cm，锚索采用60 S15.2mm预应力钢绞线，抗拉强度标准值fpk=1860MPa，锚索垂直与路基， 并与水平方向成30角桩径D = 2.0m，间距4.0m。根据费伦纽斯法得到的最不利滑动面（见图5），按条分法得到的土条计算滑坡推力E = 619.

13、43kN/m。（计算方法 同前）图5K110+150锚索布置横断面图钻孔8Ht=3.65 Wz=12.25 Wy=12.25At=113.46 Aw=0.001、锚索设计荷载的确定锚索自由段长度为20m，锚索与滑动面相交处滑动面倾角a =9锚索设计倾角8 =30采用预应力锚索治理滑坡时，锚索提供的作用力主要有延滑动面产生的抗滑力，及锚索在滑动面产生的法向阻力。坡脚及坡面布置3排锚索，每根锚索设计锚固力Pt1= E/ （入 sin （a +8）tan? +cos （a +p） 其中：入-折减系数，按0.5考虑。2、锚固段长度的确定锚索的锚固长度为L，采用la，lsa中较大值L=Maxla， ls

14、a其中：la-锚固体与孔壁的抗剪强度确定锚固段长度；lsa-按水泥砂浆与锚索张拉钢材的粘结强度确定锚固段长度。3、浆体强度验算o =4Fs1 Pt1/m （n D）Wo 其中：Fs1-锚固设计安全系数；m-承载体个数。根据以上推算结果进行复算，原拟定锚索满足设计要求。（计算过程略）图6锚索方案曲型断面1-1I -.- I1.- I900900900锚索-框架梁南置立而图500KN/2R 锚 索加 固，5030cm厚 M15浆 砌片石护底 、-坡脚线主框架案T50I 150 I T50I 1494.3抗滑桩和锚索方案的比选：以上两种方案都满足设计要求，但各有有缺点。主要如下：抗滑桩方案的优点是：施工简便易行，工期较短，抗滑效果明显，对于潜在滑坡抵抗角度较大，不破坏既有路基 防护和绿化工程，对原景观效果不产生影响。缺点是：造价略高。锚索框架梁方案的优点是：造价略低。缺点是：施工较为复杂，工期较长，对于潜在滑坡抵抗角度单一，破坏既 有路基防护和绿化，景观效果较差。经上述综合比较，本段滑坡处理方案推荐采用抗滑桩处理方案。5结论语敦延