浅谈水库抗滑桩的设计

浅谈水库抗滑桩的设计

1设计滑坡推力有许多关于滑动基础设施设计的重要问题。在抗滑桩高等教育工程中，充分利用曲线的应用是项目成功的关键。水库滑坡与线路滑坡所不同之处在于：（1）在水库运营期间，滑坡的稳定性系数是随水库水位的变化而变化的；（2）水库滑坡桩前抗力宜为水库运营期间桩前抗力的最小值。正因为如此，利用《规范》确定设计滑坡推力时存在以下两个问题：（1）设桩处桩前抗力究竟由哪种荷载组合下的推力曲线来确定，该推力曲线所对应的稳定系数是否一定为1，对于水库滑坡而言，该荷载组合是否一定为自重与低库水位（如巴东地区在蓄水前为66.0m）；(2）设计滑坡推力曲线是否一定为设计工况下的推力曲线；针对《规范》中存在的这些问题，本文在深入研究剩余下滑力曲线的基础上，引入“基准工况”与“控制设计工况”的概念，对桩位于抗滑段与下滑段提出不同的设计滑坡推力的确定方法，并将其应用于宋家屋场滑坡治理工程设计中。2“实际抗滑段”的确定滑坡具有抗滑段与下滑段之分，过去，许多工程师对抗滑段与下滑段的划分是根据滑动面的形态来判定，滑动面由陡变缓或反倾段对应为抗滑段，利用该种方法确定的抗滑段为“形态抗滑段”（图1）；对于那些滑动面没有明显形态变化的滑坡，抗滑段在形态上不能反映。事实上，只要滑坡的稳定系数大于1就存在着抗滑段，这种情况下，可以通过推力曲线来确定，即曲线的下降段对应为抗滑段。通过推力曲线所确定的抗滑段为“实际抗滑段”（图2）。另一方面，从推力曲线还可以得出，“实际抗滑段”是随安全系数的取值而变化的，随着安全系数的增大，“实际抗滑段”减小，即随着安全系数的增加，抗滑段向剪出口方向偏移（图1与图2）,在设计中要根据桩位于实际抗滑段与下滑段来确定设计滑坡推力。3抗滑桩设计滑坡推力的确定在滑坡治理工程设计中，设计滑坡推力是根据剩余下滑力曲线来确定的。通过对现行《规范》与《规程》的综合研究，设计滑坡推力按如下方法确定：（1）首先得出稳定系数为1的滑坡推力曲线与设计工况下的推力曲线；（2）设桩处的设计滑坡推力值为设计工况推力曲线与稳定系数为1的滑坡推力曲线之差值；（3）该差值在水平方向的分量为即设计滑坡推力值。利用该方法确定设计滑坡推力存在以下几点不足：(1)只适用于支挡位于抗滑段工程；(2)支挡工程的岩土体存在着剩余抗滑力（被动土压力）；(3)设计工况的剩余下滑力值宜大于相同位置处校核工况的剩余下滑力值；(4)对稳定系数为1时所对应的荷载组合与设计工况所对应的荷载组合交代不明确;(5)对于稳定系数小于1的滑坡，利用《规范》法进行设计偏于危险;而对于稳定系数大于1的滑坡，利用《规范》法进行设计偏于保守。为了克服以上缺点，在此引入基准工况和控制设计工况的概念，并提出了抗滑桩设计滑坡推力的确定方法。基准工况：该工况不一定是自然工况，而是在不考虑安全系数的情况下，进行设计工况与校核工况所对应的荷载组合的推力计算，取其中剩余下滑力较小的一条曲线所对应的荷载组合为基准工况。控制设计工况：在考虑安全系数的情况下，进行设计工况与校核工况所对应的荷载组合的推力计算，取其中剩余下滑力较大的一条曲线所对应的荷载组合为控制设计工况。例如图3中，控制设计工况为校核工况。对于水库滑坡而言，基准工况时滑坡的稳定系数可能小于1，如果仍利用《规范》法确定滑坡的设计推力，会使结果偏小，从而使设计偏于危险。如图4，某一水库滑坡，基准工况时的稳定系数为0.9，按照《规范》所确定的设计滑坡推力设E小于根据基准工况所确定的设计滑坡推力值设E′(桩前有抗力存在)，若桩前不存在抗力时，桩位于抗滑段时的设计滑坡推力不能用差值，需要通过控制设计工况剩余下滑力曲线来确定。设计滑坡推力的确定方法如下：(1)据剩余推力法得出基准工况推力曲线（该曲线为其稳定性系数下的推力曲线）与控制设计工况推力曲线（该曲线为考虑安全系数后的推力曲线），（如图3）;(2)当桩位于下滑段（控制设计工况推力曲线的上升段）时，设计滑坡推力根据控制工况推力曲线来确定。如图3，设计滑坡推力为1E在水平方向的分量，即：E设计=E1cosα，其中α为设桩处滑动面的倾角。当桩位于抗滑段（推力曲线的下降段）时，设计滑坡推力根据控制工况与基准工况的推力曲线来确定。设桩处控制工况剩余下滑力与主动土压力的最大值为1E′，剩余抗滑力与被动土压力的最小值为E2′，两者之差为E2=E1′-E2′。此时设计滑坡推力为E2在水平方向的分量，即，E设计=E2cosα，其中α为设桩处滑动面的倾角。4滑体及滑坡力学性能以三峡库区湖北省巴东县东嚷口镇宋家屋场II号滑坡为例说明以上方法的具体应用。该滑坡为一凹型缓坡。平面呈舌形，前缘高程约80～110m，宽约300m；后缘高程约330～350m，宽约200m；纵长约520m，面积约0.13km2。滑体最大厚度达到30m以上，平均厚度约23m，体积约300×104m3。滑坡体坡面呈阶梯状，总体坡角约28°，近前缘形成35°～40°的陡坡。下游滑体由T2b4,T2b3的碎裂岩和Qcol+dl碎石土组成。表层为厚约2～3m的Qcol+dl崩坡积碎石土。在滑坡的后半部分，滑体物质主要为崩坡积碎石土组成。据滑坡区特征分析，选择II-II′剖面为计算剖面，其网格剖分图见图5。根据剩余推力法计算结果可知，在自重+175m水位+暴雨作用下，II号滑坡的稳定性系数为1.05；在自重+175m水位+暴雨+地震力下，II号滑坡的稳定性系数为0.988。设计工况：自重+175m水位+暴雨，安全系数取1.15；校核工况，自重+175m水位+暴雨+地震力，安全系数fos取1.05。基本工况与控制设计工况推力曲线见图6。根据滑坡区工程地质条件分析、保护对象与施工难易程度，确定桩位高程为200m处，根据推力曲线，桩位于抗滑段；根据基本工况与控制设计工况推力曲线所确定的设计滑坡推力为2200kN/m；而根据目前工况与设计工况所确定的设计滑坡推力为1600kN/m；前者明显大于后者，可见利用《规范》法所确定的滑坡推力是不安全的。5在“实际抗滑”的概念同时进行探索通过以上分析可以得出以下结论：(1)在滑坡抗滑桩设计中，剩余下滑力曲线合理利用是设计是否合理的关键；(2)引入“形态抗滑”与“实际抗滑”的概念，对于进一步认识滑坡的抗滑段与抗滑桩桩位的确定是十分重要的；(3)引入“基准工