抗滑桩在南水北调高边坡加固工程中的应用

张文虎

（河北省南水北调工程建设管理局，石家庄 050035）

水工设计

抗滑桩在南水北调高边坡加固工程中的应用

张文虎

（河北省南水北调工程建设管理局，石家庄 050035）

抗滑桩作为加固滑坡体的一种有效措施，与其他抗滑工程如抗滑挡墙、锚杆等相比，其具有抗滑能力强、施工安全简便，并能进一步核实地质条件等突出优点，现已广泛应用于边坡工程中。通过介绍南水北调总干渠渠段滑坡情况、抗滑桩加固设计，为类似工程提供参考。

抗滑桩；滑坡；稳定分析

1 概况

1.1 工程概况

南水北调中线干线工程临城县段，总干渠设计流量220m3/s，加大流量240m3/s，过水断面采用梯形断面，按挖填类型分为全挖方、全填方、半挖半填3种断面型式。总干渠桩号146+700～147+200渠段为全挖方段，两侧边坡坡比为1∶1～1∶1.75，最大挖深35～38m。

该渠段地层上部黄土状壤土，下部全～弱风化砂岩或泥岩，属于土岩双层结构，以泥岩为主，岩层多倾向渠内或下游，揭露F1，F2，F3断层，节理裂隙发育，岩体较破碎，暴露后极易风化，强度较低。施工开挖工程量大，周期长，岩体未及时防护极易遭受降水、风化等外界条件破坏，导致总干渠左侧边坡稳定性降低，发生裂缝、滑塌及滑坡等边坡失稳现象。

1.2 滑坡情况

总干渠桩号146+700～147+200渠段两侧边坡共设五级马道，于2010年11月开始开挖，至2011年5月基本完成总干渠过水断面以上边坡开挖后，以泥岩为主的二级至四级马道之间左侧边坡开始出现裂缝。2011年主汛期过后，总干渠桩号146+940～147+445渠段左侧边坡现了多处滑坡，属浅层滑坡，多为降雨后产生，滑坡体厚度0.5～2m，左、右边界及后缘主要受两组节理面控制，滑动面则主要受岩层面控制。

2012年11月～2013年4月，随着过水断面的岩体开挖、挡土墙基础开挖及对局部影响施工的滑坡松散体的清理，总干渠桩号146+740～147+170渠段发生滑坡。

该塌滑体呈扇形分布，后缘裂缝长度达110m，两侧边界（垂直渠道方向）长度约50m。塌滑面为沿砂岩与泥岩交界处的断层破碎带滑动，产状约为105°～120°∠38°～41°，具上陡下缓的特征。滑轴基本为垂直渠道方向，倾向渠内，长度45m。在塌滑体下部可见明显滑动鼓丘。塌滑体后壁直立，破裂缘自二级至四级马道间呈不规则弧状分布，延伸长110m，后壁裂缝宽0.2～0.6m，深度5～10m。 封闭洼地宽1.0～5.0m，深度2m。在塌滑体的表面分布有数条纵向拉裂缝，形成多级滑动台阶，岩土体被分割呈多个不规则条块状，具有前倾趋势，裂缝上口张开宽度达1～2m。塌滑体的前缘边界已侵入渠道内侧，侵入宽度最大10m。

2 边坡加固方案布置

根据探槽及挡墙基础开挖揭露成果，通过在一级马道以上削方减载、岩质坡面挂网喷护、过水断面增加跳槽控制施工浆砌石挡土墙支护等措施，可以减少冲沟、浅层滑坡、泥砂岩崩解坡体卸荷变形可能性，但无法有效控制边坡深层滑动可能性。因此，根据相关工程经验，决定左侧边坡过水断面坡比保持1∶1不变，过水断面以上坡比由1∶1～1∶1.75调整为1∶2～1∶2.5，并在马道分级设置抗滑桩+挡土墙、锚杆框格梁等工程措施降低深层滑坡可能性。

2.1 抗滑桩布置原则

（1）抗滑桩布置以保持一级马道及以一级马道以下边坡稳定为主要目标，结合施工组织，抗滑桩在一级马道宽平台施工。

（2）结合现场浆砌石挡墙砌筑情况，参考滑坡推力线布置在一级马道靠近二级边坡坡脚。

（3）根据边坡稳定满足设计标准要求条件，对支护结构进行分析，抗滑桩按受弯构件设计应满足截面强度，一级马道抗滑桩+挡墙+渠底抗滑桩组合结构渠底框架体应满足压杆稳定要求。

（4）一级马道抗滑桩圆形截面桩径按不超过1.8m控制，一级马道布桩不超过两排，排距按桩截面宽度2～3倍确定。

（5）一级马道抗滑间距最小按2.5桩径控制，并参考硬塑粘土地层条件控制不大于6m。

2.2 抗滑桩布置

2.2.1 一级马道抗滑桩布置

桩号146+700～146+800左侧一级马道外侧脚处布置一排钢筋混凝土抗滑桩，桩径1800mm，桩长22m，顺渠向间距4.5m；桩号146+800～147+000布置两排抗滑桩，桩径1800mm，桩长25m，等边三角形布置，间距4.5m；桩号147+000～147+150布置一排抗滑桩，桩径1800mm，桩长25m，顺渠向间距4.5m。抗滑桩顶设2.8m×1.1m（或6.8m×1.1m）联系梁，并通过素混凝土结构与二级边坡坡面框格梁“无厚度”永久缝连接。

2.2.2 二级马道抗滑桩布置

为固定三级边坡坡面框格梁，在桩号146+700～147+200渠段二级马道外侧坡脚处布置一排抗滑桩，桩径400mm，桩长10m，间距2.5m，桩顶布置800mm×800mm联系梁。

2.3 边坡框格梁防护布置

二、三级边坡新增锚杆钢筋混凝土框格梁防护，锚杆长5，11m，直径32mm，全长粘结型，锚杆直径110mm，间距3.0m×1.6m（水平×竖向）。框格梁间坡面采用100mm厚挂网喷射混凝土护砌封闭坡面。

2.4 边坡排水布置

一级马道（不含）以上岩质坡面增加DN90PVCU排水管，排水管长20m，仰角10°，间距6m×3.2m（水平×竖向）。一级马道 （不含）以上岩质坡面原有DN50PVC-U排水管，排水管长5m，仰角10°，间距3m×1.6m（水平×竖向），喷射面原泄水管间距3m×1.6m（水平×竖向）。

典型断面边坡加固方案断面如图1。

图1 典型断面边坡加固方案断面

3 抗滑桩结构计算

3.1 抗滑桩结构布置分析方法

一级马道抗滑桩+挡墙支护组合结构计算基于刚体极限平衡法与弹性地基梁法，其中抗滑桩均按单排桩简化计算，计算简图如图2。需采用迭代法或试算法进行，具体步骤如下：

图2 一级马道抗滑桩+挡墙支护组合结构计算简图

（1）寻找不同滑面假定参数分布和无支护条件下单位长度设计断面最危险滑面和一级马道抗滑桩所在部位的剩余下滑力Pc×a，其中a为桩中沿纵向分布的等效中心间距。

（2）求解一级马道抗滑桩桩前被动土岩压力PK1。

（3）求解挡土墙墙背侧提供水平抗力T。

（4）坡体在水平抗力T作用下，不计一级马道抗滑桩支护，在已知最危险滑面抗剪强度参数，通过调整一级马道以上滑体滑面抗剪强度参数，使岩体处于极限平衡，即K=1.0，并保证对应墙背处岩体坡脚剩余下滑力不大于零，通过刚体极限平衡条件可知挡墙支护条件下的一级马道桩前岩体为桩体提供抗力PK1×a。

（5）桩前抗力取值PK×a，其中Pk=min（PK1，PK2），考虑滑坡体较密实刚度较大，滑坡体抗力按矩形分布，如图3。

图3 正常运用+地震K=1.1剩余下滑力曲线

（6）按图3计算一级马道抗滑桩，复核桩体稳定性；根据桩体内力对桩体进行结构配筋。

（7）调整参数a，重复进行以上步骤，直到形成较合理的布置方案。

3.2 边坡稳定分析

根据边坡地质情况，选取总干渠桩号146+850左边坡为典型断面进行稳定分析，不同计算工况下稳定分析成果如表1，各工况设计安全系数条件下剩余下滑力曲线如图3。

表1 典型断面既有滑面抗滑稳定安全系数

根据上述原则和典型断面不同工况稳定分析成果，拟定抗滑桩方案。通过传递系数法计算，坡脚考虑挡墙抗力条件下既有滑面各工况下滑力如表2。

表2 设计安全系数下既有滑面坡脚下滑力

采用公式PK1=0.5×tan（45+22/2）2×T×h21计算桩前被动土压力，利用内插一级马道抗滑桩布置方案下的下滑力及桩前抗力，抗滑桩布置方案设计要素成果如表3。

表3 抗滑桩计算要素成果

3.3 抗滑桩内力及配筋

一级抗滑桩以滑坡推力荷载，采用理正软件进行结构计算，典型断面既有滑面正常运用工况典型计算成果如图4。

图4 典型断面既有滑面桩身内力计算结果（1/2）

根据内力计算和配筋计算成果，最终选定抗滑桩配筋为纵向配筋25束1φ20+2φ28@200，配筋面积3.866万mm2，箍筋φ10@200，配筋面积785mm2/m。

按照上述方法计算一级马道以上边坡稳定安全系数刚好满足规范要求，但考虑边坡岩体极易风化崩解破碎，故二级马道抗滑桩结合锚杆框架梁布置构造要求设置，桩体按1%配筋率构造配筋，配筋选定为纵向钢筋4φ20，配筋面积1256mm2，箍筋φ6@200，配筋面积255mm2/m。

4 边坡加固施工边坡安全设计

本渠段左岸一级边坡挡墙浆砌石砌筑已完成，在此基础上进行边坡及挡墙稳定复核，增加一级马道抗滑桩加固。按饱和泥化条件长期强度选取抗剪强度参数较小，因此完建期边坡稳定复核安全系数小于1.0，但现场观测挡墙砌筑后边坡未发生较大变形基本稳定。为保证工程施工安全，按挡墙砌筑完成边坡处于临界稳定状态考虑，通过调整抗滑桩施工顺序来保证边坡施工期稳定。

施工时，滑坡区按桩距9m先施工墙后第一排抗滑桩，再按“隔桩跳打”施工抗滑桩。

5 结语

该渠段左侧边坡经采用抗滑桩加固后，已投入运行。经过近两年安全监测，数据未发现异常。未发生任何滑塌现象，边坡稳定，证明该渠段采用抗滑桩加固边坡方案是切实可行的，并可在类似工程实践中推广应用。

［1］胡庆安，夏永旭，赵子胜.抗滑桩滑坡治理工程数值模拟研究［J］.长安大学报：建筑与环境科学版，2003，20（4）：8-12.

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［5］周氏，章定国，钮新强.水工混凝土结构设计手册［K］.北京：中国水利水电出版社，1999.

The application of anti-slide piles in high slope reinforcement works of South-to-North Water Diversion Project

ZHANG Wen-hu
（Hebei Province Construction and Administration Bureau of South-to-North Water Diversion Project，Shijiazhuang 050035，China）

As an effective measure of reinforcing landslide-mass， anti-slide piles have great advantages over other countermeasures like retainin g walls and anchors，such as stronger anti sliding ability，easiear construction，and more convenient to check geological condition，which are widely used in slope engineering.According to the introduction of the landslide conditions and reinforced design of anti-slide piles of the main channel，this thesis provides a reference for similar projects.

anti-slide piles； landslide； stability analysis

TV5

B

1672-9900（2015）02-0024-04

2015-03-17

张文虎（1974-），男（汉族），河北曲阳人，高级工程师，主要从事南水北调工程建设管理工作，（Tel）13831160768。