浅谈设有冠梁的梅花形双排抗滑桩在欠稳定边坡中的应用

安宝平 肖锐

摘  要：研究发现常规的矩形抗滑桩人工成孔施工过程风险大，单排圆形抗滑桩又不能满足抗滑要求。基于此，本文以S11泾源（甘宁界）至华亭高速公路工程欠穩定边坡加固设计为例，将设有冠梁的梅花形双排抗滑桩作为加固方案，同时根据典型断面采用madis软件建模分析抗滑桩的应力应变、位移及内力分布情况。结果表明抗滑桩在最不利工况条件下桩顶位移满足规范要求。

关键词：边坡加固;双排抗滑桩;madis软件;建模分析

中图分类号：TU473.1     文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）06-0000-00

0 引言

S11泾源（甘宁界）至华亭高速公路是甘肃省省道规划18条联络线之一和宁夏“三环八射九联”高速公路网中的一联，是甘宁两省重要的省际高速公路联络线，也是六盘山地区、陕甘宁革命老区重要的扶贫路、红色旅游路，其属于国家《关于进一步贯彻落实“三大战略”发挥高速公路支撑引领作用的实施意见》打通地方高速公路省际通道项目，同时其在甘宁两省路网结构中占有重要作用。[A1]

1 工程概况及地质条件

1.1工程简介

该段落边坡地貌属黄土堆积侵蚀梁峁区，位于山前斜坡，地势开阔，地形起伏不平，席家梁山梁呈东南走向，挖方段落位于山梁东北倾向一侧斜坡，坡面呈台阶状，现开垦为耕地，场地内地面最大高程为1771m，最小高程为1688m，相对高差83m。

1.2工程地质条件

根据本次地质调绘、钻探等成果，边坡地层岩性为：

1. 第四系全新统坡积粉质粘土（Q）：褐黄色，稍湿，可塑，以粉粘粒为主，含少量砂，干强度高。

2. 上更新统冲积粉质粘土（Q）：褐黄色，稍湿，可塑，以粉粒为主，孔隙发育少，含少量砂，干强度高。

3. 上更新统冲积淤泥质土（Q）：灰黑色，稍湿-饱和，可塑，土质不均，以粉粒为主，孔隙发育少，岩芯呈短柱状，切面光滑，具腥臭味，干强度高，含腐殖质。淤泥质土具水平层理，层理间具黄褐色铁锰质矿物侵染现象。

（4）新近系砂质泥岩（N）：褐红色，泥质结构，层状构造，成岩性差，抗风化能力差，主要以粘土矿物为主，局部夹砂岩薄层。

2 边坡稳定性分析计算

2.1边坡体稳定性定性评价

该段边坡位于山前斜坡，地势开阔，地形起伏不平，席家梁山梁呈东南走向，挖方段落位于山梁东北倾向一侧斜坡，坡面呈台阶状，现开垦为耕地，边坡开挖后，形成新的临空面，坡脚失去阻力，利于边坡滑塌。地层岩性主要由坡积粉质黏土，含水量较大的冲积淤泥质土，基岩砂质泥岩组成。依据钻探、断面成果图，岩土界面角度25°，倾斜岩土界面使上部含水淤泥质土沿岩土界面或内部贯通结构面滑塌。

2.2计算方法

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）传递系数法进行计算。滑坡剩余下滑力计算公式如下：

2.3计算剖面及工况

结合该段欠稳定边坡实际情况，选定代表性断面，对潜在危险滑面进行稳定性验算，采用理正岩土软件中块体极限平衡法模块进行稳定性及下滑力验算。滑面根据钻孔揭露以及后缘裂缝及前缘剪出口位置确定采用折线型滑面。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）中滑坡稳定性分析要求，采用三种工况进行稳定性计算：正常工况、非正常工况Ⅰ、非正常工况II。

2.4计算参数分析选用

根据《公路工程抗震规范》（JTGB02-2013），稳定性计算中地震作用重要性修正系数取1.3，地震综合影响系数取0.25，水平地震系数取0.2。根据工程等级、欠稳定边坡危害性以及诱发因素，滑坡推力安全系数取值依据《公路路基设计规范》JTG D30-2015取值表，在正常工况下取1.25，非正常工况Ⅰ取1.15，在非正常工况II取1.15。

2.5计算参数取值

依据边坡现状，勘察土工试验数据，岩土体试验统计及反算参数得出各计算参数如表1所示。

2.6稳定性计算结果与评价

按上述计算工况及参数取值对滑坡稳定性分别进行了三种工况下的稳定性及剩余下滑力计算，计算结果如表2所示。

3 双排抗滑桩结构分析

3.1 计算荷载及组合

在进行欠稳定边坡稳定性及剩余下滑力分析时，应考虑使用年限内的永久作用、可变作用及偶然作用。各工况下荷载组合系数按《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）附录H的规定取值。

3.2 有限元模型分析

采用Midas/Civil建立抗滑桩有限元模型，共计104个节点、104个单元。抗滑桩底部约束平动自由度，桩长一定范围内设置节点弹性支撑模拟桩土共同作用，建立有限元模型。

3.3 静力分析

由表2三种工况换算得到抗滑桩所受土压力分布图，以梁单元连续荷载的方式分别施加于桩基上，计算得到双排抗滑桩的内力及变形情况如图1所示。由横向变形图可知，桩顶最大水平变形4.8cm，满足规范要求。

4 双排抗滑桩设计及应用

4.1 双排抗滑桩工程设计

根据midas建立的双排桩空间模型分析结果，对抗滑桩及冠梁按《混凝土结构设计规范》进行配筋设计，确保三种工况下的正截面抗弯承载能力与斜截面抗剪承载能力满足要求。

根据边坡工程地质情况，结合边坡现状，综合考虑边坡安全稳定性、环境保护、水土保持、工程造价等因素，经过定性分析和定量计算，对该段欠稳定边坡采用设有冠梁的梅花形双排抗滑桩进行加固。

根據该欠稳定边坡典型断面潜在滑面卸载后的下滑力，在K7+975～K8+060碎落台外侧设置品字形桩板墙，桩径2.0m，桩长24m，桩间距5m，桩后设置153块挡土板;第1、2、3、4、19、20、21、22根桩桩顶设置2m×1.5m一圈钢筋混凝土冠梁，第5、6、7、8、23、24、25、26根桩桩顶设置2m×1.5m一圈钢筋混凝土冠梁，第9、10、11、12、27、28、29、30根桩桩顶设置2m×1.5m一圈钢筋混凝土冠梁，第13、14、15、17、18、31、32、33、34、35根桩桩顶设置2m×1.5m一圈钢筋混凝土冠梁。

K7+993～K8+060右侧第二级边坡开挖坡率由1﹕1调整为1﹕1.5，第三级至第四级开挖坡率1﹕2.0;第二级挖方坡面设置框格梁防护，第三级与第四级边坡植草防护;K8+060～K8+083.724右侧第二级坡率由1﹕1.5渐变至1﹕1.0。

抗滑桩采用C30 钢筋混凝土现浇，桩顶冠梁采用C30 钢筋混凝土现浇，挡土板采用C30 钢筋混凝土预制。圆桩采用机械成桩，淤泥质土体范围内设置钢护筒，防止缩孔。挡土板背部铺设碎石排水层，中部预留泄水管排出背面，对施工原设计的仰斜排水孔结合坡面渗水点适当加密调整。桩板墙墙后外缘设平台截水沟，截水沟顶面须低于原地面15～20cm，使坡面汇集的水流快速排离，排入急流槽及桥涵构造物，并尽量减少水流渗入土体。

4.2施工过程设计

总体施工顺序：布设位移监测网→钢筋混凝土抗滑桩→挡土板→冠梁→完善防护截排水设施。桩板墙的施工顺序：测放桩位—桩位场地整平—桩井开挖→铺底混凝土→钢筋笼吊装→桩身混凝土浇筑。采取从滑坡体两侧逐渐向中间推进的施工工序，每间隔两孔及以上进行跳孔开挖桩井、浇筑施工，严禁坡脚一次性桩井开挖，防止切脚引起边坡失稳破坏。在施工前需先做好坡体临时防排水措施，避免降雨造成滑坡失稳破坏。

5 结语

抗滑桩在滑坡处治、顺层边坡及欠稳定边坡加固中应用越来越广泛，随着工程建设的高速发展，单排抗滑桩在处治一些剩余下滑力较大的滑坡时已不能满足桩体位移与内力分布的要求，同时部分滑坡采用常规的矩形抗滑桩施工风险较大。[A2] 本文将设有冠梁的梅花形双排抗滑桩引用到欠稳定边坡的治理中，并结合典型横断面选择标准单元进行建模分析，结果表明抗滑桩在最不利工况条件下桩顶位移满足规范要求同时桩身应力满足材料要求，为以后的项目建设提供了参考依据。

参考文献

[1]陈曦.双排抗滑桩滑坡推力计算方法研究[D].成都：西南交通大学，2010.

[2]肖世国，何洪.双排抗滑桩上滑坡推力近似解析方法[J].岩土力学，2015（2）：376-380.

[3]梅敏.斜坡积土双排抗滑桩受力特性及优化设计研究[J].公路工程，2015， 40（3）：181-184.

[4]熊治文，马辉，朱海东.全埋式双排抗滑桩的受力分布[J].路基工程，2002（3）：5-11.

[5]刘鸿.双排抗滑桩计算方法研究[D].成都：西南交通大学，2007.

收稿日期：2020-04-18

作者简介：安宝平（1988—），男，甘肃白银人，研究生，工程师，研究方向：公路工程。

On the Application of Plum-shaped Double-row Anti-slide Piles with Crown Beams in Under-stable Slopes

AN Baoping，XIAO Rui

（Gansu Transportation Planning Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Lanzhou  Gansu  730000）

Abstract：Taking the unstable slope reinforcement design of the S11 Jingyuan （Gan-ning boundary）-Huating highway project as an example， the conventional rectangular anti-slide piles are relatively risky in the artificial hole construction process， and the single-row circular anti-slide piles cannot meet the anti-slide requirement. Therefore， the quincunx double-row anti-slide piles with crown beams are used as the reinforcement plan. Meanwhile， the madis software is used to model and analyze the stress， strain， displacement and internal force distribution of the anti-slide piles according to the typical section.

Key words： slpoe reinforcement; double-row anti-slide piles;madis software;model and analyze