公路滑坡防治技术及抗滑桩设计应用论文_王永超

摘要:本文分析了公路滑坡的影响因素,发生滑坡究其根源,主要涉及滑动体、滑动面、外部荷载、水等。对公路滑坡的处理,一般采用“以防为主、防治结合”的原则,笔者结合滑坡影响因素对滑坡治理措施进行了归纳总结。公路修建时,破坏了原有的平衡,治理滑坡就是为滑动体找到新的平衡。抗滑桩作为滑坡治理的重要措施,抗滑能力强、圬工数量小、桩位灵活、施工方便、设备简单、对外界干扰小,可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位,可以单独使用,也可与其他构筑物配合使用的特点。同时通过开挖抗滑桩桩孔,可校核地质情况,及时修正原设计方案。本文通过受力分析并总结以往抗滑桩计算经验,阐述了抗滑桩受力计算方式,通过治理滑坡实例详细说明抗滑桩的设计及计算过程,为滑坡治理提供定量依据。同时在滑坡治理施工过程中及竣工投入使用后,均应重视工程监测工作,监测的目的是为了了解滑坡在施工期间和运行期间的变形活动特征,验证钻孔揭露的滑带位置是否可靠,监测采用抗滑桩治理后加固效果,以便为进一步研究滑坡的成因机制、探讨治理设计方案的合理性及为竣工后施工质量的检验提供参考依据,保证加固后的稳定性和安全性。

关键词:滑坡;影响因素;抗滑桩;设计计算;监测

一、公路滑坡防治技术概述

1、公路滑坡分析

公路滑坡是指公路及其沿线两侧不稳定的土体或岩体在重力及其外力作用下,沿一定的滑动面整体向下滑动的物理地质现象,它是山岭重丘区公路经常遇到的一种自然灾害,滑坡一旦发生,会给公路及其沿线造成严重损坏,同时会给公路沿线居民、单位等造成诸多不便,甚至造成生命、财产的巨大损失。

作用于滑坡的因素可分为自然因素和人为因素,也可分为长期作用因素、短期作用因素和周期性作用因素,但就其对形成滑坡的作用来说,一是改变坡体的应力状态,增大坡脚应力和滑带土的剪应力(即下滑力)的因素,如河流冲刷、开挖坡脚、坡上加载等改变坡形的因素;二是改变滑带土的性状减小抗滑阻力的因素,如地表水下渗、地下水位变化、水库水位升降、灌溉水和生产生活用水下渗、潜蚀和溶蚀作用等降低滑带土强度的因素;三是既增加下滑力又减小抗滑力甚至造成滑带土结构破坏(如液化)的因素,如地震和爆破震动等。总之,其作用既有力学作用,还有物理化学作用,还有作用的时间过程,进行综合动态分析是必要的。

对公路滑坡的处理,一般采用“以防为主、防治结合”的原则。首先,在勘测设计进行选线时,要对公路沿线的地形、地貌、水文、地质等情况进行详细的调查研究,查阅历史资料,尽量避开滑坡地段。

对已经发生的滑坡应及时采取有效措施进行处治,一方面派专人进行跟踪、观察,另一方面认真研究发生滑坡的原因,确定滑坡的类型、特征和规模,特别是弄清它的发展趋势,结合公路现状、交通条件、施工技术水平以及其他各种相关情况综合考虑,尽快确定抢修、治理方案。

2、主要的防治措施

在选择防治措施时,首先要查清滑坡的地形、水文地质等条件,分析滑坡的性质及其所属的发展阶段,了解滑坡产生的原因,以便对症下药。

对性质复杂、规模较大、可预知的滑坡,因其工程量大、技术复杂应尽量绕避;对规模较小、较易处理的中小型滑坡,一般情况下不必绕避,应注意调整路线平面位置,要采取有效措施及时处理,力求做到工程量小、施工方便、经济合理,达到根治效果。

滑坡的治理措施,通常采用排水、卸载或加载、设置支挡结构、改良滑带土体等。

(1)排水

排水是排除地表水和疏干地下水。

在滑动体上方和两侧,按照汇水面积以及降雨情况,结合地形地貌设置一道或多道截水沟,使地表水全部汇入截水沟,再设置排水沟将水引至路基边沟或其他远离滑坡体的排水沟将水排走。

在滑动体范围内,也就是滑坡体上布置树状排水沟,使其主沟与滑动方向一致,以免滑坡体滑动时使水沟破裂,造成水量集中下渗,使地表水进入或渗入滑动体内。

对于水沟跨越裂缝时,可采用搭叠形渡槽引过。为防止漏水,排水沟和截水沟下部要进行夯实,特殊地段还要设置垫层等进行处理,上部流水部分要用砂浆抹面处理,纵坡要既保证排水,又不能造成冲刷。

对于滑动体内部地下水丰富且层次较多时,通常采用设置盲沟来疏导、引流。当滑坡体上方有地下水时,要在垂直于地下水流的方向设置截水盲沟,将地下水引向滑坡体两侧排走。盲沟宽度和深度要视地下水或滑动面深度而定,须设置于地下水层之中,其基底必须设置在滑动面之下的稳定土层之上。

(2)卸载或加载

这种措施主要是消减推动滑坡产生区的物质和增加防治滑坡产生的物质,通常所谓的砍头压脚;即减小边坡的总坡度。这种方法是经济有效的防治滑坡措施,技术上简单易行且对滑坡体防治效果好,所以取得了广泛的应用并积累了丰富的经验。贴别是对厚度大、主滑段和牵引段滑面较陡的滑坡体,其治理效果更加明显。对其合理应用则需先准确确定主滑段位置、牵引段位置、和抗滑段位置。

(3)支挡

支挡就是修建支挡建筑物,改善滑坡体的力学平衡条件,提高滑动体的抗滑阻力。

(1)抗滑挡墙

在滑坡底部修建抗滑挡墙是常用的滑坡治理方法。挡墙可以用砌石、混凝土以及钢筋混凝土结构。临时性加固时也可采用石笼挡墙。修建挡墙可以适当提高滑坡的整体安全性,有效防止坡脚的局部崩坍,以免不断恶化边坡条件。但对于大型滑坡,由于受到工程量及高度的限制,滑坡的防治效果往往不大。

(2)抗滑桩

抗滑桩是一种被实践证明效果较好的滑体加固方式。对一些中、深层滑坡可以采用抗滑桩,抗滑桩在在滑坡体上挖孔设桩,不会因施工破坏其整体稳定。桩身嵌入滑动面以下的稳定地层中,借以平衡滑坡体的下滑力。特别需要指出的是抗滑桩能迅速、安全、经济地解决一些比较困难的工程,因此发展较快。

(3)锚固法

锚固法是指用预应力锚索或锚杆来加固滑体的一种方法,具有主动受力、施工简便、工期短、成本低等优点。锚杆加固多用于辅助工程,配合其它措施治理滑体,其中预应力锚索,多用于岩层滑坡。

(4)改良滑带土体

土质改良法是指通过改善滑体土的性质,使之坚固以达到稳定滑体的目的。目前该方法国内较少应用,其主要有电渗法、焙烧法、动力固结法、爆破法和化学加固法等。

总之,滑坡是具有滑动条件的斜坡在多种因素综合作用下的结果,但对某一特定滑坡总有一或两个因素对滑坡的发生起控制作用,我们称它为主控因子,在滑坡防治中应着力找出主控因子及其作用的机制和变化幅度,并采取主要工程措施消除或控制其作用以稳定滑坡,对其他因素则采取一般性措施达到综合性治理的目的,如地下水作用引起者以地下截排水工程为主,因削弱坡体支撑力引起者则以恢复和加强支挡工程为主。

二、抗滑桩设计应用

1、抗滑桩特点

抗滑桩是防止地表岩土体发生滑动破坏(滑坡)的一种地下结构。设于滑坡的适当部位,一般完全埋置于地下(有时也露出地面),桩的下段须埋置在滑动面以下稳定地层的一定深度。

在滑坡推力作用下,桩依靠埋入滑面以下部分的锚固作用,以及桩前滑面以上滑体的被动抗力来维持稳定。它是一种侧向受荷桩。

抗滑桩的优点:

①抗滑能力大,圬工数量少;在滑坡推力大、滑动面深的情况下,较其他抗滑工程经济有效。

②桩位灵活,可以设在滑动体中最有利于抗滑的部位,可单独使用,也可与其他结构物配合使用,分排设置时,能将巨大的滑动体切割成若干分散的单元体,对滑坡起到分而治之的功效。

③挖孔抗滑桩可以根据弯矩沿桩长合理布设钢筋,因此较打入的管桩要经济。

④施工方便,设备简单,具有工程进度快,施工质量好,较安全等优点。施工时可间隔开挖,不致引起滑坡条件的恶化。其对治理已通车路线上的滑坡和处在缓慢滑动阶段的滑坡特别有利。

⑤开挖桩孔能校核地质情况,检验和修改原有的设计,使其更符合实际。

2、抗滑桩的受力分析及桩的设计计算

抗滑桩承受的外荷载,主要是作用在桩后的横向滑坡推力(有地下水时,计入孑L隙水压力),其次是桩前土体抗力,一般情况下,在桩前土体剩余抗滑力,被动土压力或弹性抗力中选择小者。通常将桩后滑面以上的滑坡推力当作外荷载,滑面以下桩前后及滑面以上桩前土体产生的弹性抗力当作内力考虑;桩前滑面以上滑体若有可能向下滑动,则桩以悬臂桩进行计算。

抗滑桩的设计计算中首先应弄清滑坡的原因、性质、范围、厚度,分析滑坡的稳定状态和发展趋势,根据滑坡的横断面及滑动面所处的岩、土的抗剪强度指标计算下滑力,然后根据地形及地质条件确定桩的位置和范围,拟定桩长,锚固深度、截面积和桩间距。根据桩的设计宽度,并根据滑体的地层性质,选定地基系数,并判断按照刚性桩和弹性桩来设计,根据桩的边界条件计算桩各截面的内力和侧壁应力,并计算最大剪应力、弯矩及其部位,校核地基强度,判断是否满足要求。根据最终计算结果绘制剪力图和弯矩图,并进行配筋设计。

3、工程实例

西藏山南地区G560项目K202处滑坡,根据野外调查和地质钻探表明,该路段边坡顶原地面自然坡率为1:3,坡长约70 m,厚度为10m左右的的覆盖层土质为碎石土和巨大坚硬的砂岩孤石,下层岩性为页岩、泥岩。

砂岩、板岩,岩层倾角30-38度。主轴断面如图1-1所示,滑体为碎石土堆积层,=19 kN/m,C=5 kpa,滑床为风化严重的页岩、泥岩(可看为密实土层),=21 kN/m,=42o,C2=0。路线无法绕避此处滑坡,滑坡下部,滑面较缓、下滑力较小或系阻滑段,常能提供一定的桩前抗力,是设桩的较好位置。因此在距离第三第四滑块交界处右方5m设置抗滑桩治理滑坡。

锚固段内力及变位计算:

1.滑面至旋转中心的距离

论文作者:王永超

论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期

论文发表时间:2019/1/17

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