摘要：針對山區(qū)公路某路段路基邊坡極易發(fā)生滑坡險情的地質概況，需要采用抗滑樁對路基邊坡進行應急搶修。為了選擇適宜的抗滑樁，對矩形抗滑樁和圓形抗滑樁進行受力分析對比、土拱效應比較和配筋計算，最終選擇使用圓形抗滑樁進行該路段路基邊坡的應急搶修治理，有效解決了該路段路基面臨的滑坡問題。

關鍵詞：抗滑樁；路基邊坡；應急搶修；配筋

0 引言

抗滑樁作為一種支擋結構經常應用于公路路基滑坡治理中，由于處治效果好、布置靈活、適應性強等優(yōu)點而被廣泛應用。現階段，在路基滑坡治理中多采用矩形抗滑樁，其理論計算和設計方法較為成熟，而對于圓形抗滑樁的研究較少。為此，本文結合工程實例對矩形抗滑樁和圓形抗滑樁進行多方面比較，對選擇適合工程項目的抗滑樁治理方案具有重要意義。

1 工程概況

某山區(qū)公路樁號為ZK79+240～ZK79+324路段，其路基東側山體地形起伏較大，邊坡坡率為15～23°，場地高程為40～100m。根據地質勘察結果得知，該路段地質條件主要指標自上而下為1層含角礫粉質黏土、1層粉質黏土、2層含黏性土碎石、3層黏土。土層分布及其參數見表1。表1中：c為直剪（快剪）黏聚力；c1為飽和狀態(tài)下的直剪（快剪）黏聚力；Φ為直剪（快剪）內摩擦角；Φ1為飽和狀態(tài)下的直剪（快剪）內摩擦角。

根據鉆探資料和現場測繪資料分析，該山區(qū)公路路基可滑坡面積為3765m2。該路基邊坡下部巖石較堅硬，覆蓋層厚度為3.4～9.5m。由于東側路基邊坡較陡，在強降雨等誘發(fā)因素的作用下，東側邊坡將會向西側移動，極有可能產生邊坡土體淺層滑坡。按照邊坡上部土體完全滑移的最不利條件，計算其橫斷面坡積體面積為1191.70m2，兩翼面積按照附近鉆孔揭示厚度（左側為3.4m，右側為3.5m）計算，坡積體寬度為47.80m，則整個可崩塌土體的體積為52586m3。因此在雨季來臨之前，需要采用抗滑樁對東側邊坡進行應急搶修。

2 抗滑樁選型

2.1 抗滑樁選型方法

樁體結構的抗彎能力取決于慣性矩的大小，一般情況下，抗彎截面模量與截面高度相關，截面積分布在遠離中心軸的部位，有利于提高抗滑樁抗彎截面模量，從而獲得更大的抗彎能力。該路段可采用矩形截面抗滑樁或者圓形截面抗滑樁，而采用哪一種抗滑樁進行應急搶修，需根據《建筑地基基礎設計規(guī)范（GB 50007—2011）》

（以下簡稱規(guī)范）并參考其受力情況來決定。

2.2 兩種抗滑樁受力分析

2.2.1 兩種截面的慣性矩

設矩形截面抗滑樁與圓形截面抗滑樁的截面積相同，則矩形截面抗滑樁tkC1AwJI2JXijWP5oKjVnoHs+GVKjJAtk4wNfozhiCU=的慣性矩計算公式為：

（1）

式（1）中：I矩形為矩形截面抗滑樁的慣性矩；b為矩形截面的寬度；h為矩形截面的高度。

圓形截面抗滑樁的慣性矩計算公式為：

（2）

式（2）中：I圓形為圓形截面抗滑樁的慣性矩；d為圓形截面抗滑樁的直徑。

2.2.2 兩種截面的最大應力

兩種截面最大應力計算公式為：

（3）

式（3）中：σmax為兩種截面最大應力；M為橫截面的彎矩；W為抗彎截面系數。

2.2.3 抗彎截面系數

當設定矩形截面抗滑樁與圓形截面抗滑樁的樁體截面最大應力相等時，其抗彎截面系數計算公式如下：

（4）

式（4）中：W矩形為矩形截面抗彎截面系數；W矩形為圓形截面抗彎截面系數。

2.2.4 截面積相等且形狀固定的抗彎截面系數

將矩形抗滑樁的截面積設為常用的b×h尺寸即2m×3m，則相同截面積的圓形抗滑樁的直徑尺寸d為2.8m，分別計算其抗彎截面系數。截面積相等且形狀固定的抗彎截面系數計算結果如表2所示。

由表2可知，面積相等的兩種截面，其抗彎截面系數不同。2m×3m矩形抗滑樁截面抗彎能力比圓形抗滑樁增加了約50%。在矩形截面積b×h與圓形截面積πd2/4相等的條件下，將矩形截面積b×h代入公式（4），其計算結果可將公式（4）轉變?yōu)楣剑?）：

（5）

2.2.5 截面積相等而形狀不同的抗彎截面系數

當矩形抗滑樁采用不同形狀時，抗彎截面系數計算結果如表3所示。由表3可知，在相同截面積的情況下，矩形抗滑樁與圓形抗滑樁相比，增加的抗彎能力基本上與其自身的截面高寬比相近，但在設計時不能片面追求抗彎截面系數而采用很大的寬高比，這樣會造成因樁體截面寬高比過大而失穩(wěn)，應以規(guī)范中給出1.5～1.8為適宜。另一方面，圓形抗滑樁的抗彎受力性能只有矩形抗滑樁的63%～70%左右，再加上配筋時圓形截面很難將受拉鋼筋都分布在遠離中心軸側，實際抗彎能力會更低一些。

2.3 兩種抗滑樁土拱效應比較

2.3.1 圓形抗滑樁樁間土拱效應

在滑坡推力的作用下，由于樁間土體和樁后土體由于不均勻變形的存在，造成應力重新分布現象，從而導致應力從土體向抗滑樁的轉移，這種現象就叫做土拱效應。圓形抗滑樁由于迎土弧面棱角性差，在滑坡體向其移動時，土體發(fā)生繞樁移動現象，較難形成具有較大承載力的土拱，導致下滑力不能轉化為有效的滑坡推力。圓形抗滑樁樁間土拱效應示意如圖1所示。

2.3.2 矩形抗滑樁樁間土拱效應

矩形抗滑樁由于棱角性強，整個迎土面都可以參與形成承壓拱腳，土體不易發(fā)生繞流，樁間土體不能移動，從而被擠壓向上鼓起，使得土拱更高、拱腳處的土體強度更強。與圓形抗滑樁相比，可以將更多的滑坡推力轉化到抗滑樁上。同時隨著樁間土體位移增多，土拱效應轉變?yōu)槟Σ镣凉笆芰r，圓形抗滑樁只能沿著樁側滑動很短的距離，其拱跨一旦超過樁間凈距，就會徹底失效。因此，矩形抗滑樁可以更為有效地抵抗滑坡推力。矩形抗滑樁樁間土拱效應示意如圖2所示。

2.3.3 土拱效應比較結果

土拱效應的形成主要和樁間距大小、接觸面形狀、土體性質以及土體蠕變等因素有關。樁間距的大小是影響土拱效應最主要的因素。圓形抗滑樁本身土拱效應較差，為能夠更好地抵抗滑坡推力，需要采用較小的樁間距，由此增加了抗滑樁數量，經濟效益降低。圓形抗滑樁的樁間土容易被擠出，難以形成土拱效應，目前其抗滑效果還沒有得到業(yè)界的統一認可。但是在某些工況下采用抗滑樁結合擋板設計，可以在一定程度上解決圓形抗滑樁土拱效應不足的問題。

2.4 兩種抗滑樁配筋

對于矩形抗滑樁，可以將主要的鋼筋布置在受拉區(qū)一側，受壓區(qū)則按照構造配筋，充分利用鋼筋的抗拉和混凝土的抗壓性能。而圓形抗滑樁若采用均勻配筋，在受壓區(qū)或者靠近中心軸的鋼筋都不能有效地發(fā)揮鋼筋的受拉性能，只有縱向受拉區(qū)才能充分發(fā)揮鋼筋受拉性能。圓形抗滑樁鋼筋的受拉區(qū)范圍常用取值為120°。受拉鋼筋分布范圍較窄，平均受拉鋼筋合力點至中性軸的距離比矩形抗滑樁更近，力臂更短，提供的抗彎能力更差。為了滿足受力要求，勢必需要增大樁徑，增配更多鋼筋，造成工程造價的提高。

2.5 抗滑樁選用

綜合以上的分析結果可知，矩形抗滑樁受力狀況、土拱效應、配筋合理等方面比較具有優(yōu)勢。但是矩形抗滑樁需要采用人工挖孔進行樁基施工，其施工速度慢、工期長，易發(fā)生安全事故。特別是在地下水豐富的地段，采用人工挖孔之前需要實施井點降水，其施工周期更長、安全隱患更為突出。而采用圓形抗滑樁，可實施機械成孔，其施工效率高、成孔質量高、安全性能優(yōu)，更適合邊坡應急搶修施工。在采取有效措施克服其與矩形抗滑樁在受力狀況、土拱效應、配筋等方面不足之后，完全可以用于該山區(qū)公路路基滑坡的應急搶修治理施工。因此決定通過優(yōu)化設計，采用圓形抗滑樁。

3 圓形抗滑樁的設計

3.1 總體設計

該路段滑坡面位于坡積體較陡上部K79+270處，按非正常工況Ⅰ下邊坡穩(wěn)定系數Fs等于1.20進行驗算，坡腳部位仍約有789kN/m下滑推力。該路段剩余下滑力較大，基巖面埋深總體較淺、滑體寬度較窄，考慮采用抗滑樁方案。綜合施工進度和安全性考慮，采用直徑2m的圓形抗滑樁，按梅花形布置，樁間距為4.5m，樁長在15～20m之間，如圖3所示。上部坡積體設置圓形抗滑樁后，在非正常工況Ⅰ土體飽和狀態(tài)時，邊坡最不利滑動面總下滑力等于1378.8kN，抗滑力等于1668.4kN，邊坡穩(wěn)定系數Fs為1.21，滿足規(guī)范要求。

3.2 配筋設計

該設計的滑坡方向明確，采用非均勻配筋，受力更為合理，且節(jié)約造價。利用巖土理正軟件計算，非均勻配筋受拉區(qū)范圍取常用的120°角，受壓區(qū)取90°角，其他區(qū)域位置為構造配筋。受拉區(qū)配置直徑為32mm的鋼筋，采用內箍加筋的方式，3根為1束，共11束33根；受壓區(qū)配置直徑為32mm的鋼筋，2根為1束，共7束14根；其他采用直徑為28mm的鋼筋。與矩形抗滑樁不同，圓形抗滑樁在受壓側也會配置較多的鋼筋，是為了充分利用受壓區(qū)鋼筋的抗壓作用，減少受拉區(qū)截面承載力。圓形抗滑樁截面配筋如圖4所示。

4 結束語

通過本文分析可知，矩形抗滑樁的優(yōu)點表現為剛度大、抗彎能力強、可承受較大的滑坡推力，其缺點主要是人工挖孔速度慢、工期長、易發(fā)生安全事故；圓形抗滑樁的優(yōu)點主要表現為機械成孔效率高、質量好、施工過程安全可靠，其缺點主要是在剛度、抗彎能力強和承受的滑坡推力等方面不如矩形抗滑樁。因此在選擇抗滑樁種類時，應結合工程施工的具體情況選擇更為合適的抗滑樁，并通過揚長避短措施達到預期的抗滑樁施工效果。

參考文獻

[1] 李德宏，張學，魏少偉.圓形錨索抗滑樁在滑坡治理中的應用[J].鐵道建筑，2018（1）：125-127.

[2] 司光武.矩形與圓形截面抗滑樁離心模型試驗及顆粒流數值模擬研究[D].成都：西南交通大學，2017：42-45.

[3] 熊良宵，李天斌.土拱效應在抗滑樁工程中的應用[J].防災減災工程學報，2004（3）：275-277.

[4] 歐陽秋焱.圓形抗滑樁在某高速公路滑坡治理中的應用[J].交通科技，2014（4）：94-95.

[5] 張秀寶.雙排抗滑圓樁在某高速公路滑坡治理中的應用[J].黑龍江交通科技，2017（7）：18-19.

[6] 李德宏，張學，魏少偉.圓形錨索抗滑樁在滑坡治理中的應用[J].鐵道建筑，2018，58（1）：125-128.

[7] 龔曉星，陳延偉，舒海明.西部某滑坡的治理及圓形抗滑樁的運用[J].福建交通科技，2015（3）：6-8.

[8] 劉鵬輝.圓形抗滑樁在滑坡治理中的應用研究[J].西部資源，2021（3）：128-130.