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双排抗滑桩滑坡推力分配影响因素分析

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Journal of Engineering Geology 工程地质学报 1004—9665/201 1/19(3)-0359-05 双排抗滑桩滑坡推力分配影响因素分析 祁 斌① 常 波② 吴益平② (①煤田地质局156煤田地质勘探队乌鲁木齐(②中国地质大学工程学院摘武汉430074) 830009) 要 以作用形式较为简单的双排悬臂抗滑桩(:未带连梁)为模型并基于结构力学位移法得出的双排桩滑坡推力传递分配 计算公式为基础,结合推力较大的红石包滑坡作为工程实例,分别分析了双排桩净排距,前后排桩的截面尺寸和桩间土弹性 模量对推力传递分配的影响,得出了以下结论:(1)当增大后排桩的刚度或减小前排桩的刚度时,桩土相互挤压作用越小, A:/A。随之减小,反之 : 。增大。(2)增大排距6时,A 减小,A 在b=3~lOm时逐渐减小,但是变化幅度不大;在b=10 ~21m时,不断增大。(3)当增大桩间土弹性模量对, 增大。(4)随着前排桩截面高度的增大, 、A:逐渐增大;随着后排桩 滑坡双排抗滑桩推力分配影响因素 截面高度的增大,A 、A 逐渐减小。 关键词中图分类号:TU473 文献标识码:A ANALYSIS OF FACTORS AFFECTING DISTRIBUTIoN oF LANDSLIDE THRUST FoRCE FoR DoUBLE.RoW ANTI.SLIDE PILES QI Bin① CHANG Bo ̄ WU Yiping② (①156 Prospecting Team ofXingifang Bureau fCoa!oifeld Geology,Urumchi 830009) (( ̄Faculty f oEngineering,China University of eoGsciences,Wuhan 430074) Abstract This paper takes the basic form of double—row cantilever beam anti-slide piles without joist as the mode1. Based on structural analysis theory,it presents the equations for calculating the transferring push force and the dis— tribution between the double—row piles..It further uses the Hongshibao landslide as a case study for analyzing the double—row pile static row spacing,the section size of back and front piles,and the soil elasticity modulus between piles.It examines their influences to the thrust force distribution.Conclusions from the examination are obtained as follows:(1)When either the rigidity of the back pile increases or the rigidity of the rfont piles decreases,the extru— sion interacting force between the soil and the two-row piles decreases,A2/A 1 decreases along with it.Otherwise A2/,4】increases.(2)When the row distance b increases,Al decreases,A2 decreases gradually when b=3 to 10m;A2 increases when b=10 to 21 m.(3)When increases the elasticity coeficifent between piles,A2 increases.(4)Along with the increases of the section high of the front piles,both Al and A2 increases gradually;along with the increases of the section high of the back piles,both A1 and A2 decreases gradually. Key words Landslide,Double—rOW anti—slide piles,Distribution of landslide thrust force,Affect factors {收稿日期:2009—10—26;收到修改稿日期:2010-01—27. 第一作者简介:祁斌,地质工程专业.Email:raomiao-123@163.com 360 Journal ofEngineering Geology工程地质学报2011 结合红石包滑坡工程实际情况,选影响库岸稳 1 引 言 滑坡是一种多发的又常能造成极大危害的斜坡 地质灾害…。在国内外工程实践和理论研究中,单 排抗滑桩作为一种有效的工程措施,在边坡加固工 程、滑坡地质灾害防治中得到了广泛应用并取得了 很好的效果。但对于大型滑坡,普通单排抗滑桩可 定的深部软弱滑动带以上的滑坡体为治理设计的主 要对象。 基于传递系数法计算滑坡剩余推力和滑坡稳定 性,计算参数及剖面见表1和图1,得出在“175m库 水位+饱和地下水(暴雨)”工况下,滑坡稳定性系数 为0.86,综合考虑滑坡剩余推力曲线和地形构造及 现有支挡工程,确定在沿江大道靠山侧的第一级现 能需采用过大的桩截面,而且经常无法满足抗滑力 的要求,而双排桩具有刚度大、变形小、稳定性好、费 用低、不用设置横向支撑、挡土结构受力条件好等优 点,在滑坡治理工程实践中已有应用。 谭永坚,何颐华 作了室内基坑双排桩模型试 验;王湛、刘冰花 针对前、后排桩间土对结构的作 用较难确定的问题,提出新的计算模型,即将前、后 排桩及桩间土视为一个整体,前排桩受主动土压力, 后排桩受被动土压力,并进行桩一接触面一土的非 线性分析;刘鸿 建立了双排抗滑桩计算模型,应 用弹性理论及结构力学中的位移法,得出了桩、土水 平位移的计算公式,再应用桩一土之间的变形协调 条件,得到了滑坡推力在前排桩及后排桩上所产生 的作用力的计算公式;刘小丽 ’ 在按照压力法分 析双排抗滑桩时,建立了2种地基模型,同时也建立 了对应的2种抗滑桩计算模型。 双排桩由于受力复杂,滑坡推力如何在双排桩 前后排桩之问的传递分配问题,即双排桩前后排桩 按如何比例“分担”滑坡推力,从而使前后排单桩均 能以合理的截面尺寸进行设计计算,此为双排抗滑 桩设计计算的核心问题之一。因此,有必要对滑坡 推力在双排桩之间的传递分配的影响因素进行探 讨,为工程设计提供参考和依据。 以滑坡推力较大的三峡库区红石包滑坡为例, 对滑坡推力在双排桩前后排桩之间的传递分配的影 响因素进行了分析探讨。 2 三峡库区红石包滑坡工程地质条件 红石包滑坡区南北长约600m,南高北低,高程 270~70m,东西宽约500m;滑体平均厚度约为25~ 35m;潜在软弱滑动带以上的岩(土)体体积为 1760m 。斜坡坡度平均值为25。。地形地貌为台阶 式地貌。滑坡中前部有沿江公路穿过,公路临江侧 为较陡岸坡,多为崩坡积层覆盖,基岩出露在下 部 。 有挡土墙墙前为合理的设桩处,此处的剩余滑坡推 力为6000kN・m~。因剩余滑坡推力较大,所以采用 双排悬臂抗滑桩对滑坡进行治理设计计算。为便于 更直观的讨论双排桩推力传递分配的影响因素,采 用结构和布桩形式较为简单的未带连梁的双排桩作 为分析计算的模型。 表1 红石包滑坡稳定性计算基本参数表 Table 1 Stability parameter values of Hongshibao Landslide 基本参数 (潜在)滑面 节理面 Cd 22 O 滑 内聚力C/kPa 面 Cs 25 0 参 d l9.1 25 数 内摩擦角 (。) s 15.8 22 Cd 220 内聚力C/kPa C 180 滑 体 d 30 参 内摩擦角 (。) 25 数 Pa l9.7 密度p/kN・m Ps 20.2 图1稳定性计算剖面条分图 Fig.1 The section—slice profile of stability analysis 3基于结构力学位移法的双排桩推力 分配计算 滑坡的工程地质条件决定了滑坡推力和抗滑桩 桩前土体抗力的分布形势。并以此为基础建立了双 排抗滑桩的计算模型(图2)。假设滑面以上桩、桩 19(3) 祁斌等:双排抗滑桩滑坡推力分配影响因素分析 361  ●‘ p1 , r r I— 6 ^3 r ● ● 1 r _ LL——一 L一 一 A2 P P Al f : f : 』 : f : f : ●, f : 图2双排抗滑桩的计算模型 Fig.2 Calculation model of double—rOW anti—slide piles 问土等高;滑坡推力按矩形分布。 基于位移法和桩土变形协调方程,经分析求解, 得到滑坡推力传递分配的计算公式 , : 絮一( )( : )一  =嘉2E h一5 E 。h一4 E h一E古 tf3_-32 80), 3一 ) 鑫2E h一5 E h一4 E h+ 。击E t32 80 ㈩ 4影响因素分析 为使计算分析简单明了,设前排桩桩前被动土 压力为0。 4.1排距的影响 经初步预算,取抗滑桩悬臂段长度为27m,同排 一 + 桩桩间距L=6m,前、后排桩横截面尺寸相同,均为3 一 x3m,抗滑桩泊松比 =0.20,弹性模量E=2.8 10 MPa,土的泊松比为 =0.35,弹性模量E= 20MPa。由式(1)、(2),可得不同排距b(前后排桩 净排距)时桩一土作用力 、 的大小(表2,图3)。 表2不同排距时推力分配比例 Table 2 The thrust force distribut苇 ion proportion at different row space O.8 O.7 0.6 O.5 o.4 O3 O.2 O.1 O 图3推力分配与净排距b的关系 Fig.3 The relation of thrusting force distribution and net—row space b 4.2桩间土弹性模量的影响 取双排桩排距为16m,前后排桩的截面尺寸为 3x3m。其他参数与前同。可求出桩间土弹性模量 不同时滑坡推力的分配比例(表3,图4)。 362 表3桩间土弹性模量不同时推力分配比例 Table 3 The thrust fof_ce distirbution at different elastic modulus of soil between piles 图4推力分配与桩问土弹性模量的关系 Fig.4 The relation of thrust force distribution and soil’S elastic modulus between piles 4.3前、后排桩截面尺寸的影晌 取双排桩的排距为16m,悬臂段长度27m,桩、 土的材料参数相同。以双排桩前后排截面尺寸均为 3x3m为基准,逐步改变双排桩前后排桩截面的高 度和宽度,可得出不同截面尺寸组合时推力分配比 例情况(表4,表5和图5,图6)。 表4前排桩截面高度不同时推力分配比例 Table 4 The thrust distribution at diferent height of front pile’S section Journal ofEngineering Geology工程地质学报2011 表5后排桩截面高度不同时推力分配比例 Table 5 The thrust distirbution at diferent height of back pile’s section 理 图5 推力分配与前排桩截面高度h 的关系 Fig.5 The relation of thrust force distribution and front pile’S section height hl 图6推力分配与后排桩截面高度h 的关系 Fig.6 The relation of thrust force distribution and back pile’S section height h3 5双排抗滑桩设计计算 基于土拱理论计算并结合实际工程经验,确定 前、后排桩同排桩桩间距均为L=6m。基于滑坡推 力分配影响因素分析成果,确定前后排桩设计计算 参数:后排桩的截面尺寸采用3mx3m;前排桩的截 面尺寸采用2.5mx3m。桩底均按绞支端考虑。双 排桩排拒b=16m。由式(1)、(2)可得:A :1437 O 0 O O 0 0 O 0 8 7 6 5 4 3 2 1 O 19(3) 祁斌等:双排抗滑桩滑坡推力分配影响因素分析 363 昌 \ 鞴!l 蝗 嫩 椒 图7红石包滑坡Ⅲ——Ⅲ 剖面 Fig.7 III—m secton profiles of Hongshibao landslide 1.人工填土;2.残坡积;3.滑坡堆积;4.巴东组第三段含泥灰岩,泥灰岩;5.杂填土;6.碎块石及土;7.泥灰岩;8.含泥灰岩; 9.泥质粉砂岩;10.深层滑移软弱带及层间破碎夹层;11.断裂破碎带;12.强风化带底界限;13.地下水位;14.浆砌块石挡墙 kN・m~,A =2707kN・m~。以此进行单桩设计:后 排桩桩长41m,受荷段27m,嵌固段14m,M后 =参考文献 194839.5kN m,Q后 =25570.7kN, 后 = [1]徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京:中国铁道出版社,2001. Xu Bangdong.Analysis and prevention of landslide.Beijing:Chi- na Railway Publishing House,2001. 1699.4kPa;前排桩桩长39m,受荷段29m,嵌固段 10m, 前…=126389.6kN‘m,Q前…=225’22.1kN, 前 =1726.6kPa。 [2] 谭永坚,何颐华.黏性土中悬臂双排护坡桩的受力性能研究 [J].建筑科学,1993,(4):28~34. Tan Yongiian,He Yihua.The Mechanical Behavior of Cantilever Double—Row Revetment Piles in Clay;Building Science,1 993, 6结论 (4):28—34. [3]王湛,刘冰花.双排桩计算方法探讨[J].东北地震研究, 2001,(2):104~110. Wang Zhan.Liu Binghua.Research on calculation method for double—piles.Seismological Research of No ̄heast China,2001, (1)滑坡推力在双排抗滑桩之问的传递分配主 要是通过桩土的相互挤压作用来完成的,体现在前 后排桩的水平位移(挠度)的比较。当增大后排桩 的刚度或减小前排桩的刚度时,桩土相互挤压作用 越小, 随之减小,反之A: 增大。 (2)前后排桩的排距b在滑坡推力分配时的作 (2):104~110. [4]刘鸿.双排抗滑桩计算方法研究[D].西南交通大学硕士论 文,2007. Liu Hong.Investigation on double—row anti-sliding piles.South— west Jiaotong University Master Degree Thesis.2007. [5] 刘小丽.新型桩锚结构设计计算理论研究[D].西南交通大学 博士论文,2003. Liu Xiaoli.Study on designing and computing theory of new pattern 用举足轻重。增大排距b时,4 减小,4 在b=3~ 10m时逐渐减小,但是变化幅度不大;在b=10~ 21m时,不断增大。所以,合理选择排距对于双排桩 设计至关重要。 pile-anchor structures,Southwest Jiaotong University Doctor Degree Dissertation,2003. [6]邓夷明.双排抗滑桩抗滑机理的研究[D].西南交通大学硕士 论文,2008. Deng Yiming.Investigation on double—row anti—sliding piles. (3)桩间土弹性模量对后排桩与桩间土相互作 用力A 影响较大。当增大桩间土弹性模量时, 增大。因此,合理改良桩间土,使其弹性模量变大, Southwest Jiaotong University Master Degree Thesis,2008. [7] 赵克全,张丁山.巴东油库区红石包滑坡地质特征与整治 [J].资源环境与工程,2004,l8(3):46~49. Zhao Kequan,Zhang Dingshan.The geological character istics and treatment scheme of hongshibao landslide:Hubei Geology&Min- 可使双排桩的设计更为经济。 (4)前后排桩的截面尺寸对推力分配影响较 eral Resources.2004,18(3):46~49. [8] 铁道部第二勘测设计院.抗滑桩设计与计算[M].北京:中国 铁道出版社,1983. The second survey&design institute of Ministry of Railways.De— 大。具体表现为:随着前排桩截面高度的增大,A 、 A 逐渐增大;随着后排桩截面高度的增大, I1、A 逐 渐减小。 sin and calgculation of anti—slide piles.Beijing:China Railway Publishing House,1983. 

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