红黏土边坡滑坡治理中预制桩的应用分析.pdf

116交通科技与管理工程技术0引言近年来，随着工程科技的不断进步，公路工程建设取得显著成就，有效推动了经济发展。但由于公路工程线长面广、地质多变，施工中难免会遭遇红黏土等不良地质，工程特性较差，极易产生路基边坡滑坡病害。传统边坡滑坡治理通常采用现浇抗滑桩技术，不仅施工工艺复杂、工期长，并且会对原始土体造成破坏，存在较大局限性1-3。为此，该文结合实际工程案例，提出预制桩加固工艺，以期能有效提升红黏土边坡稳定性，达到预期边坡滑坡治理效果。1边坡土体基本物理力学性质该工程路基边坡滑坡区域分布大量红黏土，此类土体含水率高、孔隙比大、稳定性差。在滑坡段现场提取土样，根据现行土工试验检测技术规程相关规定实施力学性能检测4。对各土层土样实施直剪试验，得到各层土体在法向应力依次为 100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa 条件下，不同含水率下土体峰值强度剪应力与垂直压力关系曲线，具体如图 1 所示。图 1峰值强度剪应力与垂直压力关系曲线根据摩尔库伦理论公式（1）能够看出，土体抗剪强度与内摩擦角、黏聚力密切相关。相关研究显示，红黏土力学性能与土体含水率有关。=c+tan（1）式中，土体抗剪强度（kPa）；内摩擦角（）；c 黏聚力（kPa）；垂直压力（kPa）。通过直剪试验测得不同含水率条件下红黏土抗剪强度指标如表 1 所示。表 1不同含水率下抗剪强度指标序号含水率 w/%峰值强度c/kPa/0141.1041.7025.800242.4039.2024.200344.1030.1024.800444.7027.1026.800545.6026.2026.702滑坡稳定性分析现场测得该工程路堑边坡高 40 m，滑坡顶与边坡顶部高差为 26 m，滑坡滑动面近似于半径 41.6 m 圆弧，边坡破坏长度达 56 m。根据路堑边坡滑坡实际情况，构建有限元分析模型，按照含水率差异实施土层划分，构建1 1 边坡滑坡模型5，具体如图 2 所示。边坡滑坡会导致边坡滑动面产生剪切破坏，原始土体抗剪强度逐渐降低，但当其滑动位移小于强度下降临界状态时，始终认为未达到极限，土体抗剪强度仍旧能够按照表 1 中相关指标进行计算，并以此值对边坡滑坡稳定性实施计算，详细结果如表 2 所示。通过表2能够看出，该路基边坡现状安全系数为1.25，收稿日期：2023-08-14作者简介：崔世敏（1998）,男,本科,助理工程师,从事建筑工程工作。红黏土边坡滑坡治理中预制桩的应用分析崔世敏（山西省交通物流集团有限公司,山西 太原 030021）摘要公路工程建设中，路堑边坡开挖后遭受雨水侵蚀作用，土体自重显著增大，稳定性降低，极易产生边坡滑坡，尤其是红黏土边坡的含水率大、稳定性差、遇水易软化，边坡滑坡风险更高，严重影响公路建设及运营安全。鉴于此，文章依托某红黏土边坡滑坡治理工程实践，针对预制桩在红黏土路堑边坡滑坡治理中的应用展开综合探究，介绍了边坡土体基本物理力学特性，分析了边坡稳定状态，设计了抗滑桩加固的具体方案，通过桩身抗剪性能计算，得出桩身抗剪承载力，并通过桩位和桩间距优化分析，确定了最佳桩位与布设间距，显著提升边坡滑坡治理效果，具有重要的参考价值。关键词红黏土；边坡滑坡；稳定性分析；预制桩；抗滑桩中图分类号TU473.1文献标识码A文章编号2096-8949（2023）19-0116-032023 年第 4 卷第 19 期117交通科技与管理工程技术滑坡基本处于平衡状态。现场调查发现，该滑坡体后缘位置存在大量细小裂缝，若遇降雨天气，遇水渗透会显著增大滑坡自重，导致下滑力急剧增加，并且雨水沿表面裂缝进入滑动面，使内部土体软化，从而造成滑坡进一步恶化。由此可见，亟须对边坡实施加固处理。根据该工程滑坡实际情况，经综合研究决定，采用预制抗滑桩加固方案。图 2滑坡几何模型表 2边坡稳定性指标滑面下滑力总和 Fa/kN 下滑力矩Ma/(kNm)滑面抗滑力总 Fa/kN 抗滑力矩Mp/(kNm)安全系数Fs2 300.5395 706.612 617.48108 891.481.253治理方案3.1预制抗滑桩的设计预制抗滑桩选用预应力高强混凝土实心方桩，桩长20 m，桩体混凝土强度为 C80，轴心抗拉强度标准值 f1=3.11 MPa，桩体截面尺寸如图 3 所示，边长 B=600 mm，预应力筋布设位置 BP=505 mm。钢筋选用 35 级低松弛预应力螺旋钢棒，其规格为 12.6 mm，抗拉强度为 1 420 MPa，单桩共设 24 根，采用等间距布置。箍筋为冷拔低碳钢丝，规格为 6 mm，布设间距 100 mm，抗拉强度 320 MPa。为有效确保抗滑桩抗剪能力，通过焊接方式将箍筋均匀布设于钢棒外侧6。同时，为减小抗滑桩施工对周边土体的影响，可在抗滑桩底部设置密闭式桩尖。图 3桩身截面示意图3.2桩身抗剪性能计算按照现行预应力混凝土实心方桩设计规范的相关规定，桩体剪力设计标准值计算式如下：（2）式中，V 桩体剪力设计值；剪跨比，一般为=a/h，其中，a 集中荷载部位与支点之间的距离，通常取 1.0B，得到 1.5，此处取=1.5；ft 桩体抗拉强度设计值；b桩体截面宽；h0桩体有效高度；fyv 箍筋抗拉强度设计值；Asv 箍筋截面积；s箍筋间距；Np0 计算部位混凝土法向预应力为 0 时纵筋合力：Np0=p0Ap，当Np00.3fcA0时，取Np0=0.3fcA0，其中，fc 桩体抗压强度设计值；A0 换算面积；Ap预应力筋截面面积；p0 预应力筋合力位置混凝土法向应力为 0 时的预应力。按照公式（2）计算得到实心方桩剪力设计值，如表 3 所示。表 3剪力设计值计算结果桩型预应力配筋箍筋剪力设计值 V/kN YZH-B60024D12.60b62841.4303.3抗滑桩桩位优化分析路基边坡滑坡体各滑动面位置的下滑力和抗滑力存在显著差异7。当下滑力超过抗滑力时，便会导致滑坡进一步恶化，而通过设置抗滑桩能显著增强滑动面整体抗滑能力，使抗滑力高于下滑力，从而有效阻止边坡滑动；当抗滑力越大时，边坡安全系数越高，边坡更加稳定。由此可见，抗滑桩布设位置对边坡稳定性具有重要影响8。根据该滑坡实际情况，将滑坡体沿纵向平均分为七部分，抗滑桩布设间距为 3 m，桩体长度为 20 m，抗滑桩顶部与边坡临空面高度相同，抗滑桩布设形式如图 4 所示。图 4抗滑桩布置示意图对 GE05 抗滑桩实施受力分析，并增加一排抗滑桩，桩体截面为正方形，边长 0.6 m，抗滑承载力沿桩体均匀布置，抗滑力最大值为桩体剪力设计值 V=841.41 kN，抗滑力垂直于桩体设置，详细计算数据如表 4、图 5 所示。通过图 5 能够看出，桩位在 1631 m 范围内，边坡安全系数呈递增趋势，超过 31 m 后开始呈现下降趋势，因此最优桩位位于 31 m 位置处，该条件下的边坡安全系数为 1.280，相较于未加固前边坡安全系数 1.13，增加了13%。118交通科技与管理工程技术图 5桩位与安全系数关系曲线表 4边坡稳定性指标序号桩间距/m 边坡安全系数 Fs 0116.01.2300219.01.2400322.01.265 00425.01.2600528.01.2700631.01.2800734.01.2803.4桩间距优化分析按照公路工程相关施工技术规范，路基路堑边坡安全系数 Fs 1.3 的规定，必须对抗滑桩布设间距实施优化，以有效提升边坡稳定性9。以31 m位置作为最优桩位，依次计算 0.5 m、0.6 m、1 m、2 m、3 m、4 m、5 m、6 m桩间距工况下的边坡安全系数，详细结果如表 5、图 6所示。图 6桩间距与安全系数关系曲线表 5边坡稳定性指标序号桩间距/m 边坡安全系数Fs 010.501.94020.601.81031.01.55042.01.35053.01.28064.01.24075.01.22086.01.20通过图 6 能够看出：桩间距为 0.53 m 时，边坡安全系数呈下降趋势；桩间距为 36 m 时，随间距的不断增大，安全系数下降趋势逐渐变缓；由曲线可以看出，相关标准规定的安全系数不低于 1.3 对应的桩间距位于为 23 m 范围内10。因此，综合考虑经济性、安全性等各个方面，确定最优桩间距为 2.5 m。4结论综上所述，该文结合实际工程案例，对红黏土边坡滑坡治理中预制桩的应用进行综合探究，通过边坡稳定性分析，设计了抗滑桩加固方案，并通过数值模拟计算，确定了最佳施工参数，具体结论如下：（1）利用直剪试验，得到滑坡土体力学指标，并确定含水率对土体抗剪强度的影响。（2）通过边坡稳定性分析，确定抗滑桩加固方案，并借助数值模拟计算，验证了预制抗滑桩在红黏土边坡滑坡加固中的可行性。（3）通过对桩位、桩间距优化分析，确定了该工程滑坡加固抗滑桩最佳桩位为 31 m，布设间距为 2.5 m，取得了显著加固效果。参考文献1 闫贝贝,刘瑞栋,魏斌博,等.不稳定地质高边坡滑坡体抗滑桩施工技术 J.广东建材,2022(11):77-79+45.2 张颖,陈开圣,王磊,等.红黏土边坡防护技术研究 J.采矿技术,2021(2):49-53.3 曹军生,郝鹏举,李红,等.非洲高液限红黏土路堑边坡稳定性分析 J.公路交通科技(应用技术版),2020(6):161-164+171.4 陈雷,赵利奎,沙松.黏性土地段抗滑桩优化研究 C/贵州省岩石力学与工程学会,中国建筑学会工程勘察分会,中国水利学会勘测专业委员会,中国岩石力学与工程学会滑坡与工程边坡分会,北京华森启达企业管理咨询有限公司.第十二届全国边坡工程技术大会论文集,2020:266-272.5 徐刚,陈领,汤旺志.软弱红黏土地层边坡滑坡变形处置措施 以渝湘高速公路 ZK124+128K124+455 左侧段位路基为例 J.工程技术研究,2022(12):32-34.6 周磊,易文,江伟健,等.降雨作用下微生物改良红黏土边坡稳定性分析 J/OL.中南林业科技大学学报,2023(7):179-1882023-08-08.7 黄丽华,刘顺青.考虑裂隙影响的红黏土边坡浅层稳定性分析 J.华南地震,2022(2):102-108.8 李霞.红黏土夹层对基坑边坡稳定性的影响分析 J.土工基础,2021(2):116-119+123.9 李天宝,许家培,刘开富.降雨及植被加固对红黏土边坡稳定性的影响 J.山东农业大学学报(自然科学版),2020(6):1080-1084.10 徐计云,雷庆关,朱大勇.M-P 法在抗滑桩支护边坡中的应用 C/中国建筑学会工程勘察分会,中国水利学会勘测专业委员会.第十三届全国边坡工程技术大会论文集,2021:84-91.