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1、穿过隧道的滑坡工程治理研究 埋入抗滑桩的原理与设计郑 颖 人雷文杰 宋雅坤 梁斌解放军后勤工程学院穿过隧道的滑坡工程越来越多，此类 滑坡滑体厚度大，工程风险大，费用高， 成为滑坡治理的一大难点。重庆奉节云阳高速公路B15合同段 分界梁隧道出口段滑坡治理工程，表明埋 入式抗滑桩特别适用于埋深大的滑坡，因 而用于穿过隧道的大型滑坡治理尤为合适 。 前言埋入式抗滑桩是一种经济效益十 分显著的桩型，是抗滑桩设计的 革新。埋入式抗滑桩采用较短的桩就可 使边坡达到设计要求的安全系数 ，桩身内力也较全长桩降低，表 明埋入式抗滑桩具有良好的应用 前景。1、工程概况平面布置图该隧道出口位于奉节县康坪乡河 沟村，
2、勘察区属构造侵蚀剥蚀低 山地貌。斜坡沿近东西向展布， 区内地形呈上下较陡、中部较缓 的折线型坡面，在坡体中前部分 布有较平缓的台阶状平地。滑坡 区地层由崩坡积物覆盖，下伏残 坡积层碎石土及三叠系上统须家 河组砂岩组成。n残坡积物：主要分布于相对较 缓的斜坡地段。岩性主要为含 碎石粘性土和碎石土等。灰黄 色，主要由粉粒和粘粒组成， 呈可塑状。含有少量的砂岩碎 石，含量约占1525%，分布 不均。n崩坡积堆积物碎块石土：主 要为褐黄色、灰黄色，由砂 岩、泥质粉砂岩碎块石和粘 性土组成。分布于整个斜坡 区域。块石土呈松散稍密 状，孔隙非常发育，块石间 的充填物多为高液限亚粘土 成分，可塑硬塑状。n三
3、叠系上统须家河组长石石英砂 岩：灰色，主要由石英、长石和 云母等矿物组成，粉至细粒结构 ，中厚层状构造，钙、硅质胶结 。岩石强度较高，质较硬。分布 于整个隧道出口段。粉砂岩：灰 灰黄色，粉粒结构，薄层状构 造，钙质胶结。主要分布在勘察 区的北侧中部，厚度较小。经中铁西北院分析认为，目前 老滑坡处于基本稳定状态。 但随将来隧道的开挖及河流 冲刷仍存在老滑坡变形复活 的可能 。n究其原因主要有以下两点：n（1）物质组成为崩坡积物，厚度 较大，结构松散，骨架间空隙度大 ，透水性好，表水容易沿之渗入坡 体，在相对隔水的基岩顶面汇聚， 暴雨或持续降雨造成滑体土和滑带 土饱水，使滑带抗剪强度降低，影 响滑
4、坡的稳定。n（2）前部河流冲刷，随前 部土体的流失，使滑坡前 部支撑减弱，降低滑坡的 稳定性。另外隧道穿越滑 体，其开挖形成临空面， 降低滑坡的稳定性。2、埋入式抗滑桩的机理与设计方法 （1）桩长延伸到地面是否能确保边坡的稳定； （2）桩长延伸到地面是否必要，会不会造成浪费。 埋入式抗滑桩的桩长设计n抗滑桩的桩位与桩长是边（滑 ）坡治理设计中的重要问题， 目前桩位与桩长选择都是按经 验确定的，尤其是桩长都按桩 伸展到地面来确定，采用全长 桩是否合理需要研究。有限元强度折减法介绍 强度储备安全系数边坡体的垂直条分和受力分析有限元强度折减法不断降低岩土C、 值，直到破坏。（3） 有限元强度折减法的
5、优越性。a.具有有限元法的一切优点；b.能算出无支护情况下边坡滑动面与稳定安全系数。滑动面为一局部塑性应变剪切带，在水平位移突变的地方 .c.能对有支护情况下边坡进行稳定性评价。不加锚杆时的塑性区 加锚杆时的塑性区边坡稳定安全系数为1.1有锚杆支护时安 全系数为1.5d.能根据岩土介质与支挡结构 共同作用计算出支挡结构的内 力。e.能模拟施工过程。桩长与滑面的关系边坡示意图算 例用有限元强度折减法计算在重力作用下滑坡 体的安全系数为1.02，而用极限平衡法算得 滑坡体安全系数为1.04。桩的位置、桩长与滑坡体滑动面 位置的关系 桩长变化与滑动面的位置( 桩位于公路下方) n桩位于公路下方时，当
6、埋入桩长度为7 11 m时滑坡体的破坏形式为滑面通过桩 顶沿剪出口滑出。n在桩长为13 m时，滑坡体出现两处滑动 面：一处是沿桩顶滑出，同时剪出口位 置改变；另一处是沿公路内侧塑性区贯 通至主滑动面(沿滑带层)。n当桩长为15m时只有上述次级滑动面， 位置为沿公路内侧贯通至滑带层。滑动 面位置与桩长为13m时相同。n当桩增长至坡面时，滑动面的位置仍与 桩长为13m时相同。桩长变化与滑 动面的位置（ 桩位于公路上 方） n桩位于公路上方时，桩长为7，9 m 时，滑坡体加固后的滑动面通过桩 顶并经剪出口滑出；n桩长为11 m时形成次级滑动面，且 与桩长为13，15，17 m次级滑动面 位置大体相同
7、，都是沿公路内侧坡 角处滑出；n桩长大于17 m直至地面时滑动面沿 桩顶滑出，且随着桩长增长，滑动 面的位置逐渐上移，剪出口位置也 不断上移。2、桩的长度、位置与滑坡体安全 系数的相互关系 桩长变短虽然可以使桩身的受力变 小，但随着桩长的变短，滑动面不断 下移，滑体的稳定安全系数逐渐降低 。如果稳定安全系数低于设计中规定 的安全系数时，桩的安全储备不足， 为设计所不允许。符合设计规定安全 系数的桩长就是沉埋桩的最小桩长， 这是沉埋桩的设计中的首要任务。桩长、桩的位置与边坡安全系数之间的关系 桩长、桩的位置与边坡安全系数之间的关系 n当桩位于公路下方时，桩的长 度为7m，9m，11 m时，滑坡体
8、 的安全系数从1.13增加到1.19， 说明增加桩长可以增加滑坡体的 安全系数；n继续增加桩长，滑坡体的安全 系数仍然保持在1.19。n如果设计安全系数为1.15，则桩 长9m时，稳定安全系数为1.15 ，满足设计要求，所以桩长9m 即为合理桩长。n桩的强度设计只保证安全系数 为1.15，超过此安全系数表明桩 已破坏，因此再增加桩长只会造 成浪费。n桩的位置设在公路上方桩长9m 时，稳定安全系数1.17超过1.15 ，所以该桩位的合理桩长也为 9m。 桩身抗滑段所受的滑坡推力 n一般抗滑桩求解桩内力时，都需要 知道桩后推力和桩前抗力，桩后推 力一般可通过传统方法求得，但桩 前抗力只能作些假设近
9、似求得或视 作为零。n应用有限元法时，一般对桩采用梁 单元，只要对岩土材料进行强度折 减使其进入极限状态，就可直接求 出桩的推力与内力 。抗滑桩加固滑坡体在同一安全系数情况下，桩长缩短 ，桩身抗滑段所受滑坡推力比全长桩低，说明桩顶滑 体自身可以承担一部分滑坡推力。 同时也证明了当前一些计算方法中认为埋入桩承担全 部滑坡推力的做法是错误的。 桩身内力 n有限元强度折减法计算抗滑桩的 桩身内力时，通过将滑坡体的岩 土材料进行强度折减使滑坡体进 入极限状态，就可以计算抗滑桩 的桩身内力(包括剪力、弯距)。 用有限元强度折减法求桩内力时 不需要先知道桩上的滑坡推力。 桩身内力桩身内力埋入桩桩体的锚固段
10、的剪力明 显比全长桩的剪力降低，抗滑段的 剪力与全长桩大致相当；埋入桩的 桩身弯距比全长桩降低的幅度较大 。当桩位于公路下方时，在桩长 为9 m时，滑坡体的安全系数已经 达到1.15，此时桩身抗滑段的最大 剪力为全长桩的92.7%，锚固段的 最大剪力为全长桩的51.9%，桩的 最大弯距只是全长桩的48.8%。3、本工程埋入式抗滑桩的计算n本滑坡以第剖面为例，隧道穿过滑面 ，隧道上半部位于滑面以上堆积层中， 下半部分位于滑面下基岩中，切断滑坡 。当未设隧道时，老滑坡的安全系数为 1.08，处于基本稳定状态。n当隧道穿过滑坡时，隧道周围岩土松动 而导致强度降低，此时，安全系数为 1.02，处于破坏
11、的临界状态，滑坡推力 有可能导致隧道破坏，而隧道破坏又会 引老滑坡复活，因而采用支挡措施是十 分必要的。 设计计算参数n设计安全系数原来采用1.20， 依据交通与水电部门，对一 些较为重要的工程设计安全 系数一般取1.25至1.30，并考 虑桩长设计缺乏经验，这次 设计对桩长安全系数取1.3。n对推力计算安全系数可取1.25 至1.30，计算中取1.3。合理桩长的确定 断地质剖面图 有限元模型隧洞开挖考虑隧洞顶上6米， 两侧各3米土体松动，强度下降， 粘聚力下降2/3，内摩擦角下降1/2。可见桩长为24m时滑坡的稳定性已经达 到了设计安全系数的要求。 合理桩长下滑动面位置 滑动面位于隧道上方 桩上推力计算与推力分布这一推力已以考虑了桩前抗力，是 桩后推力与桩前抗力之差。 桩长为24m时的推力的分布近似为矩 形，而传统方法是无法做出推力分 布的。桩内力的计算4、结论n埋入式抗滑桩是一种经济效益十分显 著的桩型，是抗滑桩设计的革新。特 别适用于埋深大的滑坡，因而用于穿 过隧道的大型滑坡治理尤为合适。目 前对该桩型已在理论上作了深入的研 究；并经室内大型模型试验的验证， 但尚缺乏大量工程实践的验证。本工 程还将通过现场测试作进一步验证。谢谢大家！
