一种巨型滑坡锚固结构及其设计方法与流程

本发明涉及土木工程，特别涉及一种滑面明确的巨型滑坡治理工程锚固结构及其设计方法。

背景技术：

随着我国的西部开发、中部崛起的区域发展战略继续实施以及“一带一路”战略积极推进，我国西部山区铁路干线加速推进，给铁路建设带来了巨大的挑战。山区铁路相对于平原铁路有其独有的弱点，山区地势起伏强烈，滑坡灾害十分发育。铁路一直是遭受滑坡危害最频繁、最严重的一项工程之一。滑坡对铁路的危害主要表现为：破坏线路、中断行车、危害站场、砸坏站房、推移桥墩、错断隧道、摧毁明洞、造成人身伤亡和行车事故。因此滑坡治理工程特别重要。而滑坡治理是一项投资巨大、技术复杂、施工危险而艰巨的抗灾工程。

根据《铁路工程不良地质勘察规程》(TB10027-2001/J125-2001)规范规定，滑坡按照体积规模大小可分为小型(<4×10⁴m³)、中型(4×10⁴m³～30×10⁴m³)、大型(30×10⁴m³～100×10⁴m³)以及巨型滑坡(>100×10⁴m³)。目前，针对推力较小的中小型滑坡治理，多采用挡土墙等支挡结构；针对推力较大的大型滑坡治理，多采用钢筋混凝土悬臂式和埋入式抗滑桩。抗滑桩具有抗力大、对滑体稳定影响小、设桩位置灵活等优点。对于一般大型滑坡多以钢筋混凝土悬臂式抗滑桩为主，而对于厚层大型滑坡，滑坡推力增大，此时若仍然采用钢筋混凝土悬臂式抗滑桩，并不经济，宜采用埋入式桩，可有效减少桩身弯矩，节省投资。

巨型滑坡是指滑坡体积大于100×10⁴m³、滑带深度大于25m的滑坡。巨型滑坡通常具有复杂的形成机制，其发生是一个复杂的地质-力学过程，这个过程的发生是以滑动面的贯穿过程为主线的，滑动面的形成及贯穿往往具有累进性破坏的特征。巨型滑坡具有滑带深度更深，滑坡推力更大等特点，此时，采用传统的钢筋混凝土悬臂式及埋入式抗滑桩不仅不经济而且较难抵抗如此巨大的滑坡推力。除此之外，在巨型滑坡的治理过程中，还会遇到因滑坡推力巨大导致常规的单排抗滑桩难以满足支挡设计要求的情况。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种巨型滑坡锚固结构，以能够有效锚固巨型滑坡滑面，使得承担巨型滑坡推力的能力得到很大提高，且更为经济合理。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明的一种巨型滑坡锚固结构，其特征是：它包括沿滑带延伸方向间隔成排布设的剪力隼，各排剪力隼包括一只剪力隼单体，或者包括横向间隔布设的至少两只剪力隼单体，各剪力隼单体上部位于滑体内，下部则穿过滑带进入稳定地层。

本发明所要解决的另一问题是提供一种巨型滑坡锚固结构的设计方法，该方法包括如下步骤：1)根据滑坡设计推力、地质条件及工程经验确定各排剪力隼沿滑带(12)的布置位置；2)确定各排剪力隼的布置方式，以及相邻两剪力隼单体的净距；3)确定剪力隼单体埋入深度及推力分布模式，通过模型试验和数值模拟确定优化方案；4)基于传统滑坡推力计算采用的传递系数法，依次计算各排剪力隼滑坡推力，计算中考虑隼前土体抗力和隼后滑坡推力及抗力的折减；5)依次按各排剪力隼滑坡推力进行截面及配筋试设计，如无合理方案，则调整该排剪力隼位置返回第4步继续检算。

本发明的有益效果是，以剪力隼作为组合的结构，能有效锚固巨型滑坡滑面并整体承担滑坡推力，解决钢筋混凝土悬臂式及埋入式抗滑桩设计时尺寸过大或无法抵抗滑坡推力的问题，而且更为经济合理。

附图说明

本说明书包括如下四幅附图：

图1是本发明一种巨型滑坡锚固结构的示意图；

图2是本发明一种巨型滑坡锚固结构中剪力隼的布置方式示意图；

图3是本发明一种巨型滑坡锚固结构中剪力隼的布置方式示意图；

图4是本发明一种巨型滑坡锚固结构考虑隼间土影响的滑坡推力示意图。

图中示出零部件、部位名称及所对应的标记：坡面10、滑体11、滑带12、稳定地层13、剪力隼单体20，隼前21，隼后22。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的一种巨型滑坡锚固结构包括沿滑带12延伸方向间隔成排布设的剪力隼，各排剪力隼包括一只剪力隼单体20，或者包括横向间隔布设的至少两只剪力隼单体20，各剪力隼单体20上部位于滑体11内，下部则穿过滑带12进入稳定地层13。以剪力隼作为组合的结构，能有效锚固巨型滑坡滑面并整体承担滑坡推力，解决钢筋混凝土悬臂式及埋入式抗滑桩设计时尺寸过大或无法抵抗滑坡推力的问题，而且更为经济合理。

参照图1，所述剪力隼单体20顶部埋入深度为相应位置处滑体11厚度的1/4～1/3。

剪力隼的布设一般有图2和图3示出的两种典型方式。参照图2，所述各剪力隼单体20在横断面上按矩阵布设，相邻两剪力隼单体20的净距为2～4B，B为剪力隼单体20的宽度。参照图3，所述各剪力隼单体20在横断面上按梅花型布设，相邻两剪力隼单体20的净距为2～3B，B为剪力隼单体20的宽度。

本发明一种巨型滑坡锚固结构的设计方法，包括如下步骤：

1)根据滑坡设计推力、地质条件及工程经验确定各排剪力隼沿滑带12的布置位置；

2)确定各排剪力隼的布置方式，以及相邻两剪力隼单体20的净距；

3)确定剪力隼单体20埋入深度及推力分布模式，通过模型试验和数值模拟确定优化方案；

4)基于传统滑坡推力计算采用的传递系数法，依次计算各排剪力隼滑坡推力，计算中考虑隼前21土体抗力和隼后22滑坡推力及抗力的折减；

5)依次按各排剪力隼滑坡推力进行截面及配筋试设计，如无合理方案，则调整该排剪力隼位置返回第4步继续检算。具体要求参见《混凝土结构设计规范》GB50010和《建筑抗震设计规范》GB50011。

所述步骤3)中的优化方案为，剪力隼单体20顶部埋入深度为相应位置处滑体11厚度的1/4～1/3；各排剪力隼的间距小于4B；最后排剪力隼隼前21沿桩长推力分布模式近似为梯形分布，隼后22抗力分布模式近似为三角形分布；前排剪力隼隼前21沿桩长推力分布模式近似为矩形分布，隼后22抗力分布模式近似为三角形分布。

参照图4，受隼间土体影响，多排剪力隼滑坡推力的计算方法与单排剪力隼滑坡推力的计算方法不同，本发明各排剪力隼所需承受的滑坡推力计算，考虑了隼前21土体抗力，隼后22滑坡推力及抗力的折减，具体各排剪力隼滑坡推力计算方法如下：

其中：

$F_{bn}={\&Integral;}_0^{h_n}{m}_H{\mathrm{yx}}_{y}dy$

式中：F_n为第n排剪力隼所承受的滑坡推力；

E_n为第n-1排剪力隼至第n排剪力隼之间土体剩余下滑力，按照传递系数法计算；

F_bn为第n排剪力隼，隼前21抗力；

φ_en为第n排剪力隼，隼后22滑坡推力折减系数；

φ_fn为第n排剪力隼，隼后22抗力折减系数；

d_n为第n排剪力隼，排间距；

B_n为第n排剪力隼，隼间距；

h_n为第n排剪力隼，滑面到隼顶的距离；

m_H为地基系数随深度变化的比例系数；

x_y为第n排剪力隼地层y处水平位移值；

y为第n排剪力隼截面至滑面的距离。

本发明的一种巨型滑坡锚固结构的施工方法如下：

①采用跳挖法进行剪力隼挖孔，具体挖孔方法可参照常规抗滑桩施工方法。

②埋入钢筋笼后浇筑混凝土，剪力隼浇筑三天后，再用土夹石回填。当有混凝土护臂时，隼顶截面处，护臂应断开。

以上所述只是用图解说明本发明一种巨型滑坡锚固结构及其设计方法的一些原理,并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。