抗滑桩加固边坡的理论与研究进展

易思

桂林理工大学博文管理学院

关键词：目的；类型；要求

抗滑桩加固的理论

一、 边坡加固及稳定分析的目的

对边坡的加固理论及稳定性研究的主要目的在于避免或尽可能的降低滑坡地质灾害对于人民财产的危害及对工程建设的可能影响，这不但要求我们对滑坡进行有效的治理，而且要求我们根据对滑坡地址的类型及其变化破坏规律的认识，对滑坡变形喝稳定性的发展趋势做出可靠的预测预报。

二、 抗滑桩的概况

抗滑桩是防治滑坡的一种工程建筑物，设于滑坡的适当部位，桩的下段均必须埋置在滑动面以下稳定地层一定深度。根据抗滑桩类型的不同，兼有以下优点： (1) 抗滑能力强，污工数量小，在滑坡推力大、滑动带深的情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难。

(2) 桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可以单独使用，也能与其它建筑物配合使用。

(3) 可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢筋。因此，在相同条件下，比一般不能分段布置不同数量钢筋的桩(如管形桩、打入桩)要经济。

(4) 施工方便，设备简单。采用混凝土或少筋混凝土护壁，安全、可靠。 (5) 通过开挖桩孔，能够充接校核地质情况，进而可以检验和修改原来的设计，使之更切合实际。发现问题，易于补救，

三、 抗滑桩的设计方法

（一） 抗滑桩概述

抗滑桩作为一种支挡结构物，由于其具有抗滑能力强、桩位布置灵活、施工方便、投资少和治理效果好等优点，所以在滑坡地质灾害治理中得到了广泛

的应用。特别是近年来，在铁路、公路、水电、建筑、冶金、煤炭等领域的滑坡治理工程中，抗滑桩得到了广泛的应用，并且取得了较好的治理效果。

在滑坡治理工程中，抗滑桩主要承受侧向荷载，它与建筑地基和桥梁桩基中承受竖向荷载桩的性质不同。后者为直接承受荷载并主动向土中传递应力的“主动桩”，而抗滑桩并不直接承受外荷载的作用，只是当滑坡岩土体在自身重力或其它外因作用下发生变形时，而被动地承受滑坡体变形所产生的荷载，所以，抗滑桩又称为 “被动桩”。

现阶段我国多采用钢筋混凝土桩，它具有抗滑力强、桩位灵活、施工简便、安全等优点。具体优点如下：

(1) 抗滑能力大，在滑坡推力大、滑动面深的情况下，较其它抗滑工程经济、有效。

(2) 桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可以单独使用，也能与其他建筑物配合使用。分排设置时，可将巨大的滑体切割成若干分散的单元体，对滑坡起到分而治之的功效。

(3) 施工方便，设备简单，具有工程进度快、施工质量好、比较安全等优点。施工时可间隔开挖，不致引起滑坡条件的恶化。

(4) 开挖桩孔能校核地质情况，检验和修改原有的设计，使其更符合实际。 (5) 对整治运营线路上的滑坡和处在缓慢滑动阶段的滑坡特别有利。 (6) 施工中如发现问题易于补救。

（二）抗滑桩类型

目前，我国使用最多的是钢筋混凝土桩。在工程实践中，由于滑坡类型、地质条件、地形地貌的差异，采用不同抗滑桩型式，其治理效果和工程造价也不同。抗滑桩按施工方法可分为：打入桩、钻孔桩和挖孔桩；按材料可分为：木桩、钢桩和钢筋混凝土桩；按桩的截面形状可分为：圆形桩、管形桩和矩形桩等；按桩与周围岩土的相对刚度分为：刚性桩和弹性桩；按结构型式可分为：排式单桩、承台式桩和排架桩；按成型方法可分为：打入桩、静压桩、就地灌注桩，就地灌注桩又分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩两大类。具体分类归纳如下:

(1) 单桩

单根独立抗滑桩，又分为全埋式和半埋式两种。全埋式为自由段和嵌固段全

部埋入地层中。半埋式为自由段出露地表，嵌固段埋入稳定地层中。单桩为悬臂梁式受力，其经济长度一般为10~20m，抵抗滑坡推力500~1500kN/m。全埋式抗滑桩的优点是桩前土体能提供一定的抗力，但挖孔深度较大，在地质情况较差时，施工困难。半埋式抗滑桩常置于公路路基边缘，外露自由段可采用变截面，半埋式抗滑桩的挖孔深度一般为桩长的1/2~1/3，因此，其配筋、混凝土方量和挖孔深度均较全埋式要节约材料。

(2) 桩板抗滑桩

当桩间土体较为松散且地基承载力较差时，如果采用单桩，桩间土有可能从桩间挤出，造成公路边坡变形甚至局部坍塌，有时桩间的圬工砌体因承载力较低而无法实施。桩板抗滑桩是在桩与桩之间采用平板或拱板形式连结的抗滑挡土结构，桩间板可采用现浇或预制，施工方便，外形美观，行车导向效果好，桩间可作绿化场地。

(3) 框架式抗滑桩

将前后两根抗滑桩用一根或多根横梁联接，使之成为一刚架结构，一般前后排桩均为直立。在地形条件允许的条件下，前排桩可采用斜桩，结构内力计算表明，其斜度越大，造价越经济。框架式抗滑桩最大的优点是抗滑能力大，一般可抵抗2000~5500kN/m的滑坡推力，这种结构型式的受力方式明确，计算结果精确可靠。

(4) 锚索桩

锚索桩由钢筋混凝土抗滑桩和预应力锚索或锚杆组成。把桩嵌入稳定岩层，在桩顶端用锚杆或锚索锚入稳定岩层并进行张拉，使抗滑桩形成简支梁受力系统。它使抗滑桩避免了悬臂梁式受力，从而使桩截面、桩长度、配筋量大大减小，节省投资，并且可根据滑坡推力的大小，控制拉力，从而改变抗滑桩的被动受力方式。

抗滑桩设计要求和设计内容 （一） 抗滑桩设计要求

(1) 抗滑桩提供的阻滑力要使整个滑坡体具有足够的稳定性，即滑坡体的稳定安全系数满足相应规范规定的安全系数或可靠指标，同时保证滑坡体不从桩顶滑出，不从桩间挤出。

(2) 抗滑桩桩身要有足够的强度和稳定性，即桩的断面要有足够的刚度，桩的应力和变形满足规定要求。

(3) 桩周的地基抗力和滑坡体的变形在容许范围内。 (4) 抗滑桩的埋深及锚固深度、桩间距、桩结构尺度和桩断面市寸都比较恰当，安全可靠，施工可行、方便、造价较经济。

（二）抗滑桩的设计内容

(1) 进行桩群的平面布置，确定桩位、桩间距等平面尺度。

(2) 拟定桩型、桩埋深、桩长、桩断面尺寸。 (3) 根据拟定的结构确定作用于抗滑桩上的力系。

(4) 确定桩的计算宽度，选定地基反力系数，进行桩的受力和变形计算。 (5) 进行桩截面的配筋计算和一般的构造设计。

（三）抗滑桩的设计计算程序

收集滑坡资料、分析原因、确定滑坡性质、范围等 计算滑坡推力 进行抗滑桩的平面布置、拟定桩间距、桩位 选择桩型、拟定桩长、锚固深度、截面尺寸等 确定桩的计算宽度，选定地基系数 计算桩的变形系数和计算深度，判断桩的计算性质（刚性桩或弹性桩） 用相应计算方法计算桩内力和变形、地基反力等，确定桩身的最大弯矩和剪力及位置 校核地基强度是否满足 否 是绘制桩身内力图、变形曲线 对钢筋混凝土桩进行配筋设计 绘制施工图，提出施工技术要求等

五、抗滑桩计算方法

抗滑桩受到滑坡推力后，将产生一定的变形。根据桩和桩周土（岩）的性质和桩的几何性质，其变形有两种情况：

(1) 桩的位置发生了偏离，但桩轴线仍保持原有线型，变形是由于桩周土的变形所致。这时，桩犹如刚体一样，仅发生了转动，故称其为刚性桩。 (2) 桩的位置和桩轴线同时发生了改变，即桩轴线和桩周土同时发生变形，故称其为弹性桩。

抗滑桩的计算方法分为刚性桩的计算和弹性桩的计算。弹性桩的计算方法很

多，常用的有“m法”、“k法”和“p～y”曲线反力法，还有数值分析方法和双参数方法，用得最多的是“m法”。 当使用“m法”时， ，抗滑桩为刚性桩，否则为弹性桩。

六、 抗滑桩施工方案

（一） 工程概况及特点

（二） 编制依据

1、《公路工程技术标准》（CTG B1 -2003）

2、《公路工程质量检测评定标准》（JY、TG、 F801-2004）

3、《公路桥涵施工技术规范》（JTC 041-2000） 4、业主鉴定的本工程施工承包合同 5、业主提供的城建设计院设计的施工图

6、 我单位质量体系文件

（三） 施工准备 （四） 施工方案 （五） 桩基的灌注浇筑 （六） 抗滑桩挡板处土方开挖 （七） 挡板施工（逆作法施工方案）

作为一种有效韵工程措施，抗滑桩在边坡加固工程、滑坡地质灾害防治中得到了广泛应用。然而由于问题的复杂性，抗滑桩设计计算理论目前还很不成熟，传统的设计理论在不同程度上回避了桩-土相互作用，导致实际的工程设计不尽合理。为此本文围绕抗滑桩加固边坡的临界桩间距、内力计算、稳定性分析及土拱效应等问题，开展了比较深入地研究，论文的主要研究内容及所取得的研究成果包括如下几个方面：

1．应用Ito塑性变形理论并结合土拱强度理论推导了临界桩间距(最

大桩间距)公式；典型算例计算结果表明了该公式的正确性。 2．结合Ito塑性变形理论与桩的挠曲微分方程，计算了各种约束条件下桩身位移、弯矩与剪力，并讨论了桩顶约束条件、岩土体、桩体等有关参数对桩身位移、弯矩及剪力的影响。

3．利用GEO—SLOPE计算软件，采用简化Bishop法进行抗滑桩加固边坡的稳定性分析，其中作用于桩上的侧向力由Ito塑性变形理论计算得到；并探讨了抗滑桩的合理加固位置。

4．基于大型有限元分析软件ABAQUS，对抗滑桩间的土拱效应进行了数值模拟，

研究表明，土拱效应与桩顶约束条件、岩土体的变形模量和泊松比有较大的关系；对各种约束条件下滑动面上、下桩后推力和桩前土体抗力的分布形式及大小进行了分析，结果表明桩侧作用力不仅与岩土体的性质和变形有关，而且与桩顶约束条件、滑面以下锚固段地层强度等也有密切的关系。

参考文献

[1] 长江三峡库区滑坡防治工程设计与施工技术规范[DB].2000.

[2] 黄求顺，张四平，胡岱文，边坡工程 [M].重庆，重庆大学出版社，2004. 作者简介：