孙宏伟

目前对病害边坡尤其是滑坡的治理以抗滑桩、坡面防护措施为主，对中小型滑坡而言，采用微型桩组合结构对边坡平台进行加固治理的方法在国内较少见。微型桩治理中小型滑坡在实际应用中已经有不少工程实例，而且取得了很好的效果和经济效益，但是理论研究十分匮乏［1，2］。鉴于这种国内外的研究现状，因此着手研究微型桩在侧向荷载作用下的设计理论十分必要，是一项十分前沿、紧迫的任务。3×3刚性帽梁微型桩组合结构由横向3根、纵向3根，共9根桩组成，9根桩桩顶由刚性平台连接成为一个整体，形成组合结构。

1 微型桩组合结构受力模式

对于存在不稳定滑体的边坡，可以视滑体的岩土体类型和几何分布状态确定滑坡推力的分布形式，一般情况下，对于岩土体性质较均匀，滑面倾斜角度较大的边坡，滑体会产生类似均布荷载的滑坡推力，对于滑体较松散，滑面倾斜角度不大的边坡，会产生近似于三角形或梯形分布的滑坡推力［3，4］。对于不存在潜在滑体的一般病害边坡，支挡结构要承担桩后土体的土压力。微型桩组合结构应用于滑坡治理时，主要承担滑坡推力。

2 基于K法理论的刚性帽梁微型桩组合结构内力计算

2.1 计算模型

图1是刚性帽梁微型桩组合结构计算分析模型，图1a)的组合桩的内力可视为图1b)和图1c)结构内力的叠加。滑面以上地基系数为K1，滑面以下地基系数为K2;顶板ADG是刚性构件，各桩的EⅠ相同且关于顶板对称布置;在滑坡推力q作用下顶板ADG仅发生水平位移。图2为AC桩(1号桩)内力计算示意图，将AC桩视为一个两端固定桩和一个一端固定一段自由桩的叠加(如图2所示)，P=Q0/3，其中，Q0是1号桩(AC桩)在两端固定情况下桩顶剪力计算的结果。

图1 刚性帽梁微型桩组合结构计算分析模型

2.2 1号桩内力计算

1号桩各个截面的内力(位移、转角、弯矩以及剪力)是图2a)和2b)所示分析模型结构内力的叠加。2.2.1给出了图2a)所示桩顶固定与桩底固定条件下AC桩内力计算方法;2.2.2给出了桩顶滑动与桩底固定条件下AC桩内力的计算方法。将以上两计算结果进行叠加即可得到AC桩(1号桩)的内力和变形值。

图2 1号～3号桩分析计算模型

2.2.1 桩顶固定与桩底固定条件下AC桩内力的计算

如图2a)所示，AC桩桩顶与桩底固定，滑面以上承受分布荷载q，分别考虑荷载q为矩形和三角形形式，将AC桩划分为滑面以上(AB段)、以下(BC段)两部分，按照基于winker假定的弹性理论计算AC桩内力。其中，滑面以上地基系数为K1，滑面以下为 K2，相应的弹性指标为 λ1，λ2;φ1，φ2，φ3，φ4为 AB 段双曲三角函数参数，φ1'，φ2'，φ3'，φ4'为 BC 段双曲三角函数参数。以矩形荷载为例，计算1号桩内力。引入中间计算系数K11，K12，K21，K22，K31，K32，K41，K42，m1，m2，m3，m4。

1号桩(AC桩)内力求解计算公式如下:

同样可以计算出三角形荷载作用下AC桩内力。

2.2.2 桩顶滑动与桩底固定条件下微型桩内力的计算

与2.2.1理论一致，根据基于winker假定的弹性理论和边界条件，同样可以推出桩顶滑动与桩底固定条件下微型桩内力计算结果。

2.3 2，3 号桩内力计算

DF，GI(2，3号)桩的内力计算等同于2.2.2桩顶滑动与桩底固定条件下微型桩内力的计算。

3 工程实例

3.1 工程概况

某高速公路开挖路堑长约150 m，路中心最大挖深11.94 m。本工点存在潜在滑坡体，需要对该段堑顶边坡进行支挡治理。经过方案对比优选，选择微型桩组合抗滑结构方案。

3.2 微型桩组合结构内力计算

单根微型桩由3根φ32的HRB400钢筋构成束筋，微型桩孔径为150 mm，微型桩钢筋由等强度套筒连接，微型桩组合结构是由多根微型桩和桩顶顶板联结构成。滑面以上L=6 m，以下h=6 m，E=210 GPa，EⅠ=205.27 kN/m2，滑面以上取 k1=20 000 kN/m3，滑面以下取k2=60 000 kN/m3。纵向组合结构桩间距为3 m，微型桩组合结构为3×3结构，经计算作用在每一框架上微型桩结构上的外荷载q为50 kN/m(均布荷载)。根据1中的计算理论，得到各个微型桩的内力。1号桩为靠山侧桩，2，3号桩依次向后排列布置，1号，2号，3号桩弯矩、剪力曲线图见图3。

3.3 微型抗滑桩组合结构模拟仿真分析

通过数值分析软件建立边坡模型，分析设置微型桩前后的边坡稳定性情况，模型加支护后边坡整体位移图见图4。

边坡设置加微型组合抗滑桩结构，分析边坡的稳定性情况。

坡体未加支护时，安全系数为0.912 5，说明边坡处于不稳定状态。设置微型组合桩后，边坡最大位移变形出现在二级边坡最上方，大约5 cm，这与实际情况是相符的。微型组合桩桩后土体(与滑坡接触侧)位移由上至下逐渐变小，说明滑体在下滑过程中受到了抗滑桩的阻挡，土体压缩，发生如图5所示变形规律。微型组合桩桩前土体由于微型桩的变形而产生较小变形，说明微型抗滑组合桩结构起到了很好的抗滑作用。1号桩最大位移发生在桩顶以下2 m～3 m处，与K法理论计算结果相似;1号桩弯矩主要产生在滑面以上桩体部分，弯矩沿桩身方向的变化规律与理论计算结果相似;同时该桩的剪力沿桩身方向的变化规律与理论计算结果相似;同样2号，3号桩的内力变化规律与理论计算结果也具有相似性。

图3 1，2，3号桩弯矩、剪力曲线图

图4 模型加支护后边坡整体位移图

图5 1，2，3号桩内力变形图

4 结语

1)微型桩组合结构具有诸多施工优势和较强的抗滑能力，推广应用于中小规模的滑坡治理工程，能取得较好的工程效果。

2)对于微型桩组合结构埋桩处前后岩性较为均一，适合“K”法分析的地层情况，具有顶梁固定微型桩的组合结构可按本文提出的横向约束的弹性地基梁法计算其内力，由此形成的设计计算方法可得出较为合理的计算结果。结合具体工程实例，进一步验证了数值模拟分析结果和计算理论有一定的相似性。

［1］ 吴文平.抗滑微型桩组合结构的计算理论研究［D］.成都:西南交通大学硕士学位论文，2008.

［2］ 冯 君，周德培，江 南，等.微型桩体系加固顺层岩质边坡的内力计算模式［J］.岩石力学与工程学报，2006，25(2):284-288.

［3］ 周德培，王唤龙，孙宏伟.微型桩组合抗滑结构及其设计理论［J］.岩石力学与工程学报，2009，28(7):1353-1362.

［4］ 孙宏伟.刚性帽梁微型桩组合结构内力分析［D］.成都:西南交通大学硕士学位论文，2010.