抗滑桩在边坡工程中的研究进展及应用

2015-04-16张向玮

建材与装饰 2015年45期

张向玮

（昌吉州中源水利工程咨询监理有限公司新疆昌吉 831100）

1 前言

在我国的国土面积中，很大部分为山地丘陵。山地丘陵地区地形地貌、地质构造、气候条件复杂多变；近年来，由于受到各种因素的影响，我国滑坡地质灾害的发生率持续居高不下；采取科学合理的手段来进行滑坡治理，对减少因滑坡造成的经济、财产损失成效显著，因此，需要再现有基础上加大对抗滑桩施工设计的研究。

2 抗滑桩作用机理

抗滑桩主要是利用桩身的抗弯能力及庄周岩土体的抗力，将滑坡体的剩余下滑力通过桩身上部受力，传至桩身嵌固段稳定岩土体中，依靠嵌固段岩土体提供的侧向阻力来抵抗上部滑坡体的滑动力，起到防止滑体沿着不利滑动面发生剪切位移而产生整体滑动，从而稳定边坡。

抗滑桩根据材质可以分为钢桩、木桩、钢筋混凝土桩及组合桩；按照施工工艺可分为打入桩、钻孔桩及挖孔桩；按照桩身截面可以分为圆桩和方庄。在实际应用中根据整个滑体的大小、剩余下滑力大小、施工条件、周边环境及经济性等确定桩的类型、截面面积、嵌固深度、桩间距等。抗滑桩嵌固段长度一般取值经验：土质边坡中嵌固段长度为设计桩长的1/2；软质岩层为设计桩长的1/3；硬质岩中为设计桩长的1/4。

主要优点：

（1）抗滑能力强，圬工数量小：桩体本身抗弯刚度大，能承担很大的下滑推力；非连续布桩，因而圬工数量小。

（2）桩位设置灵活，可以布置在滑坡体中最有利于抵抗坡体滑移的部位，可以单独使用，也可与其他构筑物配合使用（如锚索、锚杆或挡墙）。

（3）配筋合理：通过计算可以沿桩长方向根据实际弯矩的大小合理地布置钢筋数量。

（4）不连续开挖成桩，有利于滑体稳定，同时可充分利用土拱效应，有利于抢险工程。

（5）开挖成孔时，可直接校核地勘资料，有利于进行动态设计。

（6）施工方便，机械设备较简单；施工影响范围较小，对周边岩土体及邻近构筑物干扰较小。

主要缺点：

（1）因利用桩周土的嵌固作用，不适宜用于软塑的滑坡体。

（2）需要消耗大量的钢材和造价较高。

（3）实际中大多数采用人工挖孔成桩，使施工安全风险增加。

3 抗滑桩技术在边坡工程中的应用现状

边坡工程中抗滑桩的应用在西方国家中起步较早，尤其是在二战后一些经济处于恢复发展时期的国家，由于其开展了大量的工程建设，工程建设引发的滑坡也随之产生；在滑坡治理过程中，与其他治理手段相比，抗滑桩具有其特有的优势，于是关于抗滑桩设计施工技术的研究也越来越多，随着各项研究的不断深入，其相关的设计理论逐渐完善，并取得了良好的发展。目前，国外很多国家的抗滑桩的设计理论都已经非常的完善了，并已经形成了相关的科学系统，其中以锚索抗滑为代表的各种结构的抗滑桩的出现，对抗滑桩在边坡工程中的应用范围的扩大具有积极的推动作用。与国外一些抗滑桩应用比较早的国家相比，抗滑桩在我国边坡工程中的应用起步较晚；我国的抗滑桩理论到20世纪70年代才逐渐开始建立，随着各种研究的不断深入，其设计理论的研究也逐渐完善，经过一段时间的发展研究之后，虽然其在设计研究理论及应用实践经验方面都取得了一定的成果，但是其在抗滑桩的设计施工过程中，还是存在一些有待解决的缺陷，例如：所采集到的设计数据不合理、设计计算模型建设过程中忽略桩侧摩阻力等一些缺陷的存在，在一定程度上，对于抗滑桩的设计施工具有一定的阻碍作用，在现有基础上，加大抗滑桩的设计、应用研究力度显得非常的必要。

4 抗滑桩在边坡工程中的设计

在实际的抗滑桩在边坡工程中的设计过程中，应该注意下列问题：

（1）对桩土的共同作用原理予以综合的考虑，以便于有效的提升抗滑桩的抗滑能力及运行稳定性，桩土之间的共同作用的效果，在很大程度上都取决于桩前土体的抗滑力，对于整体性比较好的岩体或者是土体来说，其共同作用力的大小是取决于桩前岩土体的强度的，也就是说，在这种情况下，应用岩土层锚杆与抗滑桩相结合的边坡支护方式，与推桩支护或者是单排桩支护方式相比，在边坡的治理过程中，其合理性与经济性性能更高；

（2）抗滑桩的悬臂是比较长的，在一些工程的施工过程中，设置锚索又不方便，这使得其整体的受力情况是很不合理的，在实际的工程施工过程中，可以依据其工程施工的实际情况，应用具有针对性的应对措施，如：可以因公预应力钢绞线来代替部分抗拉钢筋，在抗滑桩的桩底埋设锚梁，在将钢绞线布置好之后，实施浇灌，然后可以应用后张法通过施加张应力的方式来提升桩体的力学强度，以便于很好的实现其运行质量与经济性性能；

（3）对深埋装及推力桩的工作机理进行简单分析的基础上，在一些大型的滑坡治理过程中，可以在对各种影响因素予以综合的考虑之后，应用推力桩与深埋桩两种支护方式相结合的支护方式，应用这种支护方式，有利于其在实际运行过程中发挥各自的优缺点，从而起到合理、经济、安全的滑坡治理效果，在一些大型的边坡治理过程中，需要考虑的影响因素众多，需要在对其工作机理及受力性能进行综合分析的基础上开展相应的设计，以便于能够在实际应用中发挥良好的边坡支护作用。

抗滑桩的设计内容：开展桩群的平面布置设计，以便于对桩间距与桩位的等平面尺度予以确定；对桩断面尺寸、桩长、桩埋深、桩型等的尺寸予以确定；对作用于抗滑桩上的力的分布形式予以确定；对选定地基的反力系数予以明确，并对桩的计算宽度予以确定，从而对桩的受力与变形情况进行计算；对桩一般的构造设计与配筋的计算情况予以明确；进行施工方案的编写，要注意所编制方案的可行性。

在抗滑桩的边坡工程设计过程中，常用的抗滑桩内力计算方法有：

（1）抗滑桩内力分布计算，这主要是在抗滑桩监测数据的基础上，应用抗滑桩的设计计算模型，对作用力系进行简化，然后应用Winkler弹性地基梁模型进行计算，从而实现抗滑桩内力分布的计算；

（2）抗滑桩截面弯矩的计算，在这种计算方法中，主要是应用钢筋计来对抗滑桩的受力钢筋的应力实施监测，从而来对钢筋计所在截面处的弯矩开展计算。

5 边坡工程施工过程中常用的抗滑桩技术

对边坡工程施工过程中常用的抗滑桩技术做简单介绍：

（1）预应力锚索抗滑桩，这种形式的抗滑桩是因公支模浇筑或者是钻孔灌注成桩，并会在桩上设置一排或者是多排的锚索，然后在锚索上施加预应力，通过锚索将桩锚固定在稳定的基岩中，从而起到良好的防止边坡滑动的作用，由于该种抗滑桩形势具有诸多优点，这使得其在大中型滑坡的治理工作中具有广泛的应用；

（2）变截面桩，这种形式的抗滑桩通常为矩形桩，其在土体整体滑坡及岩体滑坡中具有良好的支档效果，并且其支护成本比较低，但是若将其应用于强度比较低、比较松散的土体滑坡中，其治理的成本是比较高的，针对这种情况，在对抗滑桩的承载力及滑坡的形成特点进行有效分析之后，可以应用异型抗滑桩的设计方案，不仅具有良好的经济性性能，还具有良好的抗滑效果，对滑坡具有良好的支档作用。