抗滑樁設(shè)計方法與發(fā)展前景

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

一、引言

抗滑樁加固滑坡的有效性，使抗滑樁成為治理滑坡災(zāi)害的主流工程措施，隨著我國西部大開發(fā)以及加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在土木工程滑坡治理中，抗滑樁被廣泛采用。

抗滑樁主要的設(shè)計方法是采用傳遞系數(shù)法和極限平衡法等，計算每塊滑體處的剩余下滑力，根據(jù)計算每塊滑體的剩余下滑力再結(jié)合工程實際情況，找出抗滑樁最佳的設(shè)置位置，再確定抗滑樁間距計算每個抗滑樁所需承擔(dān)的推力，就可以對抗滑樁的截面和錨固深度進行設(shè)計，因為其簡單的力學(xué)方法和成功的工程應(yīng)用，使其成為抗滑樁的主流設(shè)計方法。這種設(shè)計方法是將抗滑樁和滑體分開考慮的，另一種方法是將抗滑樁和滑體看成相互作用的整體體系，樁間產(chǎn)生土拱效應(yīng)，抗滑樁為樁間土提供支撐，共同受力。

二、研究進展

(一)抗滑樁所受推力大小。滑坡推力的計算是抗滑樁設(shè)計內(nèi)容的第一步，也是最重要的內(nèi)容之一，直接決定了樁的后續(xù)設(shè)計，如抗滑樁設(shè)置位置及每延米滑體的剩余下滑力、樁的截面等。潘家錚(1980年)[1]提出在邊坡原始情況使用傳遞系數(shù)法計算在天然的情況下每塊滑塊的剩余下滑力，再計算設(shè)計安全系數(shù)每塊滑塊的剩余下滑力，后者減去前者就可以得到抗滑樁在每塊滑塊處所承受的滑坡推力值，這種方法忽略了巖土體的自身承載能力，計算偏于保守。

林峰、黃潤秋(2000年)[2]認(rèn)為傳遞系數(shù)法只考慮了滑塊的移動趨勢，卻沒有考慮到滑塊中存在的力矩平衡，存在不足之處，改進Janbu法使設(shè)計更加合理。程建軍[3]等研究表明了有限元法計算滑塊推力結(jié)果，相對于之前的方法更加合理，應(yīng)該推廣使用。雷達(dá)(2015年)[4]得出了有限元法和傳遞系數(shù)法相比，設(shè)計推力變化趨勢一致，但是有限元法計算結(jié)果小于傳遞系數(shù)法的結(jié)果。在設(shè)計時多數(shù)采用傳遞系數(shù)法計算滑坡推力，由此可以得出現(xiàn)階段設(shè)計抗滑樁偏于保守。

(二)抗滑樁的布置位置?？够瑯兜牟贾迷诨碌奈恢瞄g接影響了抗滑樁需承擔(dān)的推力大小，進而影響到抗滑樁間距、截面、配筋等設(shè)計，因此抗滑樁布置在滑體中的位置也很重要。賀建清、張家生(1999年)[5]認(rèn)為抗滑樁應(yīng)該設(shè)置在上設(shè)計剩余推力值與下設(shè)計剩余推力值差值最小處。這種方法雖然使抗滑樁所受推力減到了最小，樁身的彎矩和剪力也相對較小，節(jié)省了工程造價，但是可能會發(fā)生樁后土體繞過樁頂滑出，有安全隱患。楊斌(2014年)[6]將抗滑樁分別設(shè)置于滑坡的前緣、中部和后緣，抗滑樁布置在滑坡中部穩(wěn)定性最大，布置在滑坡后緣穩(wěn)定性最小。如果抗滑樁布置于滑坡中部，樁身將承受最大彎矩和剪力，工程造價將會增多，布置于滑坡后緣，樁身后的土體將得不到治理。因此，合理的樁位布置需要結(jié)合實際情況來確定，對不同的滑坡進行分析每個樁位滑坡的穩(wěn)定系數(shù)，結(jié)合工程造價等諸多因素。

(三)樁身內(nèi)力計算。將抗滑樁受力段與錨固段分開計算，受力段視為懸臂樁計算內(nèi)力，錨固段按地基梁計算。一般認(rèn)為，受力段的推力分布呈三角形、矩形或梯形分布三種情況。林峰、黃潤秋(2000年)[2]則認(rèn)為真正的散體呈三角形分布，巖石滑坡按矩形分布，沉積年代已久的土體呈梯形分布。

抗滑樁受到滑坡產(chǎn)生的推力之后，會將力傳遞給錨固段的巖土體，使錨固段的巖土體發(fā)生形變，從而提供彈性抗力，使樁不僅在水平方向受力平衡，且受到的力矩也要平衡。按彈性地基梁計算錨固段的抗滑樁內(nèi)力，可根據(jù)錨固段的巖土體不同，分為“m法”、“K法”和“c法”，“m法”適用于地基抗力系數(shù)呈線性增長的土體，“K法”適用于地基抗力系數(shù)不變的巖體，“c法”適用于地基抗力系數(shù)呈拋物線增長的土體。實際上樁內(nèi)力計算方法的選取，應(yīng)該充分考慮在不同地址環(huán)境下樁自身變形情況，可選取它們的組合方法，如“m-K法”和“c-K法”等。

(四)合理的樁間距。對于抗滑樁的樁間距，目前還沒有相對成熟的方法來計算，都是憑著經(jīng)驗來控制，如果樁間距設(shè)置過大，可能會導(dǎo)致部分滑體沒有得到加固，整體穩(wěn)定性不夠，樁間距設(shè)置過小，工程造價又會增加。合理的樁間距不僅能夠增強巖土體之間的土拱效應(yīng)，滿足整體穩(wěn)定性，而且經(jīng)濟適用。通常情況下，當(dāng)滑體完整、密實或者滑坡推力較小的時候，樁間距可適當(dāng)取大些，反之則反；對于滑體厚點的部位樁間距應(yīng)取小一些，滑體薄點的部位可取大一些。有時候還需要考慮地下水、雨水和地表水對抗滑樁樁間土穩(wěn)定的影響。

(五)錨固深度的確定。對于抗滑樁樁身嵌入錨固段多長一直沒有一個成熟的理論，都是根據(jù)經(jīng)驗來初步確定，如對土層或軟質(zhì)巖約為樁長的1/3至1/2，對于較堅硬或完整性較高的巖石約為樁長的1/4至1/3[7]。然后根據(jù)錨固段的巖土體地基抗力系數(shù)的變化規(guī)律，選取較合適的計算方法，計算出錨固段內(nèi)樁側(cè)的抗力，抗力的大小應(yīng)該小于樁側(cè)土容許抗力。樁的撓度有正有負(fù)，比較時應(yīng)該用絕對值，如果抗力過大，則應(yīng)該加長錨固段的樁長，抗力偏小則應(yīng)減小錨固段樁長，直到滿足一定的數(shù)值差值，這樣設(shè)計的抗滑樁不僅滿足滑坡穩(wěn)定要求，而且經(jīng)濟適用。

(六)發(fā)展前景?？够瑯蹲鳛橹卫砘碌淖钣行У姆椒ㄖ?，已經(jīng)在國內(nèi)外工程中廣泛的運用，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅速發(fā)展，山區(qū)新建的鐵路與公路工程不斷增加，特別是高速公路和高速鐵路的大量修建，會涌現(xiàn)出大量需要治理的滑坡，邊坡工程的安全性也提出了更高的要求，迫切需要抗滑樁在理論設(shè)計與施工建設(shè)方面有新的突破?？v觀已有的抗滑樁設(shè)計方法，無論是作用于樁身的荷載，還是樁身受荷段的滑坡推力分布形式等都沒能完全的解決實際問題，理論模型，計算參數(shù)還有計算方法都需要進一步的深入研究。同時，由于現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，抗滑樁將來的設(shè)計方法更多的會利用計算機軟件，從系統(tǒng)的角度全面分析滑坡的穩(wěn)定性，設(shè)計會比現(xiàn)在安全和經(jīng)濟。

抗滑樁目前的類型較簡單，在今后的抗滑樁結(jié)構(gòu)將會更加復(fù)雜，以滿足不同滑坡的治理要求。在某些滑坡地段地勢較險峻，無法用機械施工，抗滑樁的開挖都是人工開挖，開挖速度慢，很多工人的安全意識不是很強，安全隱患較大，但是人工開挖的成孔質(zhì)量較高；而使用機械開挖的抗滑樁雖然速度快，但是往往不好控制成孔質(zhì)量，經(jīng)常會引起孔壁塌落甚至破壞滑體導(dǎo)致滑坡失穩(wěn)?？茖W(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，在不久的將來，將會有更加靈活的機械設(shè)備應(yīng)用在工程中，抗滑樁的施工會變得更安全。

三、結(jié)論

滑坡治理是一項影響因素諸多的工程，抗滑樁設(shè)計中存在的諸多弊端和使用條件，說明了抗滑樁的研究任務(wù)任重而道遠(yuǎn)。而在我們已有的設(shè)計方法應(yīng)用中應(yīng)重視工程地質(zhì)勘察，根據(jù)資料認(rèn)真分析滑坡中的斷面形式和土體性質(zhì)，周密考慮各方面的因素，選擇較合適的方法計算滑坡推力和內(nèi)力計算等，抗滑樁設(shè)計理念的突破，將對滑坡治理工程實際具有重要的意義。

【參考文獻】

[1]潘家錚.建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析[M].北京：水利出版社,1980.

[2]林峰,黃潤秋.滑坡推力計算的改進Janbu法[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2000,08(04):493-496.

[3]程建軍,廖小平,王浩,等.滑坡推力計算方法的對于研究與應(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2008(1):44-47.

[4]雷達(dá),蔣關(guān)魯,等.抗滑樁設(shè)計推力計算的有限元方法[J].鐵道建筑,2015,(7):89-91.

[5]賀建清,張家生,梅松華.彈性抗滑樁設(shè)計中幾個問題的探討[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1999,18(5):600-602.