抗滑樁的發(fā)展現(xiàn)狀及研究成果綜述

陳亞晴 牛 雷

（吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

0 引言

工程建設(shè)時(shí)的挖方或填方會(huì)形成高矮不一的建筑邊坡，而由于周邊環(huán)境的制約，許多工程無放坡條件，只能采取垂直開挖的施工方式。這種施工方式必須有正確的防護(hù)，否則邊坡巖土體在重力及其他因素作用下就會(huì)失穩(wěn)，就會(huì)沿滑動(dòng)面向下滑動(dòng)，造成滑坡。工程施工期間一旦發(fā)生滑坡，往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，因此施工時(shí)采用一定的抗滑措施來保證邊坡穩(wěn)定，十分必要，也是必須的。

在眾多的抗滑措施中，抗滑樁的抗滑能力強(qiáng)，支擋效果好；對(duì)滑體穩(wěn)定性擾動(dòng)小，施工安全；適應(yīng)性廣，預(yù)防能力強(qiáng)；能及時(shí)發(fā)揮抗滑作用，確?；w的穩(wěn)定。這些優(yōu)點(diǎn)使其被廣泛應(yīng)用于邊坡支護(hù)中，治理邊坡的不穩(wěn)定?？够瑯兜慕Y(jié)構(gòu)形式有排式單樁、臺(tái)式抗滑、排架抗滑樁、椅式樁墻、樁拱墻、樁板式抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，我國(guó)抗滑樁的基本型式是排式單樁。本文在分析抗滑樁特點(diǎn)的基礎(chǔ)上綜述其發(fā)展現(xiàn)狀及研究成果。

1 抗滑樁的特點(diǎn)

1.1 抗滑樁的優(yōu)點(diǎn)

（1）抗滑能力強(qiáng)，支擋效果好。通過設(shè)置合理的抗滑樁樁間距和排間距，可形成土拱效應(yīng)，增強(qiáng)樁群整體支護(hù)效果。抗滑樁的布置形式有互相間隔的樁排，互相連接的樁排，下部間隔但頂部連接的樁排或者互相間隔的錨固樁等，排樁的樁間距一般取樁徑的3～5倍，原則上保證樁間土體不從樁間滑出即可。

（2）對(duì)滑體穩(wěn)定性擾動(dòng)小，施工安全?？够瑯妒┕に柰练搅啃。信涮椎氖┕ぴO(shè)備，工期短，是廣泛采用的一種抗滑措施。

（3）適應(yīng)性廣。相對(duì)于普通樁，抗滑樁具有直徑小、長(zhǎng)徑比大及柔性抗滑的特點(diǎn)，并且適用性強(qiáng)、成本低以及施工快捷，因此抗滑樁被廣泛應(yīng)用于邊坡加固等防護(hù)工程中。根據(jù)邊坡滑坡體的厚度、推力大小、防水要求和施工條件，可選用木樁、鋼樁、混凝土樁或鋼筋（鋼軌）混凝土樁。

（4）能及時(shí)發(fā)揮抗滑作用，確?；w的穩(wěn)定。在邊坡上植入抗滑樁，將抗滑樁插入滑動(dòng)面以下的穩(wěn)定土層，當(dāng)邊坡土體下滑時(shí)受到抗滑樁的阻力，樁前滑體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

抗滑樁應(yīng)該嵌入穩(wěn)定地層以下深度，依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在軟質(zhì)巖層中，抗滑樁錨固深度設(shè)計(jì)為樁長(zhǎng)的1/3；硬質(zhì)巖層中設(shè)計(jì)為樁長(zhǎng)的1/4；在土質(zhì)滑床中設(shè)計(jì)為樁長(zhǎng)的1/2；當(dāng)土層沿基巖面滑動(dòng)時(shí)，抗滑樁錨固深度選用樁徑的2～5倍。

（5）可先做樁，后開挖，預(yù)防發(fā)生滑坡。如果先進(jìn)行挖土作業(yè)，有可能會(huì)降低基底土層對(duì)土體的承載力，被挖出的土方也會(huì)影響挖好的基底標(biāo)高；土方開挖之后一般需要加快施工進(jìn)度，防止基底長(zhǎng)時(shí)間暴露而產(chǎn)生質(zhì)量隱患。對(duì)于一般的樁基施工，基本上是把樁基內(nèi)的土通過機(jī)械或者人工的方式排出來，碎石樁是通過擠壓的方式，這對(duì)土體會(huì)造成較大擾動(dòng)，增加土體的不穩(wěn)定性。抗滑樁可以先施作后進(jìn)行土方開挖，待抗滑樁的樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，就可以土方開挖，但為了方便樁間的錨噴施工，一次土方開挖不能超過2.5m。為了更加合理地安排工期，在安排打樁線路時(shí)要考慮到土方開挖的順序。打完樁后先做樁基的靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后再進(jìn)行土方開挖，以預(yù)防滑坡發(fā)生。

（6）樁坑可作為勘探井，驗(yàn)證滑面位置和滑動(dòng)方向，以便調(diào)整設(shè)計(jì)方案，使其更符合工程實(shí)際。

1.2 抗滑樁的破壞形式

李鐵洪等[1]總結(jié)了抗滑樁的4種常見破壞形態(tài)，分別為：

（1）抗滑樁在邊坡中由于抗剪強(qiáng)度不足，樁體被剪斷，樁身抗彎剛度不足，樁體被拉斷。該類破壞形態(tài)常發(fā)生在地基錨固條件較好的巖質(zhì)地段或者樁體本身錨固深度足夠的情況下。

（2）在地基錨固條件不好的土質(zhì)滑坡地段，由于錨固土體抗力不足，土體本身發(fā)生剪切破壞，樁體沒有破壞，只是發(fā)生了較大角度的位移，該破壞形式稱為抗滑樁的推歪或推倒。

（3）在抗滑樁加固邊坡后，由于樁間距過大，不足以形成有效土拱，或者排水措施不當(dāng)，滑體含水量增高，而造成樁后土體從樁間繞流至樁前，該破壞形式稱作滑體流出。

（4）由于樁體高度不足、橫向坡面較陡或者位置選擇不合理而導(dǎo)致的滑體局部土體從樁頂剪出至樁前，該破壞形式稱作冒頂。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況

20 世紀(jì)60 年代，抗滑樁由鐵道部第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院和鐵科院聯(lián)合研制，抗滑樁憑借其諸多的優(yōu)點(diǎn)得以迅速在全國(guó)推廣。

20 世紀(jì)70 年代相關(guān)單位相繼開發(fā)出了椅式抗滑樁、排式抗滑樁、抗滑鍵等多種結(jié)構(gòu)形式，但由于這些抗滑樁的計(jì)算模型和受力協(xié)調(diào)問題復(fù)雜多變，此類抗滑樁在工程中一直應(yīng)用較少。

20世紀(jì)80年代，我國(guó)公路、鐵路等工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，相對(duì)應(yīng)需治理的滑坡等病害坡體規(guī)模越來越大，單獨(dú)使用普通抗滑樁已經(jīng)難以滿足工程需要。基于此種情況，鐵科院西北分院在普通抗滑樁基礎(chǔ)上增設(shè)錨索，形成“支點(diǎn)”以改善抗滑樁受力并提高了抗滑樁抗滑能力，該錨索抗滑樁的工程規(guī)模比普通抗滑樁的工程規(guī)模減少近1/3。錨索抗滑樁自發(fā)明以來，由于其相對(duì)較小的工程規(guī)模、主動(dòng)的工程防護(hù)特性和較好的結(jié)構(gòu)受力，迅速地在全國(guó)得以應(yīng)用，對(duì)邊坡工程治理具有良好的效果。在錨索抗滑樁的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)完善，發(fā)明了多點(diǎn)梁式錨索抗滑樁、設(shè)置于抗滑樁體內(nèi)的內(nèi)錨式錨索抗滑樁等多種結(jié)構(gòu)形式，都在工程實(shí)踐中得到了有效應(yīng)用。目前樁型有全埋式抗滑樁、埋入式抗滑樁、反壓體懸臂式抗滑樁、抗滑鍵、內(nèi)錨式錨索抗滑樁、錨索抗滑樁、雙排樁錨索、椅式樁等多種。

2.2 國(guó)外發(fā)展概況

20世紀(jì)40年代，由于重力式擋土墻結(jié)構(gòu)造價(jià)高，國(guó)外開始使用樁板墻結(jié)構(gòu)代替重力式擋土墻結(jié)構(gòu)來加固邊坡。

20世紀(jì)60到70年代，抗滑擋土墻常與排水工程聯(lián)合應(yīng)用，與此同時(shí)抗滑樁工程得到大力開發(fā)和發(fā)展，以解決抗滑擋土墻施工中的困難。例如前蘇聯(lián)和歐美國(guó)家多用鉆孔鋼筋混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)20～30m，樁直徑1.0～1.5m。日本主要使用鉆孔鋼管樁，樁長(zhǎng)20～30m，鉆孔直徑400～550mm，為了提高樁的抗彎能力，把兩排樁或三排樁樁頂用承臺(tái)連接，形成整體受力。

20世紀(jì)70年代后期，日本開始應(yīng)用挖孔抗滑樁，樁直徑為1.5～3.5m。

20世紀(jì)80年代以來，在應(yīng)用小直徑抗滑樁的同時(shí)，為了治理大型滑坡，工程上開始使用大直徑挖孔抗滑樁。

3 國(guó)內(nèi)外抗滑樁研究成果

3.1 抗滑樁的理論研究

宋英杰等[2]總結(jié)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于抗滑樁加固邊坡時(shí)提供的抗滑力以及加固后邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算方法，主要分為3種，即極限平衡法、極限分析法和強(qiáng)度折減法。

王誠(chéng)等[3]對(duì)邊坡抗滑樁土拱效應(yīng)的理論研究進(jìn)行了總結(jié)。

3.2 抗滑樁的模型試驗(yàn)研究

蒲建軍等[4]針對(duì)采用樁與樁板墻加固路基邊坡進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)比，分析了在橫向荷載作用下兩種支護(hù)形式的受力及變形特點(diǎn)。

李陽等[5]利用模型試驗(yàn)?zāi)M在黃土邊坡中設(shè)置雙排抗滑樁后，樁的受力、變形和破壞過程，比較了幾種類型的雙排抗滑樁與單排樁受力性能的不同。

任翔等[6]針對(duì)抗滑樁嵌固段的樁前被動(dòng)土拱形成演化過程，通過模型試驗(yàn)進(jìn)行了研究，測(cè)出樁前土壓力和抗滑樁嵌固段樁身彎矩，并利用數(shù)值模擬進(jìn)行對(duì)比分析，得出樁前被動(dòng)土拱演變規(guī)律。

馬鵬杰等[7]通過對(duì)未加樁的邊坡滑體進(jìn)行推移破壞試驗(yàn)，并進(jìn)行了微型樁加固長(zhǎng)大緩傾裂隙土邊坡的模型試驗(yàn)以分析各參數(shù)的影響，通過改變樁長(zhǎng)、排間距和樁的位置，得出了微型樁對(duì)邊坡的加固效應(yīng)和樁本身的受力特性。

3.3 抗滑樁的數(shù)值模擬研究

曾晉等[8]利用Abaqus 對(duì)抗滑樁加固邊坡進(jìn)行數(shù)值模擬研究，得出安全系數(shù)隨樁間距增大而減??；分析得到了抗滑樁最優(yōu)加固位置；抗滑樁的長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)對(duì)邊坡穩(wěn)定有益，并且對(duì)于抗滑樁的錨固深度也有要求。

朱懷銀等[9]利用Abaqus 對(duì)多排微型樁邊坡加固效果進(jìn)行分析，結(jié)果表明，邊坡滑體的巖土強(qiáng)度影響微型樁群抵抗滑坡推力的能力，強(qiáng)度越高，樁群能抵抗滑坡推力的能力越大；在軟弱地層條件下，多排豎直微型樁群對(duì)邊坡加固效果不明顯。

王孝哲等[10]利用Flac3D 對(duì)傾斜微型樁群加固堆積層邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，定義微型樁群與鉛垂面夾角為樁傾角，樁傾角取-20。及90。以上，傾斜微型樁群相比鉛垂微型樁群的支護(hù)效果有提高。

劉松等[11]利用Midas對(duì)H型抗滑樁進(jìn)行數(shù)值模擬研究，對(duì)抗滑樁治理邊坡的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，認(rèn)為H 型抗滑樁達(dá)到了治理邊坡的工程需求，H型樁能夠控制坡體位移，避免坡體進(jìn)一步移動(dòng)。在控制邊坡位移過程中，H型抗滑樁所受彎矩、剪力和軸力均在合理范圍內(nèi)，靠近坡體的樁的受力大于靠近路面的樁的受力，為了節(jié)省造價(jià)，可以提高靠近坡體樁的強(qiáng)度。H型抗滑樁將剪力分散于巖土體中，避免了應(yīng)力集中。

黃飛虎等[12]對(duì)傳統(tǒng)的螺紋鋼樁加固邊坡的三維有限元模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，得出一個(gè)合理的簡(jiǎn)化模型，并且利用數(shù)值模擬對(duì)比分析了等直徑鋼管樁和螺紋鋼樁對(duì)加固邊坡的承載性能。

3.4 抗滑樁的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

李榕等[13]在現(xiàn)場(chǎng)采用抗滑樁加固邊坡，結(jié)果表明對(duì)提高邊坡穩(wěn)定性有益。邊坡處理設(shè)計(jì)有削坡減載和加抗滑樁兩種方式，由于削坡減載周期長(zhǎng)且對(duì)溢洪道施工干擾大，所以最終建議選用鋼筋混凝土抗滑樁。

丁慧等[14]研究了不同種類邊坡與錨索抗滑樁間接觸應(yīng)力的分布規(guī)律。

于海濱等[15]研究了坡面錨索和坡腳抗滑樁聯(lián)合加固邊坡的組合設(shè)計(jì)方法，得到錨索預(yù)應(yīng)力的合理設(shè)計(jì)值在邊坡加固前剩余下滑力的0.5倍以內(nèi)，作為抗滑樁的設(shè)計(jì)負(fù)荷；錨樁的安全系數(shù)受抗滑樁錨固的深度影響，抗滑樁錨固深度取1/3～1/2的樁長(zhǎng)，錨樁安全系數(shù)最高；在一定范圍內(nèi)，錨樁截面尺寸增大，邊坡位移減小，邊坡不易失穩(wěn)。

周鵬等[16]研究在邊坡上架設(shè)旋挖擠壓樁的施工技術(shù)措施，在邊坡上的樁基礎(chǔ)采用旋挖擠擴(kuò)灌注樁比較好，但此樁對(duì)場(chǎng)地要求高，半坡樁無法施工。

4 結(jié)束語

綜上所述，抗滑樁的特點(diǎn)分明，應(yīng)用廣泛；國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)抗滑樁的研究，主要從四個(gè)方面入手，即：理論研究、模型試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。雖然針對(duì)抗滑樁加固邊坡進(jìn)行了很多研究，但是仍然有許多可進(jìn)一步研究的其他方面，比如：在抗滑樁加固邊坡的研究中，常常假定樁本身是安全剛性不變形的，但實(shí)際情況并非如此；邊坡常常是巖土結(jié)合邊坡，模型試驗(yàn)往往將土層設(shè)置成單一土體類型；巖土結(jié)合處的邊坡滑面的位置不易確定等。目前還存在理論研究滯后于工程實(shí)踐的情況，只要我們結(jié)合已有研究成果和未來可研究的方向，一定能建立更加完善的抗滑樁研究體系，并豐富其理論體系。