抗滑桩设计方法与发展前景

(重庆交通大学 重庆 400074)

一、引言

抗滑桩加固滑坡的有效性，使抗滑桩成为治理滑坡灾害的主流工程措施，随着我国西部大开发以及加快基础设施建设，在土木工程滑坡治理中，抗滑桩被广泛采用。

抗滑桩主要的设计方法是采用传递系数法和极限平衡法等，计算每块滑体处的剩余下滑力，根据计算每块滑体的剩余下滑力再结合工程实际情况，找出抗滑桩最佳的设置位置，再确定抗滑桩间距计算每个抗滑桩所需承担的推力，就可以对抗滑桩的截面和锚固深度进行设计，因为其简单的力学方法和成功的工程应用，使其成为抗滑桩的主流设计方法。这种设计方法是将抗滑桩和滑体分开考虑的，另一种方法是将抗滑桩和滑体看成相互作用的整体体系，桩间产生土拱效应，抗滑桩为桩间土提供支撑，共同受力。

二、研究进展

(一)抗滑桩所受推力大小。滑坡推力的计算是抗滑桩设计内容的第一步，也是最重要的内容之一，直接决定了桩的后续设计，如抗滑桩设置位置及每延米滑体的剩余下滑力、桩的截面等。潘家铮(1980年)[1]提出在边坡原始情况使用传递系数法计算在天然的情况下每块滑块的剩余下滑力，再计算设计安全系数每块滑块的剩余下滑力，后者减去前者就可以得到抗滑桩在每块滑块处所承受的滑坡推力值，这种方法忽略了岩土体的自身承载能力，计算偏于保守。

林峰、黄润秋(2000年)[2]认为传递系数法只考虑了滑块的移动趋势，却没有考虑到滑块中存在的力矩平衡，存在不足之处，改进Janbu法使设计更加合理。程建军[3]等研究表明了有限元法计算滑块推力结果，相对于之前的方法更加合理，应该推广使用。雷达(2015年)[4]得出了有限元法和传递系数法相比，设计推力变化趋势一致，但是有限元法计算结果小于传递系数法的结果。在设计时多数采用传递系数法计算滑坡推力，由此可以得出现阶段设计抗滑桩偏于保守。

(二)抗滑桩的布置位置。抗滑桩的布置在滑坡的位置间接影响了抗滑桩需承担的推力大小，进而影响到抗滑桩间距、截面、配筋等设计，因此抗滑桩布置在滑体中的位置也很重要。贺建清、张家生(1999年)[5]认为抗滑桩应该设置在上设计剩余推力值与下设计剩余推力值差值最小处。这种方法虽然使抗滑桩所受推力减到了最小，桩身的弯矩和剪力也相对较小，节省了工程造价，但是可能会发生桩后土体绕过桩顶滑出，有安全隐患。杨斌(2014年)[6]将抗滑桩分别设置于滑坡的前缘、中部和后缘，抗滑桩布置在滑坡中部稳定性最大，布置在滑坡后缘稳定性最小。如果抗滑桩布置于滑坡中部，桩身将承受最大弯矩和剪力，工程造价将会增多，布置于滑坡后缘，桩身后的土体将得不到治理。因此，合理的桩位布置需要结合实际情况来确定，对不同的滑坡进行分析每个桩位滑坡的稳定系数，结合工程造价等诸多因素。

(三)桩身内力计算。将抗滑桩受力段与锚固段分开计算，受力段视为悬臂桩计算内力，锚固段按地基梁计算。一般认为，受力段的推力分布呈三角形、矩形或梯形分布三种情况。林峰、黄润秋(2000年)[2]则认为真正的散体呈三角形分布，岩石滑坡按矩形分布，沉积年代已久的土体呈梯形分布。

抗滑桩受到滑坡产生的推力之后，会将力传递给锚固段的岩土体，使锚固段的岩土体发生形变，从而提供弹性抗力，使桩不仅在水平方向受力平衡，且受到的力矩也要平衡。按弹性地基梁计算锚固段的抗滑桩内力，可根据锚固段的岩土体不同，分为“m法”、“K法”和“c法”，“m法”适用于地基抗力系数呈线性增长的土体，“K法”适用于地基抗力系数不变的岩体，“c法”适用于地基抗力系数呈抛物线增长的土体。实际上桩内力计算方法的选取，应该充分考虑在不同地址环境下桩自身变形情况，可选取它们的组合方法，如“m-K法”和“c-K法”等。

(四)合理的桩间距。对于抗滑桩的桩间距，目前还没有相对成熟的方法来计算，都是凭着经验来控制，如果桩间距设置过大，可能会导致部分滑体没有得到加固，整体稳定性不够，桩间距设置过小，工程造价又会增加。合理的桩间距不仅能够增强岩土体之间的土拱效应，满足整体稳定性，而且经济适用。通常情况下，当滑体完整、密实或者滑坡推力较小的时候，桩间距可适当取大些，反之则反；对于滑体厚点的部位桩间距应取小一些，滑体薄点的部位可取大一些。有时候还需要考虑地下水、雨水和地表水对抗滑桩桩间土稳定的影响。

(五)锚固深度的确定。对于抗滑桩桩身嵌入锚固段多长一直没有一个成熟的理论，都是根据经验来初步确定，如对土层或软质岩约为桩长的1/3至1/2，对于较坚硬或完整性较高的岩石约为桩长的1/4至1/3[7]。然后根据锚固段的岩土体地基抗力系数的变化规律，选取较合适的计算方法，计算出锚固段内桩侧的抗力，抗力的大小应该小于桩侧土容许抗力。桩的挠度有正有负，比较时应该用绝对值，如果抗力过大，则应该加长锚固段的桩长，抗力偏小则应减小锚固段桩长，直到满足一定的数值差值，这样设计的抗滑桩不仅满足滑坡稳定要求，而且经济适用。

(六)发展前景。抗滑桩作为治理滑坡的最有效的方法之一，已经在国内外工程中广泛的运用，随着我国基础设施建设的迅速发展，山区新建的铁路与公路工程不断增加，特别是高速公路和高速铁路的大量修建，会涌现出大量需要治理的滑坡，边坡工程的安全性也提出了更高的要求，迫切需要抗滑桩在理论设计与施工建设方面有新的突破。纵观已有的抗滑桩设计方法，无论是作用于桩身的荷载，还是桩身受荷段的滑坡推力分布形式等都没能完全的解决实际问题，理论模型，计算参数还有计算方法都需要进一步的深入研究。同时，由于现代科技的不断发展，抗滑桩将来的设计方法更多的会利用计算机软件，从系统的角度全面分析滑坡的稳定性，设计会比现在安全和经济。

抗滑桩目前的类型较简单，在今后的抗滑桩结构将会更加复杂，以满足不同滑坡的治理要求。在某些滑坡地段地势较险峻，无法用机械施工，抗滑桩的开挖都是人工开挖，开挖速度慢，很多工人的安全意识不是很强，安全隐患较大，但是人工开挖的成孔质量较高；而使用机械开挖的抗滑桩虽然速度快，但是往往不好控制成孔质量，经常会引起孔壁塌落甚至破坏滑体导致滑坡失稳。科学技术迅速发展，在不久的将来，将会有更加灵活的机械设备应用在工程中，抗滑桩的施工会变得更安全。

三、结论

滑坡治理是一项影响因素诸多的工程，抗滑桩设计中存在的诸多弊端和使用条件，说明了抗滑桩的研究任务任重而道远。而在我们已有的设计方法应用中应重视工程地质勘察，根据资料认真分析滑坡中的断面形式和土体性质，周密考虑各方面的因素，选择较合适的方法计算滑坡推力和内力计算等，抗滑桩设计理念的突破，将对滑坡治理工程实际具有重要的意义。

【参考文献】

[1]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].北京：水利出版社,1980.

[2]林峰,黄润秋.滑坡推力计算的改进Janbu法[J].工程地质学报,2000,08(04):493-496.

[3]程建军,廖小平,王浩,等.滑坡推力计算方法的对于研究与应用[J].水文地质工程地质,2008(1):44-47.

[4]雷达,蒋关鲁,等.抗滑桩设计推力计算的有限元方法[J].铁道建筑,2015,(7):89-91.

[5]贺建清,张家生,梅松华.弹性抗滑桩设计中几个问题的探讨[J].岩石力学与工程学报,1999,18(5):600-602.