门型刚构 （桩拱体系）支护结构在工程中的应用探讨

于 虹

贵州省建筑设计研究院有限责任公司，贵州贵阳 550081

贵州地处山区，地形地质条件复杂，特别是在雨季，经常发生滑坡等地质灾害。一旦发生滑坡，不仅会造成交通中断，影响道路的正常运行，而且如果滑坡较大，还会堵塞河道、摧毁建筑，对山区建设和交通设施都具有极大危害。而抗滑桩的出现，在治理滑坡方面是一大进步，与其他的支档结构相比，它圬工数量少、施工破坏小、施工安全、布置灵活、适应性强，加之受力结构合理，可以抵抗巨大的滑坡推力，是目前滑坡治理的主要手段。而经过了多年的理论研究和工程实践，国内的滑坡治理工作在各个方面已经取得了不小的成就，但在岩层较弱或土层多种地质情况交叉的地区，传统的抗滑桩桩身结构仍存在许多问题和局限，为此，在治理滑坡方面，从单桩向支护结构发展，如双排抗滑桩、门架式双排抗滑桩等，通过连系梁等连接构件发挥结构的空间整体效应，具有结构整体刚度大，支护强度高，桩顶位移小等一系列优势的门架式双排桩抗滑桩支档体系越来越受到工程人员的青睐，目前广泛运用于大型滑坡治理工程。

1 门架式双排桩

门架式双排桩是指在地基中设置前、后两排钢筋混凝土桩，并在桩顶部分通过刚性梁把前、后两排桩联结起来，形成一种“门”字形的空间结构，因其外形与传统的门框较为相似，所以称为门架式双排桩。

双排桩支护结构是在单排悬臂桩的基础上后移了部分桩，使之形成一种较为稳定的空间结构体系。而门架式双排桩内部没有锚杆支撑，它是在双排桩的基础上，通过在桩顶设置刚性连系梁，使得前、后排桩形成一个空间整体结构，通过桩与土之间的相互作用，充分发挥空间组合效应，提高结构的整体刚度，进而提高抗滑性能。同时，它能够保持坡体的稳定，防止桩身产生过大的变形或位移，满足施工要求的同时也保证相邻环境的安全。由于门架式双排抗滑桩具有桩身位移小、结构安全、施工方便、工期短、经济等优点，目前已被越来越多的工程采用。

门架式双排桩的主要特点表现为：

（1）前排桩的作用是分担土压力，后排桩的作用是支挡和拉锚；前后排桩共同形成一个空间结构，同时承受土压力；

（2）充分利用“土拱效应”（桩-土之间的共同作用），从而改变土体的侧压力分布，进而增强支挡的效果；

（3）作为一个空间结构，能够根据外荷载的变化自动调节桩身的内力，不断适应外部受力环境的改变，从而增强结构的稳定性和整体刚度；与普通的抗滑桩相比，除了整体刚度大、稳定性好的优点外，还有施工简便，后续工作平台较大，建设速度快、省钱省力等特点。

2 门型刚构（桩拱体系）在实际工程中的应用

门型刚构（桩拱体系）组合结构体系是在双排桩基础上提出的一种新型支挡结构体系，是由门型刚构、拱墙、口字墩组成一种空间组合支护结构。结构形式见图1。

图1 门型刚构支护设计效果图

相对于传统门架式双排桩结构而言，其主要变化主要有两点：

（1）在桩间形成实体拱替代桩间“应力拱”，根据相关研究资料，抗滑桩桩间形成“应力拱”的桩间距存在某一取值范围，超出这一范围后桩间“应力拱”将不再出现， 而实体拱的存在只取决于拱的结构受力情况。

（2）在依赖于“土拱效应”的传统门架式双排桩支护结构中，桩间“应力拱”承担着将桩间土压力（或滑坡推力）转移到桩体上的作用，但相关研究证明，桩间形成的“土拱”只是把大部分土压力转移到桩体上，土体仍然需承担残留的一小部分土压力。土体分担滑坡推力的大小又和桩间距与桩径比S/d相关，随着桩径比（S/d）的增大，土体分担的滑坡推力也相应增大，一旦桩径比（S/d）超过某一数值（临界值），坡体在土体分担滑坡推力的作用下就会产生滑动，抗滑桩也将失效，而实体拱将不会出现上述情况。

将连续的门型刚构（桩拱体系）分段，每段门型刚构（桩拱体系）两端设立大刚度的口字墩，用于消解由分段中间门型刚构传来的侧向水平力，保证整个结构体系的横向稳定性。

门型刚构（桩拱体系）非常适用于由二元岩土体组成的边坡或基坑的支护。在门型刚构（桩拱体系）支护结构中，上部拱墙负责松散填土或强风化岩体的支档，将土体压力通过桩间拱墙完全传递给桩体；下部与岩体直接接触的排桩承担不稳定岩体的剩余下滑力，并通过门型刚构组成的空间结构来共同抵抗桩后荷载作用。

门型刚构（桩拱体系）作为一种组合式的空间支护体系，具有明确的结构传力路径，其各个组成部分之间的刚度配比可通过力学计算进行最大限度的精确控制，实现支护结构的最大经济性设计。受力形式见图2。

图2 门型刚构（桩拱体系）传力路径

在门型刚构（桩拱体系）组合结构中，拱墙把桩后岩土体推力分解成水平、竖向分力交给两侧桩体，由于结构具有对称性，则各个拱墙传来的水平分力会相互抵消，只剩（每个分段）两侧的最后一个水平分力传递给口字墩，而垂直支护面的竖向分力（以拱墙的视角来看）则通过拱脚的桩体传递给整个门型刚构承担，最终将其传递给抗滑桩锚固段岩体；另一方面，由桩体直接承担的岩石推力则直接交给整个支护结构，并最终传递至抗滑桩锚固段岩体。

根据上述门型刚构（桩拱体系）支护结构传力路径分析可知，由于桩后实体拱墙的存在，一方面可在结构允许的范围内取更大或更小的桩间距，改善门架式双排桩固有桩间距取值区间的限制；另一方面可通过对拱墙结构尺寸的合理选择来最大限度消减支护结构需要直接承受的荷载，对整个支护组合结构体系进行合理的刚度配比优化，提高支护结构设计的经济性。

3 结语

抗滑桩作为一种在滑坡治理及基坑边坡等工程中的重要手段，一直以来都保持着强大的生命力，本次研究提出的一种全新支护结构体系—门型刚构（桩拱体系），脱胎于门架式双排桩支护结构，在继承了其已有的结构特性的同时又完美的解决了具有二元岩土体特性的滑坡（或边坡）治理工程中的结构优化问题。可以说，门型刚构（桩拱体系）在岩土工程治理中必将会有出色的表现，是一种优秀的新型结构体系。