抗滑桩在治理滑坡方面的研究

张富荣，高伟伟，黄道锋，杨泓烨

（1.兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730000；2.华侨大学 机电及自动化学院，福建 厦门 361021）

0 引言

随着世界上的高铁、公路等各种基建的持续发展，我们已经可以很好地应用现代技术通过防治自然灾害来一定程度上地保护基础建设，比如在高铁、公路当中就很常见支护工程，它可以防治一些高铁、公路旁的坡体滑坡，很好地保护了交通安全，也降低了经济损失。在支护工程中，抗滑桩是一种很实用的结构[1]。

1 抗滑桩的介绍

1.1 抗滑桩的基本概念

抗滑桩是将桩插入滑动面以下的稳定地层中，利用稳定地层岩土的锚固作用以平衡滑坡推力、稳定滑坡的一种结构物。由于抗滑桩具有抗滑能力强、支挡效果好、桩位设置灵活等优点，被广泛应用于大型滑坡灾害的整治。此外，抗滑桩还可用于其他坡体变形及桥台、隧道变形等的加固[2]。

1.2 抗滑桩的国内外研究状况

国外最早的抗滑桩应用于20世纪30年代。19世纪中叶第二次世界大战之后，由于各国经济的复苏和发展，工程建设中发生了大量的滑坡，抗滑桩逐步成为一个治理滑坡的主要方法[3]。而后，抗滑桩设计理论得到初步建立，在20世纪70年代以后实现抗滑桩的快速发展。

国内铁路上最早应用抗滑桩是在20世纪50年代的修建宝成铁路的时候[4]。我国的抗滑桩技术虽落后于国外，但是随着我国基础设施的快速发展，抗滑桩也发展的极为迅速，出现了各种各样的抗滑桩结构，锚索抗滑桩就是很有代表力的其中之一。

2 边坡抗滑桩的设计要求

2.1 设计总思维

抗滑桩的设计思想主要是能充分发挥桩身的力学性能并能长久使用，且应用广泛、施工便捷、经济、环保。其设计还需根据实际情况，通过计算分析，才能得出最佳设计方案。

2.2 桩身设计的安全性要求

对于滑坡体而言，要满足足够的稳定性；即稳定安全系数必须要达到设计要求，以保证滑体不能越过桩顶，也不会从桩间挤出去；对于桩身而言，必须要拥有足够的稳定性和强度；桩的配筋和断面要合理，这样才能达到桩身变形和桩内应力的要求[5]。

2.3 桩身设计的合理性要求

桩布置时候的规格、间距、深度都需要合理设计，在施工安全的前提下，确保每个桩充分发挥作用，节省材料。

2.4 桩身设计的经济性要求

桩身设计时，运用现有的技术，尽可能多地设计方案，通过多方面比较，在保障安全合理的条件下，寻求最佳方案，以减少经济成本。

3 滑坡推力和桩身内力分析

3.1 分析方法

对滑坡力系的分析，就是对滑坡体稳定性的分析。本文主要采用的分析方法是计算安全系数的方法。计算时，假设滑体不发生形变，将滑坡体简化成直线和折线模型，计算滑坡推力。

3.2 滑动面剖面为平面时的计算分析

滑动面剖面为一直线时，是最简单的情况。如图1所示，滑体ABC的自重为G，滑坡体底部AC的长度为L，土坡坡度为a，土的内摩擦角为，土的黏度为c。在不考虑外界条件的情况下，由于滑坡体重力，使土下滑的力，而土体下滑的阻力为，因此安全系数K为：

图1 滑动面剖面直线简图

式（1）为黏性土坡，若在均质无粘性土坡的条件下，则c=0，土体下滑的阻力为由式（1）得，安全系数K为：

从式（1）可得，安全系数K和坡度a成反比，和土的内摩擦角和土的黏度c成正比。当K=1时，下滑的阻力等于滑动力，土坡处于极限状态，由式（2）得，在无黏性土的时候，土内摩擦角等于坡度a。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）规定，一级边坡的安全系数的取值范围在1.25～1.35。

3.3 滑动面剖面为折线时的计算分析

若滑坡剖面为折线时，分析较为复杂，所以将滑坡体进行简化。依据坡度变化，对滑坡体进行分块处理，处于中间段的滑坡块，不仅受上一段的推力而且还受到下一段滑坡体的阻力作用。计算此处滑坡推力一般采用推力计算法计算其稳定性[6]。若图2所示，对滑坡体受力分析：

图2 滑动面剖面折线简图

首先，对最上部的滑块ABC进行受力分析：

由式（3）得：

所以，其反作用力：

根据对滑块CBDE分析得：

由（6）可得：

3.4 桩身内力的计算分析

抗滑桩计算方法常常使用悬臂桩法，把滑面以上抗滑桩受荷段上的作用力均看作外荷载，滑面以上的部分按悬臂构件计算。滑面以上滑体作用于桩身的推力分布图形为矩形或者三角形，其方向与滑动面相平行。根据地基系数与滑床岩体性质的关系，嵌固段桩身内力计算分K法和M法：①K法：地基系数为常数K。滑床为较完整的岩质和硬粘土层。②M法：地基系数随深度呈线性增加。滑床为硬塑-半坚硬的砂粘土、碎石土或风化破碎成土状的软质岩层[7]。推力在桩上的分布，还与桩的变形程度、滑动面土的性质、坡度的大小等因素有关，是一个还待研究的问题。

4 抗滑桩的类型及应用

抗滑桩以桩身材质划分可分为单桩、桩板抗滑桩、框架式抗滑桩、锚索桩等。众所周知，我国是多山地、多丘陵国家。顺层开矿或依山平整建筑场地和修路，经常遇到大的不连续面发育的岩体，由该岩体构成的矿山边坡或路垫边坡若发生滑坡即为平面型滑坡[8]。其受力较为单一，在山区公路建中，若有优质的地理条件，采用单桩或框架式抗滑桩支撑。在青海地区常常使用此类型桩进行边坡加固。

在一般地形条件下，路基边坡一般为折线型滑坡。力系分析较为复杂，采用预应力锚索桩加固边坡，能较好地防止滑坡的发生。例如，在阳泉至左权高速公路中，为治理沿线边坡的一个中型滑坡体，采用了锚索抗滑桩对滑坡体防治，原因是滑坡体滑坡推力较大，如果采用一般的抗滑桩结构难以保证滑坡体的稳定。

5 结语

诚然，抗滑桩在工程建设中运用非常广泛，取得的成就也是有目共睹。但在理论研究方面还不是特别成熟，这更要求广大科研工作者在实践中对抗滑桩的受力进一步的探索和研究，以达到安全、合理、经济的目的。