抗滑桩的发展现状及研究成果综述

陈亚晴 牛 雷

（吉林建筑大学土木工程学院，吉林 长春 130118）

0 引言

工程建设时的挖方或填方会形成高矮不一的建筑边坡，而由于周边环境的制约，许多工程无放坡条件，只能采取垂直开挖的施工方式。这种施工方式必须有正确的防护，否则边坡岩土体在重力及其他因素作用下就会失稳，就会沿滑动面向下滑动，造成滑坡。工程施工期间一旦发生滑坡，往往会导致严重后果，因此施工时采用一定的抗滑措施来保证边坡稳定，十分必要，也是必须的。

在众多的抗滑措施中，抗滑桩的抗滑能力强，支挡效果好；对滑体稳定性扰动小，施工安全；适应性广，预防能力强；能及时发挥抗滑作用，确保滑体的稳定。这些优点使其被广泛应用于边坡支护中，治理边坡的不稳定。抗滑桩的结构形式有排式单桩、台式抗滑、排架抗滑桩、椅式桩墙、桩拱墙、桩板式抗滑桩、预应力锚索抗滑桩，我国抗滑桩的基本型式是排式单桩。本文在分析抗滑桩特点的基础上综述其发展现状及研究成果。

1 抗滑桩的特点

1.1 抗滑桩的优点

（1）抗滑能力强，支挡效果好。通过设置合理的抗滑桩桩间距和排间距，可形成土拱效应，增强桩群整体支护效果。抗滑桩的布置形式有互相间隔的桩排，互相连接的桩排，下部间隔但顶部连接的桩排或者互相间隔的锚固桩等，排桩的桩间距一般取桩径的3～5倍，原则上保证桩间土体不从桩间滑出即可。

（2）对滑体稳定性扰动小，施工安全。抗滑桩施工所需土方量小，有配套的施工设备，工期短，是广泛采用的一种抗滑措施。

（3）适应性广。相对于普通桩，抗滑桩具有直径小、长径比大及柔性抗滑的特点，并且适用性强、成本低以及施工快捷，因此抗滑桩被广泛应用于边坡加固等防护工程中。根据边坡滑坡体的厚度、推力大小、防水要求和施工条件，可选用木桩、钢桩、混凝土桩或钢筋（钢轨）混凝土桩。

（4）能及时发挥抗滑作用，确保滑体的稳定。在边坡上植入抗滑桩，将抗滑桩插入滑动面以下的稳定土层，当边坡土体下滑时受到抗滑桩的阻力，桩前滑体达到稳定状态。

抗滑桩应该嵌入稳定地层以下深度，依据工程经验，在软质岩层中，抗滑桩锚固深度设计为桩长的1/3；硬质岩层中设计为桩长的1/4；在土质滑床中设计为桩长的1/2；当土层沿基岩面滑动时，抗滑桩锚固深度选用桩径的2～5倍。

（5）可先做桩，后开挖，预防发生滑坡。如果先进行挖土作业，有可能会降低基底土层对土体的承载力，被挖出的土方也会影响挖好的基底标高；土方开挖之后一般需要加快施工进度，防止基底长时间暴露而产生质量隐患。对于一般的桩基施工，基本上是把桩基内的土通过机械或者人工的方式排出来，碎石桩是通过挤压的方式，这对土体会造成较大扰动，增加土体的不稳定性。抗滑桩可以先施作后进行土方开挖，待抗滑桩的桩身混凝土强度达到设计值后，就可以土方开挖，但为了方便桩间的锚喷施工，一次土方开挖不能超过2.5m。为了更加合理地安排工期，在安排打桩线路时要考虑到土方开挖的顺序。打完桩后先做桩基的静载试验，试验合格后再进行土方开挖，以预防滑坡发生。

（6）桩坑可作为勘探井，验证滑面位置和滑动方向，以便调整设计方案，使其更符合工程实际。

1.2 抗滑桩的破坏形式

李铁洪等[1]总结了抗滑桩的4种常见破坏形态，分别为：

（1）抗滑桩在边坡中由于抗剪强度不足，桩体被剪断，桩身抗弯刚度不足，桩体被拉断。该类破坏形态常发生在地基锚固条件较好的岩质地段或者桩体本身锚固深度足够的情况下。

（2）在地基锚固条件不好的土质滑坡地段，由于锚固土体抗力不足，土体本身发生剪切破坏，桩体没有破坏，只是发生了较大角度的位移，该破坏形式称为抗滑桩的推歪或推倒。

（3）在抗滑桩加固边坡后，由于桩间距过大，不足以形成有效土拱，或者排水措施不当，滑体含水量增高，而造成桩后土体从桩间绕流至桩前，该破坏形式称作滑体流出。

（4）由于桩体高度不足、横向坡面较陡或者位置选择不合理而导致的滑体局部土体从桩顶剪出至桩前，该破坏形式称作冒顶。

2 国内外发展现状

2.1 国内发展概况

20 世纪60 年代，抗滑桩由铁道部第二勘测设计院和铁科院联合研制，抗滑桩凭借其诸多的优点得以迅速在全国推广。

20 世纪70 年代相关单位相继开发出了椅式抗滑桩、排式抗滑桩、抗滑键等多种结构形式，但由于这些抗滑桩的计算模型和受力协调问题复杂多变，此类抗滑桩在工程中一直应用较少。

20世纪80年代，我国公路、铁路等工程建设规模不断扩大，相对应需治理的滑坡等病害坡体规模越来越大，单独使用普通抗滑桩已经难以满足工程需要。基于此种情况，铁科院西北分院在普通抗滑桩基础上增设锚索，形成“支点”以改善抗滑桩受力并提高了抗滑桩抗滑能力，该锚索抗滑桩的工程规模比普通抗滑桩的工程规模减少近1/3。锚索抗滑桩自发明以来，由于其相对较小的工程规模、主动的工程防护特性和较好的结构受力，迅速地在全国得以应用，对边坡工程治理具有良好的效果。在锚索抗滑桩的基础上不断改进完善，发明了多点梁式锚索抗滑桩、设置于抗滑桩体内的内锚式锚索抗滑桩等多种结构形式，都在工程实践中得到了有效应用。目前桩型有全埋式抗滑桩、埋入式抗滑桩、反压体悬臂式抗滑桩、抗滑键、内锚式锚索抗滑桩、锚索抗滑桩、双排桩锚索、椅式桩等多种。

2.2 国外发展概况

20世纪40年代，由于重力式挡土墙结构造价高，国外开始使用桩板墙结构代替重力式挡土墙结构来加固边坡。

20世纪60到70年代，抗滑挡土墙常与排水工程联合应用，与此同时抗滑桩工程得到大力开发和发展，以解决抗滑挡土墙施工中的困难。例如前苏联和欧美国家多用钻孔钢筋混凝土灌注桩，桩长20～30m，桩直径1.0～1.5m。日本主要使用钻孔钢管桩，桩长20～30m，钻孔直径400～550mm，为了提高桩的抗弯能力，把两排桩或三排桩桩顶用承台连接，形成整体受力。

20世纪70年代后期，日本开始应用挖孔抗滑桩，桩直径为1.5～3.5m。

20世纪80年代以来，在应用小直径抗滑桩的同时，为了治理大型滑坡，工程上开始使用大直径挖孔抗滑桩。

3 国内外抗滑桩研究成果

3.1 抗滑桩的理论研究

宋英杰等[2]总结了国内外关于抗滑桩加固边坡时提供的抗滑力以及加固后边坡的稳定性系数计算方法，主要分为3种，即极限平衡法、极限分析法和强度折减法。

王诚等[3]对边坡抗滑桩土拱效应的理论研究进行了总结。

3.2 抗滑桩的模型试验研究

蒲建军等[4]针对采用桩与桩板墙加固路基边坡进行室内模型试验对比，分析了在横向荷载作用下两种支护形式的受力及变形特点。

李阳等[5]利用模型试验模拟在黄土边坡中设置双排抗滑桩后，桩的受力、变形和破坏过程，比较了几种类型的双排抗滑桩与单排桩受力性能的不同。

任翔等[6]针对抗滑桩嵌固段的桩前被动土拱形成演化过程，通过模型试验进行了研究，测出桩前土压力和抗滑桩嵌固段桩身弯矩，并利用数值模拟进行对比分析，得出桩前被动土拱演变规律。

马鹏杰等[7]通过对未加桩的边坡滑体进行推移破坏试验，并进行了微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡的模型试验以分析各参数的影响，通过改变桩长、排间距和桩的位置，得出了微型桩对边坡的加固效应和桩本身的受力特性。

3.3 抗滑桩的数值模拟研究

曾晋等[8]利用Abaqus 对抗滑桩加固边坡进行数值模拟研究，得出安全系数随桩间距增大而减小；分析得到了抗滑桩最优加固位置；抗滑桩的长度在一定范围内对边坡稳定有益，并且对于抗滑桩的锚固深度也有要求。

朱怀银等[9]利用Abaqus 对多排微型桩边坡加固效果进行分析，结果表明，边坡滑体的岩土强度影响微型桩群抵抗滑坡推力的能力，强度越高，桩群能抵抗滑坡推力的能力越大；在软弱地层条件下，多排竖直微型桩群对边坡加固效果不明显。

王孝哲等[10]利用Flac3D 对倾斜微型桩群加固堆积层边坡的稳定性进行分析，定义微型桩群与铅垂面夹角为桩倾角，桩倾角取-20。及90。以上，倾斜微型桩群相比铅垂微型桩群的支护效果有提高。

刘松等[11]利用Midas对H型抗滑桩进行数值模拟研究，对抗滑桩治理边坡的效果进行评价，认为H 型抗滑桩达到了治理边坡的工程需求，H型桩能够控制坡体位移，避免坡体进一步移动。在控制边坡位移过程中，H型抗滑桩所受弯矩、剪力和轴力均在合理范围内，靠近坡体的桩的受力大于靠近路面的桩的受力，为了节省造价，可以提高靠近坡体桩的强度。H型抗滑桩将剪力分散于岩土体中，避免了应力集中。

黄飞虎等[12]对传统的螺纹钢桩加固边坡的三维有限元模型进行简化，得出一个合理的简化模型，并且利用数值模拟对比分析了等直径钢管桩和螺纹钢桩对加固边坡的承载性能。

3.4 抗滑桩的现场试验研究

李榕等[13]在现场采用抗滑桩加固边坡，结果表明对提高边坡稳定性有益。边坡处理设计有削坡减载和加抗滑桩两种方式，由于削坡减载周期长且对溢洪道施工干扰大，所以最终建议选用钢筋混凝土抗滑桩。

丁慧等[14]研究了不同种类边坡与锚索抗滑桩间接触应力的分布规律。

于海滨等[15]研究了坡面锚索和坡脚抗滑桩联合加固边坡的组合设计方法，得到锚索预应力的合理设计值在边坡加固前剩余下滑力的0.5倍以内，作为抗滑桩的设计负荷；锚桩的安全系数受抗滑桩锚固的深度影响，抗滑桩锚固深度取1/3～1/2的桩长，锚桩安全系数最高；在一定范围内，锚桩截面尺寸增大，边坡位移减小，边坡不易失稳。

周鹏等[16]研究在边坡上架设旋挖挤压桩的施工技术措施，在边坡上的桩基础采用旋挖挤扩灌注桩比较好，但此桩对场地要求高，半坡桩无法施工。

4 结束语

综上所述，抗滑桩的特点分明，应用广泛；国内外科技工作者对抗滑桩的研究，主要从四个方面入手，即：理论研究、模型试验研究、数值模拟研究和现场试验研究。虽然针对抗滑桩加固边坡进行了很多研究，但是仍然有许多可进一步研究的其他方面，比如：在抗滑桩加固边坡的研究中，常常假定桩本身是安全刚性不变形的，但实际情况并非如此；边坡常常是岩土结合边坡，模型试验往往将土层设置成单一土体类型；岩土结合处的边坡滑面的位置不易确定等。目前还存在理论研究滞后于工程实践的情况，只要我们结合已有研究成果和未来可研究的方向，一定能建立更加完善的抗滑桩研究体系，并丰富其理论体系。