抗滑桩在复杂土岩质高边坡中的治理机理及工程应用研究

摘 "要：抗滑桩是一种常用的高边坡治理技术，该项技术可以有效提高边坡的抗滑稳定性。该文以抗滑桩为研究对象，首先说明高边坡的破坏类型、稳定性的计算方法，其次介绍抗滑桩性能的影响因素、失效类型和治理机理，最后结合高边坡施工项目，围绕抗滑桩的实际应用展开讨论。希望能够给人以启发，为日后同类型项目的施工提供有价值的参考。

关键词：复杂土岩质；高边坡；抗滑桩；治理机理；工程应用

中图分类号：TU473.1 " " "文献标志码：A " " " " "文章编号：2095-2945（2024）20-0169-04

Abstract： Anti-slide pile is a commonly used high slope treatment technology， which can effectively improve the anti-sliding stability of the slope. Taking anti-slide pile as the research object， this paper first explains the failure type and stability calculation method of high slope， and then introduces the influence factors， failure type and treatment mechanism of anti-slide pile performance. Finally， combined with the construction project of high slope， the practical application of anti-slide pile is discussed， in the hope that this study can enlighten people and provide valuable reference for the construction of similar projects in the future.

Keywords： complex soil and rock; high slope; anti-slide pile; treatment mechanism; engineering application

复杂土岩质高边坡极易受到地质构造、地下水、降雨等因素影响，进而出现滑坡、崩塌等地质灾害，在此背景下，越来越多的施工单位选择对抗滑桩加以应用。首先，抗滑桩可以通过加固土体，提高边坡抗滑性能，有效遏制高边坡的滑动和变形。其次，抗滑桩可以承担部分的荷载，将荷载分散至较深的土层中，减轻土体的压力，减小高边坡的变形和滑动倾向。最后，在边坡高度较大、地质条件较差的情况下，抗滑桩可以有效提升高边坡的整体稳定性。由此可见，将抗滑桩用于高边坡治理是大势所趋，此举能够提高边坡的稳定性，减小外界因素给高边坡造成的影响，降低治理成本，为项目的长期安全运行提供保障。

1 "高边坡的破坏类型

高边坡的破坏类型通常包括以下几种：①滑坡。坡体内部土层或岩层发生松动或破坏，则有一定概率导致坡体整体向下滑动。②岩崩。岩石体发生破裂或剥离，会导致岩石体整体或部分坠落。③坡面冲刷。降雨、河流冲刷等因素均有概率造成坡体表面土层流失。④坡脚侵蚀。坡体底部受水流、河流侵蚀，导致坡脚部分土层流失。⑤地震引发的破坏。地震引发的地质构造变动、岩石破裂等现象，可能会导致坡体的滑动、岩石崩塌。

2 "边坡稳定性的计算方法

2.1 "极限平衡法

极限平衡法是一种分析边坡稳定性的方法，强调基于边坡的平衡条件，通过考虑各种荷载和抗阻力的平衡关系，评估边坡的稳定性。计算步骤如下：①确定边坡的几何形状；②考虑作用于边坡的各种荷载，分析边坡稳定性；③根据土体的力学参数，计算边坡的抗阻力；④参考边坡的几何形状、荷载和抗阻力，绘制荷载平衡图；⑤通过对荷载平衡图展开分析，计算边坡整体的安全系数，通常情况下，安全系数越大，代表边坡的稳定性越好[1]。

2.2 "数值分析法

数值分析法需要先建立边坡的数学模型，再利用计算机进行模拟计算，评估边坡在不同荷载和地质条件下的稳定性。计算步骤如下：①收集边坡所在地区的地质资料；②利用专业的数值分析软件建立边坡的数值模型；③在模型中施加边坡所受到的荷载，设置合理的边界条件；④通过数值分析软件进行计算，模拟边坡在不同荷载情况下的应力、应变、位移等响应；⑤根据数值计算结果，评估边坡在不同荷载情况下的稳定性[2]。

3 "抗滑桩的概述

3.1 "影响因素

抗滑桩的承载力受诸多因素影响，具体包括：①土体性质。土体密实度、孔隙水压力、土体的抗剪强度均会对抗滑桩的承载力产生影响。一般来说，土体的密实度越大、孔隙水压力越小、抗剪强度越大，抗滑桩的承载力就越大。②抗滑桩的形式和材料。目前，抗滑桩的常见形式主要有钢筋混凝土桩、钢管桩、预应力桩，不同形式的抗滑桩在承载力上会有所不同。此外，抗滑桩所采用的材料的强度、刚度等性能也会对其承载力产生影响。③抗滑桩的尺寸和布置方式。抗滑桩的直径、长度、间距等尺寸参数及布置方式（如单排、双排等）都会对其承载力产生影响。正常情况下，抗滑桩的尺寸越大、布置越密集，其承载力越大。④土桩相互作用。抗滑桩与土体之间的相互作用对其承载力也有重要影响，这里提到的相互作用包括桩身与土体之间的摩擦阻力、土体的侧向土压力，上述因素均会影响抗滑桩承载力。⑤地下水情况。地下水的存在对抗滑桩承载力有显著影响，水位变化会改变土体的孔隙水压力、有效应力状态，从而影响抗滑桩整体的承载力。

3.2 "失效类型

以下情况均会导致抗滑桩失效：受到较大的水平荷载作用，致使抗滑桩的桩杆发生弯曲破坏，导致结构失效。抗滑桩的桩身受到荷载作用出现局部破坏，比如，桩身龟裂、弯曲，影响抗滑桩的整体承载性能。抗滑桩与土体之间的相互作用是保证抗滑桩有效的关键因素，如果由于桩身与土体之间的摩擦力不足或土体的侧向土压力过大等情况，使得相互作用失效，则会造成抗滑桩失效。抗滑桩基础部分受到荷载作用可能会发生失稳，出现基础倾覆、沉陷等现象，导致抗滑桩整体的失效。抗滑桩所采用的商品砼、钢筋等材料，可能由于使用时间过长或受到异常荷载作用失效，进而影响抗滑桩作用的发挥。

3.3 "治理机理

在高边坡项目中，抗滑桩的治理机理可以归纳为以下几点。首先，抗滑桩的加固作用，即抗滑桩通过其自身的刚度和强度，对土体进行支撑及约束，从而提高土体的整体稳定性。高边坡中，由于土体的力学性质复杂多变，因此，要想发挥抗滑桩的加固作用，通常需要根据具体的地质条件和工程要求进行合理设计和施工，常用的加固方式包括钢筋砼桩、钢管桩、预应力锚杆等，上述加固方式可以有效地提高土体的抗滑稳定性。其次，抗滑桩与土体的相互作用，即抗滑桩与土体之间的力学相互作用。高边坡中，土体的力学性质受到地质构造、岩石性质、裂隙结构等因素的影响，因此，抗滑桩与土体的相互作用需要展开综合分析和评估。实际工程中，常用的方法包括有限元分析、模拟试验等，目的是通过确定抗滑桩、土体之间的相互作用，指导抗滑桩的设计与施工。再次，抗滑桩的整体稳定性，即抗滑桩在高边坡中的整体稳定性。抗滑桩的整体稳定性受到多种因素的影响，包括但不限于地质条件、工程要求、设计参数。实际工程中，需要对抗滑桩的整体稳定性展开综合评估和分析，由此确定合理的设计参数及施工方案，从而保证抗滑桩在高边坡中的稳定性。最后，抗滑桩的应力传递机理，即抗滑桩在高边坡中的应力传递规律。实际项目中，抗滑桩需要承担土体的自重、水压力、地震力等多种荷载，因此，施工方要对抗滑桩的应力传递机理进行深入研究和分析，通过有限元分析、模拟试验等手段，确定抗滑桩的应力传递规律，从而指导抗滑桩的设计和施工。综上，抗滑桩在高边坡中的治理机理涉及多个方面，对这些方面展开综合研究和分析，可以有效提高边坡的抗滑稳定性，保证工程的安全性、可靠性。

4 "抗滑桩的实际应用

4.1 "工程概况

某地计划延长既有高速公路，施工现场如图1所示。

本项目开始之初，施工人员便对6#桥墩平台、便道坡脚进行了开挖，某次降雨后，5#桥墩和6#桥墩均出现临时边坡变形的情况，其中5#后缘、6#前缘所受到影响较其他部位更加严重，导致桥墩安全性、可靠性无法达到施工要求。随着项目所在地区雨季来临，坡面、边坡后缘变形程度逐渐加剧，截至2023年末，边坡滑塌错台实测高度已超过1.5 m，且坡面隆起极为明显。分析边坡地表发现，该区域为典型的人工刷方区域，现场已经出现变形、滑塌问题，滑塌区域的后缘与边坡的顶部相接，高程最高达到了677 m，该区域前缘的剪出口靠近基岩顶，实测高度在660 m左右，二者之间存在17 m的相对高差，加固边坡迫在眉睫。

4.2 "计算方法

实践经验表明，如果项目存在边坡安全系数不符合要求、滑面需通过稳定性计算搜索获得的情况，施工方可以参考经过改造的边坡断面、实际荷载，对安全系数未达到1的危险滑面加以确定。抗滑桩的特点是下部（即锚固段）被嵌固在滑床内，上部（即受荷段）承受桩前抗力、滑坡推力。了解抗滑桩受力情况后能够发现，按照常规方法对滑面位置加以确定，极易出现所确定位置偏上、受荷长度不符合要求的问题，鉴于此，在本项目中，施工方决定改用极限反演法，将稳定系数达到1的滑面视为滑动面，如图2所示。

图2中，Fs是指安全系数。极限反演法的计算步骤如下。首先，计算边坡处于无桩状态时的安全系数、危险滑面。其次，初步确定抗滑桩布局、直径和相邻抗滑桩的距离。最后，根据标准的计算方法，分2种情况对抗滑桩锚固长度进行计算。第一种是计算发现安全系数为1，此时，将对应滑面视为计算锚固长度的起始面。第二种是抗滑系数未达到1，此时，应通过反演法确定要想使安全系数达到1，抗滑桩需要达到的长度、极限稳定滑面，随后，根据实际情况小幅度调整抗滑桩的长度，直至安全系数达到1，再基于对应滑面完成后续的计算[3]。具体计算流程如图3所示。

4.3 "加固措施

抗滑桩是一种加固地基的有效方法，能够增强地基稳定性以及承载力，将地基出现沉降、滑移等问题的可能性降至最低[4]。要想使抗滑桩充分发挥作用，关键是要严格按照行业规范设计并施工，本项目选用抗滑桩的截面是2.5 m×3.5 m的矩形，桩身由C30钢筋砼支撑，桩中与中间的距离为6 m，现场共设置7根抗滑桩，其中，2根长17 m，5根长30 m。桩背设置2排32 mm直径的螺纹钢筋作为受力主筋，外部覆盖有70 mm厚的砼保护层。另外，为保证施工过程具有理想的顺序性、学术性，施工方还视情况对施工流程进行了调整，调整后的施工步骤如图4所示。

施工过程中，有以下几点需要施工方引起重视。

1）开挖桩孔前，要平整孔口，在孔口上方设置护圈，护圈需要略高于地面，二者高度差以300 mm为最佳，随后，按照顺序完成截平地表、排水以及防渗等工作，如果工期与雨季重合，则要调整围堰整体高度，确保围堰能够充分发挥作用，保证施工质量及现场人员安全。正常情况下，应间隔1个孔开挖，遇到地下水位较高、塌孔等突发情况时，可以将间隔调整为3个孔。严格按照从两侧至中间、从浅至深的顺序施工，若施工区域土层较为松散，则应改为人工开挖，对于坚硬岩石段、基岩，则可以酌情使用药剂爆破，但要保证爆破所剥离厚度在30 cm以内。开挖后，仔细检查桩孔的位置、竖直度和直径，若检查发现开挖桩孔与设计要求存在较大偏差，则要通过人工的方式修正。以模板高度和地层自稳性为依据，通过计算对每次所能开挖的最大深度加以确定，碎石层、软弱土层的开挖深度最大不得超过0.6 m，稍密碎石土、自稳土壤的开挖深度最大可以达到约1.2 m。若施工现场有垮塌的风险，则要先注浆再完成后续施工。待开挖施工告一段落，尽快编录岩性，分析滑动面的情况，若分析发现实际情况和设计方案不符，则要告知设计方、建设方，由专业人员更改设计方案。待挖孔深度达到设计要求，仔细清除桩孔底部的杂物、松散物及沉积泥土，为后续施工做准备。

2）开挖桩孔的同时排除内部积水，根据滑坡体具有的富水性，确定排除积水的方法。富水性差的滑坡体可以直接排水，水量大且富水性较好的滑坡体，则需要通过外部管泵降排水。另外，开挖桩孔时，还要根据现场情况确定恰当时机浇筑钢筋砼护壁，根据开挖最大深度确定单次浇筑高度，用相同型号的商品砼填充孔壁、护壁外侧的缝隙。

3）成孔成桩后，检查桩孔位置、实际深度、直径和倾斜度，其中，桩孔深度需要使用测绳测量，直径和倾斜度则用提前准备的专用设备测量[5]。

4）待计划灌注的桩孔顺利通过检查，根据孔底积水情况选择灌注方法并灌注商品砼。如果孔底积水未达到100 mm，则可以使用导管、串筒将砼灌注到桩孔内，灌注时要保证导管、串筒下口高于地面，且二者高度差在1～3 m。每灌注0.6 m商品砼，便需要用振捣器振捣，这样做的目的是保证灌注商品砼具有理想的密实度。对于在地表上方的抗滑桩，施工人员应通过覆盖草帘或麻袋、浇水等方式，对其进行为期7 d的养护。

图4 "抗滑桩加固施工步骤

5 "结论

现将研究所得出结论总结如下。首先，抗滑桩可以通过在边坡内部形成一定的抗滑体系，有效提高边坡的整体稳定性，遏制边坡的滑动和变形。其次，在实际工程中设置抗滑桩，能够使边坡的稳定性得到显著提高，其安全性也因此而得到了保障。最后，实际施工中，施工方需要结合具体的地质条件、边坡形态及荷载特点设计抗滑桩，充分考虑抗滑桩的数量、布置方式、材料选用等因素展开施工，由此确保抗滑桩能够发挥最佳的加固效果。

参考文献：

[1] 曾章波，梅龙喜，裴志勇，等.不同滑坡推力模式下新型变截面抗滑桩数值分析研究[J].贵州科学，2023，41（6）：78-84.

[2] 曾玲升，肖强，郭凯斌，等.圆形大截面抗滑桩在高速公路丘陵斜坡地带滑坡工程中的应用[J].黑龙江交通科技，2023，46（12）：1-4，10.

[3] 郭鹏辉.乌长高速公路顺层边坡锚索框架梁和抗滑桩联合支护体系变形特征研究[J].路基工程，2023，36（10）：1-7.

[4] 侯小强，王新飞，贾洪璐，等.渐进式滑坡锚索抗滑桩预应力张拉值计算方法[J].工程科学与技术，2023，26（8）：1-13.

[5] 王盼，王怀正，宋战平，等.穿越既有抗滑桩隧道支护结构受力及变形数值分析[J].工业建筑，2023，53（11）：36-41，96.