抗滑桩在边坡滑坡整治工程中的应用
关键词：岩土工程；桩-土共同作用；抗滑桩；边坡加固
引言
如何将岩石开挖工作减至最少和预测岩质边坡的安全度和极限状态，是公路工程设计中较为重要的问题。若斜坡陡峻，安全问题又很重要，或者边坡设计明显地影响工程费用的话，岩质边坡的合理设计就显得尤为重要。在陡峻岩质坡体加固方案中，抗滑桩加固措施是比较有效而且技术应用也是很成熟的一种。抗滑桩可对滑坡岩体提供水平支撑力，从而保持斜坡的稳定性，常用来加固陡峭的滑坡岩体。本文分析了横向荷载下桩-土共同作用原理，并以此为基础，对切方边坡上的影响岩体整体性的边坡进行了抗滑桩加固设计，取得了良好的加固效果。
1边坡工程简况
某高速公路k105+680～780段右侧边坡为一古滑坡体，由于路基开挖解除掉古滑坡体坡角上的压重体，导致部分古滑坡体开始缓慢下滑。加固前在滑坡顶部已出现明显的张裂缝，滑坡体上的大树明显向下倾斜，表明古滑坡体已经复活。滑坡体面积约为2200m2，体积约为17600m3，顶部张裂缝离公路轴线最远达49.02m。由于切方边坡较高、较陡，处在较高的应力集中条件和岩石风化、软化等条件共同作用下，需要进行边坡分析计算和边坡工程设计。
k105+680～780段沿线右坡岩层主要由砂岩、灰岩、泥岩基煤层组成。根据钻孔资料分析，第一层为5.6～6.8m厚的含砂砾和碎石的强风化粘土层；第二层为薄层状粉砂岩和砂质泥岩层，强到中风化，含有薄煤层；第三层为细砂岩夹薄层灰岩，呈互层状，局部夹有泥岩，中风化。边坡体主要由第一、第二层组成，滑动面沿第二层中的软弱破碎带和第一、第二层界面生成。从钻探资料来看，第二层中的破碎带有地下水渗出，其余砂岩和薄层灰岩均为透水性较好的岩层。由此可以看出，地表水(降雨)渗入岩层中的软弱夹层，使其长期饱水，而形成易滑动的软弱层面。根据地形及实际切方坡面断面图，选取了一典型剖面进行了边坡稳定性反分析计算，其计算简图如图1所示。滑体的容重采用γ=22kN／m3。设定滑动面的φ角为l0°、l2°、l4°，通过反分析求出稳定系数k≤1.0时的c值。然后采用上述三套c、φ值计算出稳定安全系数k达到1.25所需要的加固力En值。计算结果列于表1。
根据表1所示计算结果，取图1所示滑动面，采用物理力学指标γ=22kN／m3，c=14.0kPa，φ=12°，则可计算出安全系数从0.998提高到1.25所需的附加力。计算表明k105+702～722段及k105+763～782段加固力为285kN／m；在k105+722～763段加固力为380kN／m。
2抗滑桩作用原理及设计原则
抗滑桩并不直接承受外荷，而是由于桩周土体在自重或外荷发生变形或运动而受到影响，因而属于被动桩一类。桩的抗滑稳定作用来自两个方面：①桩的表面摩阻力，它将土体滑动面以上的部分土重传至滑动面以下，从而减少了滑动力；②桩本身刚度提供的抗滑力，它直接阻止土体的滑动。国内外计算桩抗滑力的主要方法有港工地基规范法，在港工码头设计的整体稳定性验算中应用较为广泛；丹麦的汉森法；沈珠江的绕流阻力法，虽然理论推导比较严谨，但由于未考虑土对桩的协同作用，计算结果偏小；基床系数法，即把桩看成是弹性地基上的梁，应用文克尔假定计算桩的水平抗力。本文所采用的计算方法为“m”法。即此时土抗力模数K=mx。
抗滑桩一般属于挖孔(钻孔)就地灌注桩，水泥砂浆的渗透无疑提高桩周一定厚度地层的强度，加上孔壁粗糙，桩与地层的粘结咬合十分紧密，在滑动面以上推力作用下，桩可以把超过桩宽范围相当大的一部分土层抗力调动起来，同桩一起抗滑。这种桩-土共同作用的效能是其他许多被动承受荷载的支挡建筑物难以媲美的。
抗滑桩的作用原理及功能要求设计应满足以下原则：①整个滑坡体具有足够的稳定性。即抗滑稳定安全系数满足设计要求，保证滑体不越过桩顶，不从桩间挤出；②桩身要有足够的强度和稳定性。桩的断面和配筋合理，能满足桩内应力和桩身变形的要求；③桩周的地基抗力和滑体的变形都在容许范围内；④抗滑桩的间距、尺寸、埋深等都比较适当，保证安全，方便施工，并使工程量最省。
抗滑桩的平面位置和间距一般应根据滑坡的地层性质、推力大小、滑动面坡度、滑坡厚度、施工条件、桩截面大小以及锚固深度等因素综合考虑。滑体下部滑动面较缓。下滑力较小或系抗滑地段，经常是设桩的好位置。实践表明，对地质条件简单的中小型滑坡，宜在滑体前缘设1排抗滑桩，布置方向与滑体滑动方向垂直或接近垂直。对于轴向很长的多级滑动或推力很大的滑坡，宜设2排或3排抗滑桩分级处治，或下设挡土墙联合防治。抗滑桩的间距受许多因素的影响，它的合理与否直接关系到抗滑桩的成败。桩距过大，土体可能从桩间挤出，桩距过小则增加投资并影响工期。桩的合理间距应使桩间土体刚刚形成土拱的状态，保证滑坡土体的稳定，抗滑桩的间距一般为桩径的2～4倍。
3抗滑推力桩加固设计计算
针对此段边坡的地形、地貌、岩性和滑坡体的形状特点，在离公路轴线32m处施工1排抗滑桩，k105+702～722及k105+763～782桩距为4m，k105+722～763桩距为3m，桩长12m，其中滑动面以上为6～8m，滑动面以下为4～5m，计算时概化为自由段h1=7m，锚固段h2=5m，桩径1.4m，桩孔径1.8m，护壁厚度0.2m，滑动面以下地基系数的比例系数m=50000kN／m4，桩体砼的弹性模量E=26×106kN／m2。
桩对土的相对柔度系数a===0.466，计算深度ah2=2.33<2.5，故按刚性桩计算。桩前被动土压力Ep=γltan(45°+φ／2)／2=665.6kN／m，桩前剩余抗滑力En=16m×14kPa=224kN／m，Ep>En，故采用桩前剩余抗滑力作为桩前地层抗力。假定按三角形分布，则滑动面处QA=(dq—dq)×h1／2=467.985kN，MA=QA×hl／3=1091.965kN•m，滑动面至桩转动中心距yo=h2[2A(3MA+2QA•h2)+mh2×(4MA+3QA•h2)]／{I[3A(2MA+QA•h2)+mh2(3MA+2QA•h2)]}=3.4137m，此处[σ0]=332.25kN／m3，σy0=132.69kN／m2，可见满足要求。由QA，y0可反算出桩的转角△φ=0.000774rad，最大剪应力、最大剪力及最大弯矩分别计算得，σymax=189.076kN／m2，σymax=-577.913kN，Mymax=1405.35kN•m，此处[σymax]=375.265kN／m3，σymax=189.31kN／m2，可见桩侧土应力复核满足要求。然后根据Qymax、Mymax即可对抗滑桩进行配筋计算，此处不再详述。
4施工要点及设计体会
1)边坡处理很大程度上是对水的处理，故在本工程中采取了多种防护措施：认真封堵滑坡顶部张裂缝，充填粘土后要进行夯实；在滑体顶部张裂缝外10m处修筑1条截水沟拦截坡面流水；滑体表面无植被大部分砌筑拱形骨架护坡，骨架内喷草；1：1的坡面采用浆砌片石护面墙，同时埋设3排排水孔；坡角与路基排水沟之间的碎落平台用浆片护面。抗滑桩挖孔时每开挖1.5m浇注一段钢筋砼护壁，而且要分批错开施工，桩孔开挖完成后立即施工桩体钢筋砼，当第一批钢筋砼桩身施工完毕后立即开始开挖第二批抗滑桩孔。
2)抗滑桩加固对于岩石陡坡地区及挖方地区是一种行之有效的加固措施。目前，在我国已得到广泛应用，尽管抗滑桩的加固作用受到很多因素的影响，且在设计方法上还存在一定问题有待商榷，但通过工程实践还是积累了不少施工经验。随着施工技术、机具设备的改进以及对影响抗滑桩设计的各种因素的试验研究的开展，特别是本身所具有的优点，一定会在我国工程建设中得到迅速发展。
参考文献：
[1]崔政权，李宁．边坡工程——理论与实践最新发展[M]．北京：中国水利水电出版社．1999．
[2]吴恒立．计算推力桩的综合刚度原理及双参数法(第二版)[M]．北京：人民交通出版社，2000．
[3]江苏宁沪高速公路股份有限公司，河海大学．交通土建软土地基工程手册[M]．北京：人民交通出版社。
