1、抗滑樁類型、設(shè)計及計算一、概述抗滑樁是將樁插入滑面以下的穩(wěn)固地層內(nèi)，利用穩(wěn)定地層巖土的 錨固作用以平衡滑坡推力，從而穩(wěn)定滑坡的一種結(jié)構(gòu)物。除邊坡 加固及滑坡治理工程外，抗滑樁還可用于橋臺、隧道等加固工程。抗滑樁具有以下優(yōu)點：抗滑能力強，支擋效果好；對滑體穩(wěn)定性擾動小，施工安全；設(shè)樁位置靈活；能及時增加滑體抗滑力，確?；w的穩(wěn)定；預(yù)防滑坡可先做樁后開挖，防止滑坡發(fā)生；樁坑可作為勘探井，驗證滑面位置和滑動方向，以便調(diào)整設(shè)計，使其更符合工程實際。二、抗滑樁類型實際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)滑坡類型及規(guī)模、地質(zhì)條件、滑床巖土 性質(zhì)、施工條件和工期要求等因素具體選擇適宜的樁型。三、抗滑樁破壞形式總體而言，抗滑樁

2、破壞形式主要包括：抗滑樁間距過大、滑體含水量高并呈流塑狀，滑動土體從樁間擠出；抗滑樁抗剪能力不足，樁身在滑面處被剪斷；抗滑樁抗彎能力不足，樁身在最大彎矩處被拉斷；抗滑樁錨固深度及錨固力不足，樁被推倒；抗滑樁樁前滑面以下巖土體軟弱，抗力不足，產(chǎn)生較大塑性變形，使樁體位移過大而超過允許范圍；抗滑樁超出滑面的高度不足或樁位選擇不合理，樁雖有足夠強度，但滑坡從樁頂以上剪出。對于流塑性地層，滑體介質(zhì)與抗滑樁的摩阻力低，土體易從樁間 擠出。此時，可在樁間設(shè)置連接板或聯(lián)系梁，或采用小間距、小 截面的抗滑樁，因流塑體的自穩(wěn)性差，當(dāng)?shù)叵滤S富時，開挖截 面過大的抗滑樁易造成坍塌，對處于滑移狀態(tài)的邊坡，還可能會

3、加速邊坡的滑移速度，甚至造成邊坡失穩(wěn)。四、抗滑樁設(shè)計01基本要求抗滑樁是一種被動抗滑結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)邊坡產(chǎn)生一定的變形后，才 能充分發(fā)揮作用。因此，抗滑樁宜用于潛在滑面明確、對變形控 制要求不高的土質(zhì)邊坡、土石混合邊坡和碎裂狀、散體結(jié)構(gòu)的巖 質(zhì)邊坡?？够瑯缎贾迷诨w下部且滑面較平緩的地段；當(dāng)滑面長、滑坡 推力大時，可與其它加固措施配合使用，或可沿滑動方向布置多 排抗滑樁，多排抗滑樁宜按梅花型布置。此外，抗滑樁設(shè)計還應(yīng) 滿足以下要求：5!過樁的作用可將滑坡推力滑坡的剩余抗滑力傳遞到滑面以下穩(wěn)定地層中，使滑體邊坡安全系數(shù)達(dá)到規(guī)定值。保證滑體不越過 樁頂，不從樁間擠出。5樁身有足夠的穩(wěn)定性。樁的截面、

4、間距及埋深適當(dāng)，錨固段的橫向應(yīng)力在容許值內(nèi)。5樁身有足夠的強度。鋼筋配置合理，能夠滿足截面內(nèi)力要求。保證安全，施工方便，經(jīng)濟(jì)合理。02設(shè)計流程1）研究滑坡原因、性質(zhì)、范圍、厚度，分析滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)、發(fā) 展趨勢；2）根據(jù)滑坡地質(zhì)剖面及滑面處巖土體的抗剪強度指標(biāo)，計算滑坡 推力；3）根據(jù)地形、地質(zhì)及施工條件等確定設(shè)樁位置及范圍；4）根據(jù)滑坡推力大小、地形及地層性質(zhì)，擬定樁長、錨固深度、 樁截面尺寸及樁間距；5）確定樁的計算寬度，并根據(jù)滑體的地層性質(zhì)，選定地基系數(shù)；6）根據(jù)選定的地基系數(shù)及樁的截面形式、尺寸，計算樁的變形系 數(shù)及其計算深度，據(jù)此判斷是否按剛性樁或彈性樁進(jìn)行設(shè)計；7）根據(jù)樁底的邊界條件

5、采用相應(yīng)的公式計算樁身各截面的變位、內(nèi)力及樁側(cè)應(yīng)力（樁周巖土抗力）等，并計算最大剪力、彎矩 及其位置；8）校核地基強度，若樁身作用于地基的彈性應(yīng)力（橫向壓應(yīng)力） 超過地層容許值或小于容許值過多時，則應(yīng)調(diào)整樁的埋深、截面 尺寸或間距，重新計算，直至達(dá)到相關(guān)要求；9）根據(jù)計算結(jié)果，繪制樁身的剪力圖和彎矩圖；10）對于鋼筋混凝土樁，根據(jù)上述計算結(jié)果進(jìn)行配筋設(shè)計。03作用力系作用于抗滑樁的外力主要包括滑坡推力、樁前滑體抗力（滑面以 上樁前滑體對樁的抗力）、錨固段地層抗力（滑面以下地層對樁的 抗力）、樁側(cè)摩阻力和黏著力以及樁底反力等，其均為分布力。04滑坡推力 作用于抗滑樁上的滑坡推力，與滑坡性質(zhì)、滑體

6、厚度、滑面形狀 以及樁的位置、間距等因素相關(guān)。一般先用工程地質(zhì)法的各種手 段，對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，然后輔以力學(xué)計算。由于樁間土拱 對滑坡推力的影響機(jī)理尚不清晰，通常假定每根樁所承受的滑坡 推力等于樁距（相鄰兩根樁中心的距離）范圍之內(nèi)的滑坡推力。剩 余下滑力的計算有兩種模式，分別通過加大下滑力、折減抗滑力 進(jìn)行計算。1）計算基本假定在沿滑動主軸方向的地質(zhì)縱斷面圖上，按滑面的產(chǎn)狀和巖土性 質(zhì)劃分為若干鉛直條塊，由后向前計算各條塊分界面上的剩余下 滑力即是該部位的滑坡推力；每段滑體的下滑力方向與其所在條塊的滑面平行；橫向按單位寬度計算，不考慮兩側(cè)的摩擦阻力；視滑體為連續(xù)而無壓縮的介質(zhì)，由后向前傳遞

7、下滑力并作整體 滑動，不考慮滑體內(nèi)部的局部應(yīng)力作用。2）滑體上的作用力第i個條塊滑體上的作用力可分為基本力系和特殊力系兩類?；玖ο蛋ɑw自重 Wi、上一條塊傳遞來的剩余下滑力Ei-1、下一條塊產(chǎn)生的支撐力Ei、滑床反力Ni、滑面的抗滑力Ti ；特殊作用力系只有在可能出現(xiàn)的情況下，才列入計算，其主要包 括作用在條塊上的外部荷載Pi、動水壓力Di （滑體飽水或其下部飽水且與滑帶水相連通時考慮）、滑床上產(chǎn)生的浮托力Si、滑 頭水系有壓力水頭時的浮托力Si及地震力Esi等。3）各作用力的計算4）通過加大下滑力計算5）通過折減抗滑力計算（推薦）05滑坡推力計算計算滑坡推力時，首先根據(jù)試驗資料、經(jīng)驗數(shù)

8、據(jù)等進(jìn)行綜合分析， 擬定各條塊滑面的ci、年i值，或整個滑面的平均c、年值，令 F=1，依次計算各條塊的剩余下滑力，并要求滑坡前緣出口的剩 余下滑力等于或趨近于零。若不為零，則需調(diào)整c、值，重復(fù) 計算，直至等于或趨近于零為止，即反算求得c、值，如曲線 a，進(jìn)而綜合確定滑面（帶）的強度指標(biāo)。其次，根據(jù)工程要求，選定安全系數(shù)F，再重新計算各條塊的剩 余下滑力，即為設(shè)計下滑力，如曲線b?；虑熬壋隹谔幍淖罱K 不平衡下滑力 ，其為抗滑樁設(shè)計的主要依據(jù)之一。最后，根據(jù) 選定的樁位、樁間距，計算作用在每根樁上的滑坡推力?；峦屏η€06滑坡推力分布形式滑坡推力分布及其作用點位置，與滑坡類型、部位、地層性質(zhì)

9、、 變形狀況及地基系數(shù)等因素有關(guān)。當(dāng)滑體沿斷面高度均勻向下變 形、地基系數(shù)為常數(shù)時，推力呈矩形分布；當(dāng)?shù)鼗禂?shù)沿斷面高 度呈線性變化時，則推力呈三角形分布；當(dāng)?shù)鼗禂?shù)在頂部呈線 性變化、底部為常數(shù)時，則推力呈梯形分布。當(dāng)滑坡為堆積層、破碎巖層時，下滑力自上而下呈三角形分布， 由于滑體與滑床間存在摩擦，其下滑力有所減小，因而整個分布 圖形接近于拋物線形。一般而言，若滑體變形是均勻向下蠕滑，當(dāng)滑體是一種黏聚力較大的地層（如黏土、土夾石等），其推力分 布圖形可近似按矩形考慮；若滑體是一種以內(nèi)摩擦角為主要抗剪 特性的堆積體，其推力分布圖形可近似按三角形考慮，甚至按二 次曲線考慮；介于此兩者間的情況，可

10、假定為梯形。實際工程中， 一般根據(jù)具體情況采用三角形、梯形或矩形分布。07樁周巖土抗力設(shè)置抗滑樁后，當(dāng)抗滑樁受到滑坡推力作用產(chǎn)生變形時，一部分 滑坡推力傳遞到樁前滑體（滑面以上），另一部分通過樁體傳遞到 錨固段地層（滑面以下）?？够瑯吨車鷰r土體對抗滑樁的抗力作用 稱為樁周巖土抗力，其中滑面以上的稱為樁前滑體抗力，或受荷 段地層抗力；滑面以下的為錨固段地層抗力。地基系數(shù)為常數(shù)（即“K”法）的假定，適用于較完整巖層和硬 黏土 ；地基系數(shù)與深度成正比例增加（即“m”法）的假定，適用于硬 塑至半堅硬的砂黏土、碎石類土或風(fēng)化破碎的巖層。2）彈性抗力在彈性限度內(nèi)，與變位成正比的樁周巖土抗力稱為彈性抗力，根

11、 據(jù)彈性理論，由地基系數(shù)計算樁周巖土作用于樁身的彈性抗力值 及其分布。假定地層為彈性介質(zhì)，樁為彈性構(gòu)件，作用于樁側(cè)任一點y處的彈性抗力3）樁前滑體抗力樁前滑體抗力與滑坡性質(zhì)、樁前滑體規(guī)模等因素相關(guān)。試驗表明， 樁前滑體體積愈大，抗剪強度愈高，滑面愈平緩、粗糙，樁前滑 體抗力愈大，反之愈小。此外，還與是否存在多層滑面有關(guān)。當(dāng)抗滑樁在滑坡推力作用下產(chǎn)生變形，滑面以上樁前滑體抗力小于 樁體所提供的極限抗力時，樁前滑體將產(chǎn)生隆起破壞，或沿樁前 滑體中某一薄弱面產(chǎn)生剪切破壞。樁前滑體抗力可由極限平衡時滑坡推力曲線、樁前被動巖土壓力 或樁前滑體的彈性抗力（樁前剩余抗滑力）確定，設(shè)計時選用較小 值。根據(jù)滑坡

12、推力曲線確定樁前滑體抗力時，假定滑坡處于極限平 衡狀態(tài)，滑面以上的c、（P值根據(jù)反算法確定時，抗滑樁需要承 受的推力（樁上設(shè)計荷載）為T=E-P 。以樁前被動土壓力作為樁前滑體抗力時，可按朗肯被動土壓力 公式計算。采用地基系數(shù)法時，將滑面以上樁身所受的滑坡推力作為已知 設(shè)計荷載，然后根據(jù)滑面上下地層的地基系數(shù)，把整根樁視為彈 性地基梁進(jìn)行計算，不考慮滑面存在的影響。應(yīng)特別注意，若樁前滑體將被挖掉或可能滑動，則不存在樁 前滑體抗力，此時應(yīng)將滑坡推力直接作為樁上設(shè)計荷載。樁前滑體抗力的分布圖形基本呈拋物線，抗力的最大值出現(xiàn)在滑 體中部，靠近滑面的應(yīng)力較小。當(dāng)滑體為黏性土?xí)r，由于黏聚力 影響，頂端抗

13、力較滑體為松散介質(zhì)時大，合力重心也較高。在工 程設(shè)計中，樁前滑體抗力一般采用與滑坡推力相同的應(yīng)力分布形 式，也可采用拋物線分布形式。當(dāng)采用拋物線分布時，可將抗力 圖形簡化為一個三角形和一個倒梯形。4）錨固段地層抗力錨固段地層抗力分兩種情況：抗滑樁錨固在完整巖層中，此時 把滑面以下的地層當(dāng)作半無限的空間彈性體，抗滑樁處理為插入 其中的一根桿件較為合適，因按空間彈性體計算較為復(fù)雜，故一 般采用彈性力學(xué)中簡便的鏈桿法計算，滑面處的抗力圖形有明顯 的應(yīng)力集中現(xiàn)象；抗滑樁錨固在破碎巖層或堆積層中，此時可 將地層視為彈性介質(zhì)，采用地基系數(shù)法較為合適，而滑面處抗力 較小?？够瑯对O(shè)計要素1）樁的平面位置及其間

14、距抗滑樁的平面位置和間距，一般應(yīng)根據(jù)滑坡的地層性質(zhì)、推力大 小、滑面坡度、滑體厚度和施工條件等因素綜合考慮確定。多數(shù) 滑坡體上部滑面陡，張拉裂縫多，不易設(shè)樁且在此部位設(shè)樁并不 能對潛在滑體的中下部發(fā)揮作用，故效果較差；中部滑面深，下 滑力大，設(shè)樁的工程量大，施工較為困難；潛在滑體的下部，滑 面較緩，下滑力較小或系抗滑地段，布設(shè)樁容易，且基本上能對 整個潛在滑體起到抗滑作用，在工程實踐中，多將抗滑樁布設(shè)在 該部位。在平面上，樁通常為一排，布置方向應(yīng)與滑體滑動方向垂直或接 近垂直。對于沿滑動方向很長的多級滑體或下滑力很大的滑體， 設(shè)兩排或多排抗滑樁分級處治較為合理，也可采用抗滑樁和其它 措施聯(lián)合處

15、理。合理的樁距應(yīng)使樁間滑體具有足夠的穩(wěn)定性，在 下滑力作用下，不致從樁間擠出。初步選定時，樁的中心距可為 61Om，且宜大于樁的橫截面短邊或直徑的2.5倍。2）樁的橫截面及其計算寬度抗滑樁橫截面形狀對樁的抗滑作用有較大影響。當(dāng)滑體滑動方向 明確時，可采用矩形截面，其長邊宜與滑動方向一致；當(dāng)滑體滑 動方向難以準(zhǔn)確確定時，宜采用圓形截面?？够瑯兜慕孛娉叽鐟?yīng) 根據(jù)單樁承受的滑坡推力大小、錨固段地層橫向容許承載力和樁間距等因素確定，且樁最小邊寬度不宜小于1.25m。初步選定時，矩形截面的短邊邊長可為1.53m，長邊邊長不宜小于短邊的1.5倍；圓形截面的直徑可為1. 5 5m。3）樁的錨固深度樁的錨固深

16、度與穩(wěn)定地層的強度、滑坡推力、樁體剛度、截面和 間距、是否及如何考慮樁前滑體抗力等因素有關(guān)。錨固不宜過深 通常采用縮小樁距或調(diào)整樁體截面尺寸等方法，以減小錨固深 度?？够瑯跺^固段應(yīng)錨固于潛在滑面以下的穩(wěn)定地層內(nèi)，且不應(yīng) 產(chǎn)生新的深層滑動。初步選定時，錨固深度可為樁長的 1/4 1/3，最終應(yīng)根據(jù)計算確定。4）樁底支承條件抗滑樁的頂端一般為自由支承，而底端根據(jù)錨固程度不同，可分 為自由支承、鉸支承、固定支承三種，工程上通常采用前兩種。自由支承：在滑面以下樁的OB段，地層為土體、松軟破碎 巖體；鉸支承：當(dāng)樁底巖層完整時，并較OB段地層堅硬，但樁嵌 入此層不深；固定支承：當(dāng)樁底巖層完整且極堅硬，樁嵌

17、入該層較深。（不推薦）5）剛性樁與彈性樁當(dāng)Bh21.0或ah22. 5時，抗滑樁屬剛性樁，否則屬彈性樁。 錨固段地基系數(shù)為梯形分布時，可將樁分成若干小段，每小段內(nèi) 采用常數(shù)分布近似計算。09抗滑樁結(jié)構(gòu)設(shè)計抗滑樁樁身按受彎構(gòu)件設(shè)計，當(dāng)無特殊要求時可不做變形、抗裂 及撓度等驗算。樁身混凝土的強度等級宜為C3O，樁身中的主筋宜采用HRB 400鋼，箍筋可采用HRB 335鋼或HRB 400鋼。10抗滑樁內(nèi)力計算國外通常采用線彈性地基系數(shù)法計算抗滑樁內(nèi)力，將滑面以上按 懸臂樁考慮，并采用一般靜力學(xué)方法求解其內(nèi)力，而滑面以下采 用有限差分法求解其內(nèi)力。國內(nèi)大多采用懸臂樁法和地基系數(shù) 法。懸臂樁法是最早提

18、出的一種方法，具有簡單實用的優(yōu)點，其將滑 面以上視為懸臂梁，滑面以下視為 Winkler彈性地基梁，由于 其對樁的實際受力狀況偏于安全的簡化，因而對樁的內(nèi)力計算結(jié) 果是過于保守的；地基系數(shù)法把整根梁作為彈性地基梁來處理 通常認(rèn)為其較接近抗滑樁的實際受力狀況，根據(jù)地基系數(shù)的假定 不同，上述方法又分為“K”法、“m”法等。對于懸臂式抗滑樁、樁前滑體可能滑動的全埋式抗滑樁，通常采用懸臂樁法，對于一般的全埋式抗滑樁，上述兩種方法均可采用。鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB 10025）推薦使用懸臂樁法。地基強度校核抗滑樁錨固深度的計算應(yīng)根據(jù)地基的橫向容許承載力確定。五、抗滑樁內(nèi)力計算滑面以上的樁身內(nèi)力，應(yīng)

19、根據(jù)滑坡推力和樁前滑體抗力計算；滑 面以下的樁身變位和內(nèi)力，應(yīng)根據(jù)滑面處的彎矩、剪力和地基的彈性抗力（錨固段地層抗力）進(jìn)行計算。計算時，通常將抗滑樁位 于滑面以上的部分稱為受荷段，滑面以下部分稱為錨固段，兩部 分單獨計算。01受荷段樁身內(nèi)力若樁前滑體自身不能保持穩(wěn)定，當(dāng)樁受力時，其不能提供反向支 承力，此時抗滑樁稱為懸臂樁，抗滑樁受荷段僅承受滑坡推力 樁身內(nèi)力可根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)公式直接計算。若樁前滑體自身能保持穩(wěn)定，且具有一定的穩(wěn)定強度，當(dāng)樁受力 后，樁前滑體能提供一定的反向支承力以穩(wěn)定樁后滑體，這部分 力稱為樁前滑體抗力，其大小、分布規(guī)律及對樁的作用很復(fù)雜， 當(dāng)樁前滑體抗力采用與滑坡推力相同的分

20、布形式，樁身內(nèi)力可根 據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)公式計算。根據(jù)簡化后滑面處彎矩和剪力相等的原理，hs為樁前滑體抗力最大應(yīng)力處與樁頂?shù)木嚯x，其值隨滑體黏聚力的增大而減小。試驗表明， hs 一般等于受荷段樁長的1/4 1/ 3，該值對計算結(jié)果影響不大。02錨固段樁身內(nèi)力1）按剛性樁計算剛性樁內(nèi)力計算方法較多，目前較常用的是將錨固段樁身周圍的 地基介質(zhì)視為彈性體以計算樁側(cè)應(yīng)力（錨固段地層抗力），從而計 算錨固段樁身內(nèi)力?；嫣幍鼗禂?shù)的確定對于地基系數(shù)不隨深度變化的彈性介質(zhì)，如密實土層和巖層，由 于其地基系數(shù)較滑體大得多，因此上部滑體的存在不會影響滑床 的彈性性質(zhì)，滑面處地基系數(shù)仍為常數(shù)。對于地基系數(shù)C=A+my的地層，A值的大小與應(yīng)力釋放、地 層性質(zhì)和附加荷載等因素有關(guān)。應(yīng)力釋放需視地質(zhì)年代中地層的 沉積、卸荷、剝蝕、夷平和各種營力作用來考慮，即考慮超壓密 作用；附加荷載主要包括滑體自重及其上部建