抗滑桩计算理论及变刚度抗滑桩的应用

刘英吉

中国石油集团东南亚管道有限公司云南分公司云南昆明650000

摘要：抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层的滑坡，是一种抗滑处理的主要措施。但对正在活动的滑坡打桩阻滑需要慎重，以免因震动而引起滑动。抗滑桩作为边坡处治工程中常见的处治方案，在公路工程中应用广泛。本文主要对抗滑桩计算理论及变刚度抗滑桩的应用进行了深入的分析，希望能够给相关的工作人员提供一定的借鉴和参考。

关键词：变刚度抗滑桩；抗滑机理；边坡加固；计算理论

前言：作为一种有效的工程措施，抗滑桩在边坡的加固工程、滑坡地质灾害防治中得到了广泛应用。然而，由于问题的复杂性，还处于半经验半理论的不成熟阶段。本文在已有设计理论的基础上，对抗滑桩现有设计计算方法进行了分析和总结，将其分为2类，在此基础上提出了以抗滑桩稳定性作为基础的计算方法，以求得最佳的设计方案。

1抗滑桩简述

抗滑桩是一种横向受荷桩，其所承受的主动外力为水平向滑坡推力，因为滑动面的存在和滑动面上、下岩土体抗力的作用，从而使得其成为一种超静定结构，其内力的计算一般情况下，都较为复杂。自从60年代以来，有关横向受荷桩的内力计算，各个国家的学者已经提供了不少的方法，概括起来，可以将其分为线弹性地基反力法和非线性地基反力法这两大类。但是，国内对此的研究大多都侧重于桥梁桩基以及海底石油钻井平台桩基的内力计算，现对于治理滑坡的抗滑桩进行内力计算研究的已经不多了。国内关于抗滑桩内力计算的研究成果，大多都集中体现在文献当中，例如已有的计算方法：悬臂法、地基系数法以及有限元法等，都仅仅考虑桩周土线弹性阶段。目前，P－y曲线法是世界上最为流行的非线性弹塑性地基反力法，我国的学者吴恒立所提出来的计算推理桩的综合刚度原理和双参数法，可以充分的考虑到桩周土处于线弹性或者非线弹性阶段。以上这两者主要是应用于桩顶作用有横向荷载或者桩的外露部分作用有分布荷载，例如桥梁桩基以及海洋平台桩基的内力计算。而抗滑桩作用的主动外力，滑坡推力，一般的为滑面以上的分布荷载，是与上述当中的桩有所区别的。所以，我国目前仍然是采用前述各种的线弹性地基反力法来进行抗滑桩内力的分析，到目前为止，哪一种方法最能够符合我国的抗滑桩实际受力和变形的情况，还没有定论。

2抗滑桩的计算方法

2.1抗滑桩设计计算方法的探讨

2.1.1抗滑桩的受力特征

作用在抗滑桩上的荷载是由滑坡推力、桩前岩石抗力以及地震震动荷载等一系列组成的，对于抗滑桩的设计，我们要取决于滑坡推力的计算是否准确，对于单一的情况，在推力与桩身内力分析与计算上已有很多研究，并且也取得了一系列的成果，同时也应用到了实际的工程项目当中，但是对于发育了多个滑动面的堆积层滑坡，我们在进行滑坡推力的计算时，不需要考虑到滑动面所存在的相互作用力影响，要将该滑面以上的所有岩土体都看做是一个整体，并且以最深的滑动面为计算基准面，从而进行相应的计算。而计算所得到的结果并不能真实对情况进行反映，更有一些时候，相差较大。

2.1.2计算方法探讨

滑坡的当前状态及其变化趋势的判断是滑坡防治方案选择中的关键问题之一。我们在使用极限平衡法和数值分析方法计算抗滑桩时，都具有局限性，但是到目前为止，对于抗滑桩的破换形式多以滑移破坏为主。在进行极限平衡法的使用过程当中，虽然计算过程十分的简便，也较好操作，但是不能从实际上反映出工程的破坏情况；使用数值分析法，需要我们利用专业的软件进行相互的配合，结合工程的勘测数据，从而得出的结论比较能够反映出工程的实际情况。在进行滑坡治理的过程中，对于抗滑桩的破坏，主要是以对其稳定性进行破坏为主，滑坡的滑移面假定为圆弧面的基础上，从而建立计算模型。

2.1.3抗滑桩设计计算方法的适用性

基于两种典型的抗滑桩设计方法与理论，结合相关的理论研究，我们可以得出以下的结论：基于极限平衡理论方法较为适用于单桩的计算，并计算方法十分的简单，但是同时为了确保其安全性，我们需要采用比较保守的安全系数，所以设计的结果往往会不经济，但通常比较安全；对于数值分析的方法该方法充分的利用了计算机的功能，能够很好的模拟出真实的抗滑桩受力的情况，但是进行建模的过程，是十分复杂的，这也是此方法无法进行推广的原因所在。

2.2桩的内力分析计算

抗滑桩在分析计算时，需要对滑坡推力、桩身内力、桩侧压力等逐个分析其受力情况，计算任务繁重。桩的内力分析计算可以分为以下两类。

2.2.1弹性理论法

此种方法假定桩埋置在各向同性半无限弹性体当中，并且要假定土的弹性系数为常数或者会随着深度按照某种规律进行变化。在进行计算的时候，将其直径设为d，长度为1的桩分成若干微段，根据半无限体中所承受的水平力，并发生位移的Mindlin方程，进行微段中心处的桩周土位移的估算，除此之外，我们还需要根据细长杆的的挠曲方程求出桩的位移情况，同时利用有限差分式进行表达。

2.2.2极限地基反力法

极限地基反力法假设土将处于极限的状态，并且地基反力的分布是事先已经假定好的分布形式。一般情况下，我们假定地基反力q仅为y的线性函数q=q（y），而且与桩的挠度x没有任何关系。接下来，按照桩处于极限平衡状态下的平衡条件，计算出桩的最小锚固深度，在进一步按照地基反力的分布情况，假定计算出桩的内力，最后在进行桩的设计。

3抗滑桩抗滑机理及模型建立

3.1抗滑机理

抗滑机理是通过桩土之间所存在的土拱、桩身反力以及桩侧的摩阻力来进行滑坡推力的抵抗。抗滑桩的施工与一般的桩基施工是非常类似的，都是先在地层当中成孔，再进行钢筋或者型钢的放置，最后浇筑混凝土。在成桩的过程当中，水泥砂浆会向周围的围岩渗透，造成桩周地层的强度增高，使得桩与滑动面之间的稳定地层进行咬合，并且十分的紧密。受滑坡推力作用，抗滑桩调动了桩宽范围很大部分地层的抗力与之共同抗滑，将滑坡推力传递到稳定地层。虽然，滑坡体地质条件比较复杂，只要有效地抑制滑坡体变形失稳，就能够保证路基及桥梁安全，达到预期的效果。

3.2ABAQUS有限元模型的建立

采用简单的边坡模型，其坡高设定为10m，坡度为1:1.5，坡顶距离边坡后沿的水平距离为15m，对于边坡后沿的上顶点到下顶点的垂直距离为20m，边坡的宽度为20m。选用矩形的截面桩，长边为1.5m，短边为1m，桩长为14m，将抗滑桩加固，放置在边坡的中部位置，桩心距坡脚的水平距离要保持为7.5m，桩底距模型底部为2.5m，桩和土均要采用C3D8R实体单元。桩端与土利用绑定进行约束，桩土在接触之后，不能允许其分离。同时，桩侧与土需要采用面面接触。桩网格为0.5，土的网格为1。

结束语

本文考虑滑坡的空间分布特征，即中间主滑面处的滑体要比两侧厚，主滑面的滑坡推力也明显大于两侧的滑坡推力。根据滑体厚度和滑坡空间分布的不均匀性，对抗滑桩进行变刚度布置。目前，抗滑桩的施工已成为不容忽视的重点，其在施工之中要做好施工工艺、质量控制等各个环节的管理，确保施工效益和施工质量能够满足设计要求，为日后施工提供良好的基础平台。

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