路基滑坡中抗滑桩的设计思路与计算

文/云南省保山公路局 赵富超

抗滑桩是利用桩埋入稳固的岩体中，使其承受滑体的部分下滑力，并将其传递到下部稳固岩体中，以起到稳固滑体的作用。抗滑桩抗滑能力强，能克服挡土墙在滑面较深时难以抵挡的困难；桩位灵活，可根据滑坡剩余推力结合场地条件选择抗滑桩最佳部位；可以单独设置，也可与其他治理工程配合使用，安全可靠；依据弯矩大小合理配筋，依据滑坡推力大小和滑动面深度变化设计桩的截面尺寸和桩长。

抗滑桩设置位置

近年来，云南省保山公路局所管辖的部分路段发生路基坍塌，多数是由于滑动面较深而既有路堤挡土墙埋置深度难以到达滑动面造成。因此，抗滑桩作为一种理想深层支挡方案的优势格外明显。当抗滑桩设置在路堤下侧时，能获得抗滑和挡土兼备的效果，此时地表至滑动面的距离较薄，桩前传递滑坡推力经过路基的抵抗，有所折减，而桩后土体较薄，贡献抗力有限，且桩后土体往往不稳定，一般不能考虑抗力作用，此时抗滑桩按悬臂桩计算。当抗滑桩设置在路堤上侧时，滑坡推力较大，但桩前亦有路基提供剩余抗力或被动土压力，所以滑动面以上地层对桩的整体外力较小，此时抗滑桩整体截面和桩长往往可以得到节约。

滑坡推力计算

滑坡剩余下滑力采用传递系数法计算，从第一块滑体向下传递，直到抗滑桩设置桩位，即为抗滑桩所承担的滑坡推力。

抗滑桩的计算

滑动面以上土层对桩的作用按外力考虑，滑坡推力及剩余抗滑力，可沿桩身按矩形分布，当滑体为极松散的土体时，可采用三角形分布。确定滑坡推力及抗滑力完成后，在滑动面处将外力换算成剪力Q0和弯矩M0。

刚性桩和弹性桩

按刚度大小，抗滑桩可分为刚性桩和弹性桩：αh≤2.5为刚性桩，αh＞2.5为弹性桩。其中，h为桩在滑动面以下的埋深，α为桩的变形系数，

侧向地基抗力系数c可根据岩性采用适当方法，当岩质均匀，岩层整体较厚且为块状时，可认为侧向地基弹性抗力随深度不变；当岩质破碎，或为黏土砂土时，可认为桩侧地基弹性抗力随深度变化，采用m法，即c=my。采用m法时，对于桩埋深位于两层或两层不同土层时，各层土mi应换算成一个m－值，此时计算出的弯矩应乘以系数进行调整。地层岩性由软变硬的过程中，地基土层的m值由小变大，α值也相应变大；同时，随着埋置深度h的增大，αh也越大，表现为抗滑桩整体趋向于弹性桩。故在初选桩型方案时，可参考地层岩性m值与桩截面大小，然后结合经验初定滑床以下的桩长，初步假定桩为刚性桩或弹性桩。

桩侧应力

桩侧应力不大于地基土的侧向抗力，以避免过大的塑性变形。根据公式可知地基侧向承载力是一个随深度变化的过程，当解出桩身位移后，乘以该深度对应的侧向地基抗力系数C，即可判断桩侧土应力的大小是否在容许范围内。

桩长计算

刚性桩的内力计算可参考《均质岩土层中刚性抗滑桩的设计计算》，其计算理念及方法简单易行，所需设计参数较少。特别是在确定为刚性桩的前提下，只需要下滑力和基岩侧壁容许应力（侧壁岩土容许抗压强度）即可设计计算。而在弹性桩的计算分析中，通常采用侧向弹性地基梁理论，即将桩视作弹性地基上的弹性地基梁，此时桩在水平外力作用下的挠曲微分方程为其中，p为土作用在桩上的水平反力，x为桩在滑动面下y点处的水平位移（m），可见在求得x后，即可得到σy=myx，进而可以根据桩在滑床顶部的位移控制要求及侧向地基承载力要求确定桩长，一般要求抗滑桩滑床顶部位移小于10mm。

桩的内力位移计算

通过对挠曲微分方程的求解，可得以下计算式：

其中A、B、C、D为系数，与α、y相关，可以通过查表获得。通过滑动面处换算成剪力Q0和弯矩M0，求解x0和y0，此时根据桩底边界条件来确定。当桩埋于土层或风化破碎岩层内时，桩底可视为自由端，即边界条件Qh和Mh=0。此时，A、B、C、D为桩底所对应的系数。解得至此，可以得出所设抗滑桩在滑动面下每一深度所对应的内力和位移。

工程实例

云南省保山公路局所管养的公路一处路基下侧滑塌，地质判断为滑坡，地层岩性为砂砾石，采用单排抗滑桩处治，桩位设置在路基下侧。滑动面以上桩长为12m，滑动面以下桩长初定为10m，根据传递系数法可算得每根桩滑坡推力为：1069.3kN。M取值为30000（kN/m4），桩身直径为2m，计算宽度为2.7m，桩身E为32370000（kN/m2），桩底视为自由端。将计算系数A、B、C、D提前录入数据库，然后根据控制参数αh，自动查找调用相应A、B、C、D，可直接得出桩身位移和内力，生成图表（见表1）。结合滑动面位移控制要求，可以快速得出理想方案。

表2 桩身内力位移计算

图3 滑动面以下桩侧土应力

表1 滑坡推力计算

桩身内力位移计算见表2、图1、图2、图3。由计算结果可见，滑动面以下桩身最大位移在滑动面处，为7mm，符合小于10mm的一般要求。而桩身的最大正弯矩6956kNm，距离滑动面为3m，最大负弯矩为-332kNm，位于靠近桩底的部位。说明采用滑动面以下桩长10m的方案合理，位移和内力处于较理想区间范围。

桩的入土深度h≥4/α时，y=4/α深度以下桩身截面作用效果应可忽略不计。桩埋入岩土部分截面配筋率≥0.6。