門型剛構(gòu) （樁拱體系）支護結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用探討

于 虹

貴州省建筑設(shè)計研究院有限責任公司，貴州貴陽 550081

貴州地處山區(qū)，地形地質(zhì)條件復雜，特別是在雨季，經(jīng)常發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。一旦發(fā)生滑坡，不僅會造成交通中斷，影響道路的正常運行，而且如果滑坡較大，還會堵塞河道、摧毀建筑，對山區(qū)建設(shè)和交通設(shè)施都具有極大危害。而抗滑樁的出現(xiàn)，在治理滑坡方面是一大進步，與其他的支檔結(jié)構(gòu)相比，它圬工數(shù)量少、施工破壞小、施工安全、布置靈活、適應(yīng)性強，加之受力結(jié)構(gòu)合理，可以抵抗巨大的滑坡推力，是目前滑坡治理的主要手段。而經(jīng)過了多年的理論研究和工程實踐，國內(nèi)的滑坡治理工作在各個方面已經(jīng)取得了不小的成就，但在巖層較弱或土層多種地質(zhì)情況交叉的地區(qū)，傳統(tǒng)的抗滑樁樁身結(jié)構(gòu)仍存在許多問題和局限，為此，在治理滑坡方面，從單樁向支護結(jié)構(gòu)發(fā)展，如雙排抗滑樁、門架式雙排抗滑樁等，通過連系梁等連接構(gòu)件發(fā)揮結(jié)構(gòu)的空間整體效應(yīng)，具有結(jié)構(gòu)整體剛度大，支護強度高，樁頂位移小等一系列優(yōu)勢的門架式雙排樁抗滑樁支檔體系越來越受到工程人員的青睞，目前廣泛運用于大型滑坡治理工程。

1 門架式雙排樁

門架式雙排樁是指在地基中設(shè)置前、后兩排鋼筋混凝土樁，并在樁頂部分通過剛性梁把前、后兩排樁聯(lián)結(jié)起來，形成一種“門”字形的空間結(jié)構(gòu)，因其外形與傳統(tǒng)的門框較為相似，所以稱為門架式雙排樁。

雙排樁支護結(jié)構(gòu)是在單排懸臂樁的基礎(chǔ)上后移了部分樁，使之形成一種較為穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)體系。而門架式雙排樁內(nèi)部沒有錨桿支撐，它是在雙排樁的基礎(chǔ)上，通過在樁頂設(shè)置剛性連系梁，使得前、后排樁形成一個空間整體結(jié)構(gòu)，通過樁與土之間的相互作用，充分發(fā)揮空間組合效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，進而提高抗滑性能。同時，它能夠保持坡體的穩(wěn)定，防止樁身產(chǎn)生過大的變形或位移，滿足施工要求的同時也保證相鄰環(huán)境的安全。由于門架式雙排抗滑樁具有樁身位移小、結(jié)構(gòu)安全、施工方便、工期短、經(jīng)濟等優(yōu)點，目前已被越來越多的工程采用。

門架式雙排樁的主要特點表現(xiàn)為：

（1）前排樁的作用是分擔土壓力，后排樁的作用是支擋和拉錨；前后排樁共同形成一個空間結(jié)構(gòu)，同時承受土壓力；

（2）充分利用“土拱效應(yīng)”（樁-土之間的共同作用），從而改變土體的側(cè)壓力分布，進而增強支擋的效果；

（3）作為一個空間結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)外荷載的變化自動調(diào)節(jié)樁身的內(nèi)力，不斷適應(yīng)外部受力環(huán)境的改變，從而增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體剛度；與普通的抗滑樁相比，除了整體剛度大、穩(wěn)定性好的優(yōu)點外，還有施工簡便，后續(xù)工作平臺較大，建設(shè)速度快、省錢省力等特點。

2 門型剛構(gòu)（樁拱體系）在實際工程中的應(yīng)用

門型剛構(gòu)（樁拱體系）組合結(jié)構(gòu)體系是在雙排樁基礎(chǔ)上提出的一種新型支擋結(jié)構(gòu)體系，是由門型剛構(gòu)、拱墻、口字墩組成一種空間組合支護結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式見圖1。

圖1 門型剛構(gòu)支護設(shè)計效果圖

相對于傳統(tǒng)門架式雙排樁結(jié)構(gòu)而言，其主要變化主要有兩點：

（1）在樁間形成實體拱替代樁間“應(yīng)力拱”，根據(jù)相關(guān)研究資料，抗滑樁樁間形成“應(yīng)力拱”的樁間距存在某一取值范圍，超出這一范圍后樁間“應(yīng)力拱”將不再出現(xiàn)， 而實體拱的存在只取決于拱的結(jié)構(gòu)受力情況。

（2）在依賴于“土拱效應(yīng)”的傳統(tǒng)門架式雙排樁支護結(jié)構(gòu)中，樁間“應(yīng)力拱”承擔著將樁間土壓力（或滑坡推力）轉(zhuǎn)移到樁體上的作用，但相關(guān)研究證明，樁間形成的“土拱”只是把大部分土壓力轉(zhuǎn)移到樁體上，土體仍然需承擔殘留的一小部分土壓力。土體分擔滑坡推力的大小又和樁間距與樁徑比S/d相關(guān)，隨著樁徑比（S/d）的增大，土體分擔的滑坡推力也相應(yīng)增大，一旦樁徑比（S/d）超過某一數(shù)值（臨界值），坡體在土體分擔滑坡推力的作用下就會產(chǎn)生滑動，抗滑樁也將失效，而實體拱將不會出現(xiàn)上述情況。

將連續(xù)的門型剛構(gòu)（樁拱體系）分段，每段門型剛構(gòu)（樁拱體系）兩端設(shè)立大剛度的口字墩，用于消解由分段中間門型剛構(gòu)傳來的側(cè)向水平力，保證整個結(jié)構(gòu)體系的橫向穩(wěn)定性。

門型剛構(gòu)（樁拱體系）非常適用于由二元巖土體組成的邊坡或基坑的支護。在門型剛構(gòu)（樁拱體系）支護結(jié)構(gòu)中，上部拱墻負責松散填土或強風化巖體的支檔，將土體壓力通過樁間拱墻完全傳遞給樁體；下部與巖體直接接觸的排樁承擔不穩(wěn)定巖體的剩余下滑力，并通過門型剛構(gòu)組成的空間結(jié)構(gòu)來共同抵抗樁后荷載作用。

門型剛構(gòu)（樁拱體系）作為一種組合式的空間支護體系，具有明確的結(jié)構(gòu)傳力路徑，其各個組成部分之間的剛度配比可通過力學計算進行最大限度的精確控制，實現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)的最大經(jīng)濟性設(shè)計。受力形式見圖2。

圖2 門型剛構(gòu)（樁拱體系）傳力路徑

在門型剛構(gòu)（樁拱體系）組合結(jié)構(gòu)中，拱墻把樁后巖土體推力分解成水平、豎向分力交給兩側(cè)樁體，由于結(jié)構(gòu)具有對稱性，則各個拱墻傳來的水平分力會相互抵消，只剩（每個分段）兩側(cè)的最后一個水平分力傳遞給口字墩，而垂直支護面的豎向分力（以拱墻的視角來看）則通過拱腳的樁體傳遞給整個門型剛構(gòu)承擔，最終將其傳遞給抗滑樁錨固段巖體；另一方面，由樁體直接承擔的巖石推力則直接交給整個支護結(jié)構(gòu)，并最終傳遞至抗滑樁錨固段巖體。

根據(jù)上述門型剛構(gòu)（樁拱體系）支護結(jié)構(gòu)傳力路徑分析可知，由于樁后實體拱墻的存在，一方面可在結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)取更大或更小的樁間距，改善門架式雙排樁固有樁間距取值區(qū)間的限制；另一方面可通過對拱墻結(jié)構(gòu)尺寸的合理選擇來最大限度消減支護結(jié)構(gòu)需要直接承受的荷載，對整個支護組合結(jié)構(gòu)體系進行合理的剛度配比優(yōu)化，提高支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性。

3 結(jié)語

抗滑樁作為一種在滑坡治理及基坑邊坡等工程中的重要手段，一直以來都保持著強大的生命力，本次研究提出的一種全新支護結(jié)構(gòu)體系—門型剛構(gòu)（樁拱體系），脫胎于門架式雙排樁支護結(jié)構(gòu)，在繼承了其已有的結(jié)構(gòu)特性的同時又完美的解決了具有二元巖土體特性的滑坡（或邊坡）治理工程中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。可以說，門型剛構(gòu)（樁拱體系）在巖土工程治理中必將會有出色的表現(xiàn)，是一種優(yōu)秀的新型結(jié)構(gòu)體系。