抗滑樁在治理滑坡方面的研究

張富榮，高偉偉，黃道鋒，楊泓燁

（1.蘭州理工大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730000；2.華僑大學 機電及自動化學院，福建 廈門 361021）

0 引言

隨著世界上的高鐵、公路等各種基建的持續發展，我們已經可以很好地應用現代技術通過防治自然災害來一定程度上地保護基礎建設，比如在高鐵、公路當中就很常見支護工程，它可以防治一些高鐵、公路旁的坡體滑坡，很好地保護了交通安全，也降低了經濟損失。在支護工程中，抗滑樁是一種很實用的結構[1]。

1 抗滑樁的介紹

1.1 抗滑樁的基本概念

抗滑樁是將樁插入滑動面以下的穩定地層中，利用穩定地層巖土的錨固作用以平衡滑坡推力、穩定滑坡的一種結構物。由于抗滑樁具有抗滑能力強、支擋效果好、樁位設置靈活等優點，被廣泛應用于大型滑坡災害的整治。此外，抗滑樁還可用于其他坡體變形及橋臺、隧道變形等的加固[2]。

1.2 抗滑樁的國內外研究狀況

國外最早的抗滑樁應用于20世紀30年代。19世紀中葉第二次世界大戰之后，由于各國經濟的復蘇和發展，工程建設中發生了大量的滑坡，抗滑樁逐步成為一個治理滑坡的主要方法[3]。而后，抗滑樁設計理論得到初步建立，在20世紀70年代以后實現抗滑樁的快速發展。

國內鐵路上最早應用抗滑樁是在20世紀50年代的修建寶成鐵路的時候[4]。我國的抗滑樁技術雖落后于國外，但是隨著我國基礎設施的快速發展，抗滑樁也發展的極為迅速，出現了各種各樣的抗滑樁結構，錨索抗滑樁就是很有代表力的其中之一。

2 邊坡抗滑樁的設計要求

2.1 設計總思維

抗滑樁的設計思想主要是能充分發揮樁身的力學性能并能長久使用，且應用廣泛、施工便捷、經濟、環保。其設計還需根據實際情況，通過計算分析，才能得出最佳設計方案。

2.2 樁身設計的安全性要求

對于滑坡體而言，要滿足足夠的穩定性；即穩定安全系數必須要達到設計要求，以保證滑體不能越過樁頂，也不會從樁間擠出去；對于樁身而言，必須要擁有足夠的穩定性和強度；樁的配筋和斷面要合理，這樣才能達到樁身變形和樁內應力的要求[5]。

2.3 樁身設計的合理性要求

樁布置時候的規格、間距、深度都需要合理設計，在施工安全的前提下，確保每個樁充分發揮作用，節省材料。

2.4 樁身設計的經濟性要求

樁身設計時，運用現有的技術，盡可能多地設計方案，通過多方面比較，在保障安全合理的條件下，尋求最佳方案，以減少經濟成本。

3 滑坡推力和樁身內力分析

3.1 分析方法

對滑坡力系的分析，就是對滑坡體穩定性的分析。本文主要采用的分析方法是計算安全系數的方法。計算時，假設滑體不發生形變，將滑坡體簡化成直線和折線模型，計算滑坡推力。

3.2 滑動面剖面為平面時的計算分析

滑動面剖面為一直線時，是最簡單的情況。如圖1所示，滑體ABC的自重為G，滑坡體底部AC的長度為L，土坡坡度為a，土的內摩擦角為，土的黏度為c。在不考慮外界條件的情況下，由于滑坡體重力，使土下滑的力，而土體下滑的阻力為，因此安全系數K為：

圖1 滑動面剖面直線簡圖

式（1）為黏性土坡，若在均質無粘性土坡的條件下，則c=0，土體下滑的阻力為由式（1）得，安全系數K為：

從式（1）可得，安全系數K和坡度a成反比，和土的內摩擦角和土的黏度c成正比。當K=1時，下滑的阻力等于滑動力，土坡處于極限狀態，由式（2）得，在無黏性土的時候，土內摩擦角等于坡度a。根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）規定，一級邊坡的安全系數的取值范圍在1.25～1.35。

3.3 滑動面剖面為折線時的計算分析

若滑坡剖面為折線時，分析較為復雜，所以將滑坡體進行簡化。依據坡度變化，對滑坡體進行分塊處理，處于中間段的滑坡塊，不僅受上一段的推力而且還受到下一段滑坡體的阻力作用。計算此處滑坡推力一般采用推力計算法計算其穩定性[6]。若圖2所示，對滑坡體受力分析：

圖2 滑動面剖面折線簡圖

首先，對最上部的滑塊ABC進行受力分析：

由式（3）得：

所以，其反作用力：

根據對滑塊CBDE分析得：

由（6）可得：

3.4 樁身內力的計算分析

抗滑樁計算方法常常使用懸臂樁法，把滑面以上抗滑樁受荷段上的作用力均看作外荷載，滑面以上的部分按懸臂構件計算。滑面以上滑體作用于樁身的推力分布圖形為矩形或者三角形，其方向與滑動面相平行。根據地基系數與滑床巖體性質的關系，嵌固段樁身內力計算分K法和M法：①K法：地基系數為常數K。滑床為較完整的巖質和硬粘土層。②M法：地基系數隨深度呈線性增加。滑床為硬塑-半堅硬的砂粘土、碎石土或風化破碎成土狀的軟質巖層[7]。推力在樁上的分布，還與樁的變形程度、滑動面土的性質、坡度的大小等因素有關，是一個還待研究的問題。

4 抗滑樁的類型及應用

抗滑樁以樁身材質劃分可分為單樁、樁板抗滑樁、框架式抗滑樁、錨索樁等。眾所周知，我國是多山地、多丘陵國家。順層開礦或依山平整建筑場地和修路，經常遇到大的不連續面發育的巖體，由該巖體構成的礦山邊坡或路墊邊坡若發生滑坡即為平面型滑坡[8]。其受力較為單一，在山區公路建中，若有優質的地理條件，采用單樁或框架式抗滑樁支撐。在青海地區常常使用此類型樁進行邊坡加固。

在一般地形條件下，路基邊坡一般為折線型滑坡。力系分析較為復雜，采用預應力錨索樁加固邊坡，能較好地防止滑坡的發生。例如，在陽泉至左權高速公路中，為治理沿線邊坡的一個中型滑坡體，采用了錨索抗滑樁對滑坡體防治，原因是滑坡體滑坡推力較大，如果采用一般的抗滑樁結構難以保證滑坡體的穩定。

5 結語

誠然，抗滑樁在工程建設中運用非常廣泛，取得的成就也是有目共睹。但在理論研究方面還不是特別成熟，這更要求廣大科研工作者在實踐中對抗滑樁的受力進一步的探索和研究，以達到安全、合理、經濟的目的。