抗滑桩的设计

（一）抗滑桩设计的步骤

1.抗滑桩设计的条件

使用抗滑桩的基本条件是：①滑坡具有明显的滑动面，滑动面以上为非流塑性主体，能被桩稳定。②滑动面以下为较完整的岩石或密实土层，可提供足够的锚固力。此外，应具有经济上较为合理，施工也较为方便的条件。

2.抗滑桩设计的步骤

（1）地质调查

通过地质调查，掌握滑坡的成因、性质、范围及厚度，分析其所处状态及发展趋势。

（2）计算滑坡推力及在桩身的分布形式

将滑坡范围内滑动方向和滑动速度基本一致的滑体部分视为一个计算单元，并在其中选择一个或几个顺主滑方向的地质纵断面为代表计算下滑力，每根桩所受的力为桩距范围内的滑坡推力。具体计算时可采用各种条分法，如传递系数法等。

滑坡推力在桩身的分布形式较为复杂，与滑坡类型、地层情况等因素有关。在设计计算时，如滑体土层是粘性土、土夹石等黏聚力较大的地层，则可简化为矩形分布形式；若为砂、砾等非粘性土，则可采用三角形分布；介于二者之间的，可设定为梯形分布。

（3）根据地形、地质情况及施工条件等确定桩的位置和布置范围

抗滑桩一般宜布置在滑坡的下部，这是因为下部滑动面较缓，下滑力较小。桩一般布置一排，布置方向与滑动方向垂直或近于垂直；对于大型、复杂或纵向较长、下滑力较大的滑坡，可布置两排或三排；当下滑力特别大时，可采用梅花形交错布置。

（4）桩参数的确定

根据滑坡推力的大小、地形及地层性质，拟定桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距。合适的桩间距应保证土体不从桩间挤出。因此，当滑体完整、密实或下滑力较小时，桩间距可取大些，反之则取小些，常用的桩间距为6～10m。此外，也可按桩身抗剪强度来确定。

桩截面多为矩形和圆形，采用矩形时一般使正面一边较短，侧面一边较长，边长一般为2～4m。

桩的锚固深度应保证能够提供足够的抵抗力。实际设计时，要求抗滑桩传递到滑动面以下地层的侧壁压力不大于地层的侧向容许抗压强度，但锚固长度过大，锚固力也不再显著增加。

（二）抗滑桩的类型

抗滑桩的类型主要包括如下几种。

1）按桩身材质分为：木桩、钢管桩、钢筋混凝土桩等；

2）按桩身截面形状分为：圆形桩、管桩、方形桩、矩形桩等；

3）按成桩工艺分为：钻孔桩、挖孔桩；

4）按桩的受力状态分为：全埋式桩、悬臂桩和埋入式桩；

5）按桩身刚度分为：刚性桩和弹性桩；

6）按桩体组合形式分为：单桩、排架桩、刚架桩等；

7）按桩头约束条件分为：普通桩和锚索桩等。

常用的抗滑桩的基本形式如图2－21所示。全埋入式桩（图2－21a）和悬臂桩（图2－21b）使用较为普遍；埋入式桩（图2－21c）一般在滑坡体厚度较大的情况下使用，可节省造价；承台式桩（图2－21d）是将两排桩在桩头用承台连接，可使桩和桩间土共同受力；刚性桩（图2－21e、f、g）能有效发挥两桩的共同作用，可减小桩的埋深；锚索桩（图2－21h）即在桩头或桩的上部加若干束锚索固于滑动面以下稳定地层中，可增加横向支点和抗力，减小桩的弯矩和剪力，从而减小截面和埋深。

图2－21 常用抗滑桩的基本形式

实际工作中应根据滑坡的类型、规模和地质条件以及滑床的岩土状况、施工条件和工期等要求选择具体的桩型。

（三）抗滑桩的计算宽度

参考桥梁桩基设计，当抗滑桩的截面设计宽度为B或直径为d且和大于0.6m时，计算宽度（Bp）：

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（四）确定桩的长度

抗滑桩的长度由滑动面上、下两部分组成，滑动面以上的长度以保证滑体不会从桩顶滑出为原则，应进行越顶验算。在进行越顶验算时，应把因做桩后地下水排泄断面减小而可能抬高桩后地下水位这一因素考虑进去。实际工程中，有许多桩的长度大于实际需要而造成浪费，这就导致埋入式抗滑桩的出现。越顶和桩长过长均表明桩长设计欠合理。埋于滑动面以下的长度，除满足不超过土体允许的弹性抗力外，还应考虑滑动面是否向下发展的可能，以确保桩的稳定，悬臂桩桩身在滑面以下的埋置深度一般为桩长的1/3～1/2，视锚固条件而异。

（五）抗滑桩的计算模型

1.悬臂桩法与地基系数法模型

现有的计算方法一般将土层视为弹性地基，并符合Winkler假定，将抗滑桩作为弹性地基梁进行计算。根据对滑面以上桩前土体作用处理方法的不同，抗滑桩的计算方法可分为两种：一是悬臂桩法，计算时将滑面以上桩身所受滑坡推力及桩前土体的剩余抗滑力（即桩前土体处于稳定状态时所能提供的最大阻力）作为设计荷载，若剩余抗滑力大于被动土压力，则以被动土压力代替剩余抗滑力，计算出锚固段桩侧压力、位移及内力，其计算模型相当于下部锚固的悬臂结构，见图2－21b所示。该法计算简单，在实际工作中广为采用。二是地基系数法，计算时将滑面以上桩身所受的滑坡推力作为已知荷载，而将整个桩作为弹性地基梁计算，见图2－21c所示。采用该法时，要求所求得的桩前抗力不大于剩余抗滑力及被动土压力，否则应采用剩余抗滑力及被动土压力。

2.桩侧土的弹性抗力计算模型

假定地表以下y处地层对桩的抗力为

地质灾害防治技术

式中：σy为地表以下y处地层对桩的抗力（kPa）；xy为地表以下y处桩的水平位移（m）；K为地基系数，或称弹性抗力系数；Bp为桩的计算宽度（m）。

地基系数与深度有关，其计算公式为

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式中：y为嵌固段距滑带的深度（m）；y0为与岩土类别有关的常数（m）；n为随岩土变化的常数；m为地基系数随深度变化的比例系数；其他符号意义同前。

当n＝0时，K为常数，不随深度变化，其相应的计算方法称为“K”法，适用于硬质岩层及未扰动的硬粘土等；当n＝1且y0＝0时，K＝my，表明K沿深度呈三角形分布，相应的方法称为“M”法，适用于硬塑—半坚硬的砂粘土等。

3.刚性桩与弹性桩的计算模型

当桩的刚度远大于土体对桩的约束时，在计算桩身内力时，可忽略桩的变形，而将桩视为刚体，即刚性桩，这种简化对计算结果影响不大。反之，则需考虑桩身变形的影响，即将桩视为弹性桩。

刚性桩桩截面较大，长度较短，其刚性相对于桩周岩土为无穷大；弹性桩截面小，长度大，相对刚度较小。一般大截面的挖孔桩多为刚性桩。

当桩在滑面下埋深 时，按刚性桩设计；当 时，按弹性桩设计。

K法：

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M法：

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式（2－59）和式（2－60）中：α为桩的变形系数（1/m）；m为地基系数随深度变化的比例系数（kPa/m2）；Bp为桩的计算宽度（m）；EW为混凝土的弹性模量（kPa）；I为桩截面惯性矩， ，d为矩形桩沿滑坡推力方向的边长（m）；C为桩底侧向地基系数（kPa/m）。

4.柱底支承条件的计算模型

抗滑桩的顶端一般为自由支承，而底端则按约束程度的不同分为自由支承、绞支承及固定支承，如图2－22所示。

图2－22 悬臂桩与地基系数法的计算模型

（1）自由支承

滑面以下AB段，地层为土体或松软破碎岩石时，桩底端有明显的移动和转动，可认为是自由支承。

（2）绞支承

桩底岩层完整，但桩嵌入此层不深时，可以认为是绞支承。

（3）固定支承

桩底岩层坚硬完整，桩嵌入较深时，可以按固定端处理。

对悬臂桩法，桩在滑面以上所受的荷载是已知的，桩在这一段的变形及内力容易求得，桩侧土的反力计算可采用“M”法。

（六）抗滑桩的内力计算

抗滑桩的内力计算，分刚性桩和弹性桩两种情况，它们又各分为悬臂桩和全埋式两种情况。滑动面以上的下滑力和桩前剩余下滑力均视为外力，按一般的力学方法可以很容易由桩顶向下分别计算出桩侧应力和桩身内力。而对于滑动面以下岩土体的弹性抗力，刚性桩可以采用角变位法或无量纲法求解；弹性桩可以采用“M”法或无量纲法求解。

（七）抗滑桩的抗剪和抗弯验算

桩的控制效果主要取决于桩本身强度，根据桩的施工位置，可将其分为抗剪应力桩和抗弯应力桩。一般情况下，将桩所具有的容许应力作为桩所具有的控制效果界限值。为了获得设计安全系数，单位宽度桩所需的抗滑力（PR）可根据下式求得：

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式中：Fs为抗弯稳定性安全系数；N为单位宽度滑体重量法向分量（kN/m）；μ为单位宽度孔隙水压力（kN/m）；C为滑带土的内聚力（kPa）；L为滑面的长度（m）；PR为单位宽度桩所需要的抗滑力（kN/m）；T为单位宽度滑体的下滑力（kN/m）；其他符号意义同前。

由于抗滑桩位置与岩土性质等不同，桩受力状态也不同。一般来说，在距滑动面2/3深处的桩受到最大荷载，即称抗弯桩，此桩应满足下式：

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式中：σmax为钢管弯曲的容许应力强度（t/m2）；V为产生于桩的轴向力（t）；Mmax为产生于桩的最大弯矩（t·m）；AP为桩钢材断面面积（包括补强材料）（m2）；ZP为桩钢材断面系数（包括补强材料）。

当岩土强度高，所研究桩为刚性体时，在滑动面上的桩受到剪切力作用，常以剪切桩设计，应满足下式：

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式中：Smax为产生于桩上的最大剪力（t）；τp为钢管的容许剪应力强度（t/m2）；Ap为钢管断面面积（m2）；τs为补强材料的容许剪应力强度（t/m2）；As为补强材料的断面面积（m2）。