抗滑桩变形受限条件下受力分析的探讨

陈 建 君

(四川省蜀通岩土工程公司，四川 成都 610041)

抗滑桩变形受限条件下受力分析的探讨

陈 建 君

(四川省蜀通岩土工程公司，四川 成都 610041)

通过分析抗滑桩的受力特征，介绍了土压力的类型及土压力与土体变形的关系，对抗滑桩变形受限的要求、变形受限下土压力的情况，桩身的受力进行了研究，最终得出了一些有意义的结论。

抗滑桩，变形受限，受力分析，土压力

0 引言

抗滑桩是一种常见的滑坡(边坡)支挡工程。因其布置灵活、支挡力大而被广泛采用。作用在抗滑桩上的荷载主要是土压力和滑坡推力。正确、合理的确定土压力和滑坡推力的大小、方向、作用点以及对支挡结构作用的规律，这是支挡结构设计的关键问题。工程界对于抗滑桩发生变形要求的提高，也使得传统的对桩身受力分析的处理办法出现了误差，需要进一步讨论分析。

1 抗滑桩受力特征

抗滑桩是桩埋入稳定滑床中，依靠桩与桩周岩(土)体的相互嵌制作用把滑坡推力传递到稳定地层，利用稳定地层的锚固作用和被动抗力，使滑坡稳定。桩可改善滑坡状态，促使滑坡向稳定转化。

抗滑桩埋置于滑面以下部分称为锚固段，埋置于滑面以上部分称为受荷段(或受力段)，受荷段承受滑坡推力，并传递到稳定地层。作用于桩上的力主要有：桩后的滑坡推力，桩前土抗力，锚固段岩土体的抗力。

抗滑桩由于变形，挤压锚固段桩侧的岩土体，同样桩侧岩土体会有反力。抗滑桩主要是通过锚固段岩土体提供的抗力来平衡滑坡推力，保持稳定。锚固段抗力通常按弹性地基系数法计算。

目前对桩身受荷段受力的规定如下：

1)对于桩身受到的荷载，比较设桩部位滑坡的推力与土体滑体土产生的主动土压力，设计时选用二者的大值。

2)对于桩前抗力，抗滑桩桩前应进行土压力计算。若被动土压力小于滑坡剩余抗滑力时，桩的阻滑力按被动土压力考虑[1]。

2 土压力的计算

2.1 土压力的分类

土压力的计算是一个复杂的问题，它与支挡结构物的形状、刚度、位移，背后填土的物理力学性质等有关，是填土和支挡结构相互作用的结果[2]。

根据支挡结构的位移方向、大小及背后填土所处的状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力。

若挡土墙在填土产生的土压力的作用下离开填土方向发生位移时，随着位移的增大，墙后土压力将逐渐减小。当位移达到某一数值时，土体出现滑裂面，墙后填土处于主动极限平衡状态。此时，作用于挡土墙上的土压力称为主动土压力，用Ea表示，如图1a)所示。

（2）社会组织因缺乏独立性诱发主体性丧失风险。独立性是社会组织的基本特征。政府向社会组织购买公共服务过程中，政府部门在招投标过程依据经济效益原则，利用成本—收益分析方法计算项目损益，缺乏对社会组织的供给能力和专业水准的综合考评。社会组织在激烈的竞争中为组织存续承接企业服务项目，违背其公益性与非营利性，丧失组织目标的独立性。

如挡墙在外荷载作用下，使墙向填土方向位移，随着位移增大，墙受到填土的反作用力逐渐增大，当达到一定位移量时，土体出现滑裂面，墙背后填土就处于被动极限平衡状态，如图1b)所示。这时作用于墙背的土压力称为被动土压力，以Ep表示。

静止土压力是挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力如图1c)所示。

2.2 土压力与土体变形的关系

根据土压力产生的条件，主动土压力和被动土压力都是在土体发生了一定变形，土体中出现滑移面，而且达到极限平衡状态时土体所产生的作用力。自从库仑土压力理论发表以来，人们先后进行了多次多种挡墙模拟实验、原型观测和理论研究。实验表明：在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又远小于被动土压力，亦即Ea

3 变形受限条件下桩身受力情况

3.1 抗滑桩变形受限的要求

抗滑桩受力发生的变形主要是抗滑桩桩身的材料变形和桩体的整体位移变形。一般工程中，尤其是地灾治理工程中，对桩顶位移并未进行严苛规定，这在条件允许的情况下，实际上是可以充分发挥桩前土的抵抗力。但对于类似铁路部门等对坡体变形要求严格的工程，却不允许桩发生较大位移。过大的位移将影响坡体上的建筑物和构筑物正常使用。一般要求桩顶位移小于100 mm。而在近年的地质灾害的工程实践中，这一理念也被逐渐引入，在四川省近年来的震后地灾治理中，评审单位和专家也逐渐要求设计人员要严格将桩顶位移控制在100 mm中。

3.2 变形受限下土压力的情况

由于抗滑桩所应用的滑体厚度较大，当桩的位移不是足够大的时候，桩前土体产生抗力是达不到一般规定的被动土压力的值。变形受限条件下抗滑桩受土压力是否还能用原来的规定来继续处理，以下就通过比较三种土压力的差别来分析变形受限条件下选用土压力值不当可能造成的误差。假设四个不同的滑坡，其滑体厚度分别为6 m，8 m，10 m，12 m，滑体重度均为19 kN/m3，滑体内摩擦角均为20°，分别计算其土压力(见表1)。

表1 土压力对比表

从计算结果可见，各种厚度下三种土压力的大小差距十分悬殊。静止土压力Eo为主动土压力Ea的2倍，而被动土压力Ep更是高达静止土压力Eo的3倍。因此如选用不当，将可能造成严重的误差。

对桩身变形有严格要求的工程，如果桩身位移受到限制，桩前土体变形小而没有达到产生被动土压力的要求，则桩前土体就无法提供目前规范中所要求的被动土压力，其值而是介于Eo与Ep之间的某个值。也就是说桩前土的抵抗效应还没有充分发挥出来。如果按例子中计算的结果，即使考虑了安全系数，误差也是难以被接受的。

同样，对于悬臂桩一类的支挡工程，如果桩的变形受限，则桩后土体的变形小，土压力也许还在接近静止土压力Eo的水平。如果按照目前的常用的处理办法，用主动土压力和滑坡的剩余下滑力比较确定桩身受到的荷载也将是不准确的。按例子中的情况，Ea与Eo的差值也高达100%，稍有偏差，其形成的误差比一般滑坡选用的安全系数还高。

如果按照原规定选取，则抗滑桩的受力和抗力的不准确将造成对桩结构设计的不合理，在桩强大荷载作用下会造成桩超过原设计要求变形，这也不是设计的初衷。

类似的问题在其他支挡工程中也出现了。在挡土墙工程中，挡土墙实际承受的稳定土压力大于主动土压力[4]。这同样是变形不足造成的。

3.3 变形受限下桩身受力分析

为保证对抗滑桩受力分析的准确性，在进行有变形控制的抗滑桩工程设计，或者设计中发现桩身变形很小时，说明桩体的变形并未能产生足够变形，应该考虑桩前与桩后土压力的选取。

1)对被动土压力，当变形受到限制时，不宜直接选用被动土压力与桩前土的抗滑力进行比较，而应该取折减值。2)对悬臂桩一类没有桩前土或需要考虑桩后土体局部作用的工程，当变形受到限制，桩后土产生的主动土压力较大，甚至大于滑坡下滑力时，对土压力应予以考虑一定的放大系数。3)由于目前土体变形与土压力的关系还未能建立比较明确的数值关系。还难以根据变形要求而比较准确的确定土压力值。因此研究土压力与土体变形大小的关系，将有助于工程界更加准确的进行支挡工程的受力分析。

4 结语

1)土压力的大小与土体变形是否充分有密切关系。2)当桩顶变形受到限制，桩周土体所形成的土压力也受到影响。3)变形受限条件下，桩前土提供抗力介于静止土压力与被动土压力之间，桩后土体形成的作用力也可能大于主动土压力。4)对于变形受限的抗滑桩所受土压力宜进行适当修正，以确保工程的安全性。

[1] DZ/T 0219—2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].

[2] 赵其华，彭社琴.岩土工程支挡与锚固工程[M].成都：四川大学出版社，2008.

[3] 张克恭，刘松玉.土力学[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[4] 熊道锟.验算挡土墙的稳定平衡推力法[J].岩土工程技术，2013,27(2):55-58,68.

On exploration for stressed analysis of anti-slide pile under constrained reshaping

Chen Jianjun

(ShutongGeotechnicalEngineeringCompanyinSichuan,Chengdu610041,China)

According to the analysis of the stressed features of the anti-slide pile, the paper introduces the types of the earth pressure and relationship between earth pressure and soil deformation, researches the requirements for the constrained reshaping of the anti-slide pile, circumstances for the earth pressure under the constrained reshaping, and the pile stress, and achieves some beneficial conclusion.

anti-slide pile, constrained reshaping, stressed analysis, earth pressure

2015-05-26

陈建君(1983- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)22-0076-02

TU473.1

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