锚索抗滑桩受力分析与应用

李德奎 北京建达道桥咨询有限公司

1 引言

抗滑桩又称锚固桩, 是一种大截面侧向受荷桩。近几十年来已在铁路、公路、水电和煤矿等部门广泛采用，它是一种抗滑支挡结构。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，使滑坡得到稳定。桩可改善滑坡状态，促使滑坡向稳定转化。抗滑桩可与预应力锚索联合组成抗滑支挡结构，锚索的锚固段应置于稳定岩层内。设计时应保证施加预应力锚索的抗滑桩与预应力锚索的变形协调，不应使锚索在受剪状态工作。

2 工程概述

本项目是贵州某高速公路的挖方边坡，从开挖面算起到山顶的垂直高差为80m，若采取自然放坡的型式进行边坡开挖，则开挖边坡级数至少达到10级，将对自然山体环境造成极大的破坏，且边坡坡率较陡，边坡稳定性较差。经过综合比较分析，采用锚索抗滑桩的支护型式进行收坡，避免对自然山体的破坏开挖。

3 工程地质条件及稳定性评价

3.1 边坡地质条件

在钻孔揭露深度范围内，地层结构自上而下分述如下：

本区地层主要为古生界二叠系下统飞仙关组（T1f）砂岩，第四系覆盖层为碎石土。在钻孔揭露深度范围内，地层结构自上而下分别如下：

碎石土（）：褐黄色、灰褐色，稍密状，碎石主要成分为砂岩，含量约占60%～70%，粒径3cm～5cm，部分大粒径8cm～20cm。地表约0.5m为种植土，含较多植物根系。

强风化砂岩（T1f）：紫褐色、紫灰色，砂质结构，层状构造，结构大部分破坏，节理裂隙发育，岩石锤击声沙哑，岩质软，岩芯以块状为主，块径一般5cm～8cm，少量岩芯呈柱状，柱长15cm，岩体较破碎。

中风化砂岩（T1f）紫褐色、紫灰色，砂质结构，层状构造，结构部分破坏，节理裂隙发育，岩石锤击声清脆，岩质较硬，岩芯以柱状为主，节长一般10cm～20cm，少量岩芯呈块状，块径5cm～8cm，岩体较完整。

3.2 边坡特征

挖方边坡主要位于路线左侧，最大开挖高度约80m，坡向216°，边坡岩土主要为碎石土和强风化砂岩，属岩土混合边坡。岩层产状150°∠63°，岩层倾向与坡向呈大角度斜交（交角56°），属斜交顺向坡，产生顺层滑动的可能性大，层面参数可取c=40kPa（暴雨工况c=30kPa），Φ=31°（暴雨工况Φ=25°）；砂岩发育两组裂隙，产状：311°∠35°、212°∠38°，无顺向结构面。

4 抗滑桩的优点

（1）抗滑能力强，圬工数量小，在滑坡推力大、滑动带深的情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难；（2）桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利抗滑的部位，可以单独使用，也能与其它建筑物配合使用；（3）可以沿桩长根据弯矩大小合理的布置钢筋（优于管形桩、打入桩）；（4）施工方便，设备简单，采用混凝土或少量钢筋混凝土护壁，安全、可靠；（5）间隔开挖桩孔，不易恶化滑坡状态，利于整治在活动中的滑坡，利于抢修工程；（6）通过开挖桩孔，能够直接校核地质情况，进而可以检验和修改原来的设计，使之更切合实际，发现问题，易于补救。

5 锚索抗滑桩计算参数

锚索抗滑桩支护设计所需岩土参数值见表1。

表1 岩土参数值

6 锚索抗滑桩总体布置

图1 锚索抗滑桩总体布置图

本段高边坡抗滑桩采用2.0m×3.0m 抗滑桩，桩长24m，间距5m,桩顶有2m 高护壁，内部填土，从桩顶边缘按照1:0.4 放坡。在桩顶1.5m 与4.5m 处分别设置两孔锚索,第一级锚索长25m,第二级锚索20m, 锚索深入中风化砂岩中。

7 抗滑桩计算

7.1 抗滑桩设计

桩全长24m，其中受荷段h1=12m，锚固段h2=12m。当桩嵌入的岩层完整时，认为侧向地基系数是常数（不随深度变化），相应的弹性地基梁的计算方法为“K”法。

桩间距（中至中）：

桩的混凝土（C30）弹性模量：

属弹性桩。

桩底边界条件：按固定端考虑。

7.2 剩余下滑力计算

图2 剩余下滑力计算图示

滑坡剩余下滑力可采用传递系数法，按下式计算：

最终，计算的剩余下滑力为1028kN/m。

7.3 抗滑桩受力计算

假定荷载矩形分布：

桩后:上部=331.111kN/m，下部=331.111kN/m。

桩前:上部=0.000kN/m，下部=103.057kN/m。

桩前分布长度=12.000m。

桩身内力计算：

计算方法: K法。

背侧——为挡土侧；面侧——为非挡土侧。

背侧最大弯矩=39859kN·m，距离桩顶：23.500m。

面侧最大弯矩=0.000kN·m，距离桩顶：0.000m。

最大剪力=1810.473kN，距离桩顶：18.000m。

最大位移=23mm。

第1道锚索水平拉力=313.554kN，距离桩顶：1.5m。

第2道锚索水平拉力=275.973kN，距离桩顶：4.5m。

7.4 抗滑桩配筋计算

图3 抗滑桩弯矩分布图

图4 抗滑桩剪力分布图

边坡重要性系数：

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3362—2018，受弯构件的一侧受拉钢筋的配筋百分率不应小于45ftd/fsd=45×1.39/330=0.19,同时不应小于0.2。根据最小配筋率计算配筋面积：As=3000×2000×0.2/100=1200mm2。

图5 抗滑桩配筋图

抗滑桩内不宜设置斜筋，可采用调整箍筋的直径、间距和桩身截面尺寸等措施满足斜截面的抗剪强度，其截面的受剪承载力：

混凝土抗剪满足要求。

最后，经过配筋计算，主筋采用108Φ36@20，箍筋采用Φ 16@20。

7.5 抗滑桩嵌固深度验算

桩侧应力：

在嵌固段1.485m处为最大侧应力位置。

最大侧应力：

8 锚索配置计算

8.1 锚索内力计算

通过理正岩土设计软件辅助计算，计算得到的锚索最大内力标准值为354.44kN。

8.2 锚索长度计算

预应力锚索设计时，锚索截面积应不小于：

根据滑面倾角为35°，取潜在滑动面内的最大长度8.4m为非锚固段长度，大于规范规定自由段长度不得小于5.0m，故锚索自由段长度取8.4m。抗滑桩桩体内锚索长度3.1m。计算锚索长度L=9.2+8.4+3.1=20.7m，取锚索长度为25m。

9 施工要点

（1）边坡开挖至抗滑桩顶标高时进行抗滑桩施工，待抗滑桩施工结束后，才进行路基开挖；（2）抗滑桩的嵌固深度必需达到设计标高，以保证抗滑桩的嵌固深度设计要求；（3）抗滑桩必需进行跳槽施工，以确保施工安全，桩浇筑必须一次完成，以防断桩；（4）抗滑桩护壁施工从桩顶到桩底，厚30ccm，采用C20号混凝土现浇，为施工开挖安全计，一次现浇深度不得大于100cm；（5）抗滑桩间挡墙开挖必须在抗滑桩、第二级及以上边坡防护实施完毕后进行，且只能分段跳槽开挖，严禁全段开挖，以免在抗滑桩间挡墙砌筑过程中发生坍滑。

10 结束语

综上所述，锚索抗滑桩具有工程造价高、受力复杂，施工难度大的确定，但在却具有抗滑能力强，圬工数量小，在滑坡推力大、滑动带深的情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难的优点。