8.5 抗滑桩加固
8.5.1 抗滑桩加固的实质
抗滑桩系穿过滑坡体固定于滑床的桩体，抗滑桩加固是利用桩埋入稳定的岩体内，使滑坡体下滑力的一部分由桩体承受，另一部分通过桩体传入稳固的岩体中去，从而达到支挡滑体的滑动力，保持边坡稳定。
目前在整治滑坡中，抗滑桩已成为一种主要工程措施被广泛的采用，并取得了良好的工程效果。用抗滑桩作为阻滑支挡工程与挡土墙相比有着较多的优点，诸如抗滑桩施工有破坏山体少，对滑坡体影响较小，不会加剧滑坡的活动性，对已通车的线路或已建成的厂矿抗滑桩的施工可不影响行车或正常生产，对易产生滑动的山坡或暂时稳定的老化坡，因新建工程的需要，可以采用先筑桩后开挖边坡的方法，避免滑坡的发生，且施工设备简便、工艺简单、速度快、工期短。桩孔本身可兼作探井用以检验与覆核地质情况和作为修改原有设计的依据。
8.5.2 抗滑桩的种类
1）按施工方法分类
·钻孔桩 用机械设备在设桩处钻孔，形成的抗滑桩，桩径为φ500～φ1000。在滑坡治理工程中，钻孔桩使用较少，一方面由于桩径小，抗滑力较低；另一方面使用大型钻孔机械在滑体上施工不利于滑坡的稳定，且施工工艺复杂。
·挖孔桩 用人工在设桩处开挖成矩形或圆形的桩孔，再用钢筋混凝土浇注形成的桩体，矩形的边长2～4m。挖孔桩在边坡防治中普遍采用。
2）按桩体材料分类
·钢材桩 有钢管桩、钢轨桩、钢钎桩、钢板桩等几种。单纯使用钢材桩时要有防锈、防腐的措施，以免日久失效。
·混凝土桩和钢筋混凝土桩 在滑坡治理工程中多用钢筋混凝土桩。
·木桩 仅适用于一部分小型的土体（如粘土、黄土等）滑动体的阻挡，或临时支挡土体推力。由于其强度低、抗水性能差，一般很少采用，只能作为临时支挡措施。
3）按桩体埋置情况分类
·悬臂式桩 当桩前滑面以上土体少或无土体的，可以按悬臂式桩进行桩的内力计算。
·全埋式桩 当桩前滑面以上土体较厚时，作为全埋式桩进行内力计算。
4）按桩本身变形情况分类
·刚性桩 刚性桩的相对刚度视为无限大，其在水平方向的极限承载力和变形大小只取决于土岩的性质和抗滑力大小，而与桩的实际刚度无关。
·弹性桩 弹性桩的有关计算则应同时考虑桩本身的变形，另外根据桩埋入滑动面以下深度的不同来判定桩的性质。即：
当桩埋入滑动面以下的深度h≤2.5/α时，按刚性桩设计；当桩埋入滑动面以下的深度h＞2.5/α时，按弹性桩设计。
式中 α——桩的变形系数
m——地基系数随深度变化的比例系数，单位MPa/m2；
Bp——桩的计算宽度；
EI——桩的平均抗弯刚度。
抗滑桩的3、4项分类，主要是设计桩时作为计算的依据。
8.5.3 抗滑桩设计的一般原则
抗滑桩的选材、断面大小、长度、布置组合形式及其间距，要能满足抗剪断、抗弯、抗倾斜、阻止土体从桩顶滑出的要求。为了防止桩被剪断或推弯，桩本身要有足够的强度，通常是用加大桩的截面和合理的配置钢筋来解决。抗滑桩要不被推倒，就要使桩身有足够的锚固深度。
为解决上述问题，抗滑桩的设计通常是假定把岩土体视为弹性介质或半无限弹性体，利用抗滑桩插入滑动面以下的稳定地层对桩的抗力来平衡滑动体推力的方法。首先确定桩在滑坡土体中所承受的外加荷载推力和抗力系数的大小，而后根据桩的埋置情况（悬臂式或全埋式）确定受力状态，再根据桩的性质（刚性桩或弹性桩）、断面形状大小等来计算桩的各种内力，以求得桩的抗滑力、抗弯力和抗剪力。有关桩的内力计算方法可参考有关文献，本书仅就地基岩土体对桩产生的推力和抗力以及桩周围土体在水平推力作用下的允许强度加以简述。
8.5.4 有关计算参数及其物理含义
在计算桩的抗力之前将有关计算参数及其物理含义做以下简要介绍。
1）桩的截面形状与计算宽度
桩的截面形状有圆形和矩形，目前多采用钢筋混凝土矩形截面桩，边长2～4m，边长平行于滑动方向。
①矩形桩：Bp＝KjK0B＝1.0×（1＋1/B）＝B＋1
②圆形桩：Bp＝KjK0B＝0.9×（1＋1/d）＝0.9（d＋1）
若B＜0.6m时，用上述计算会产生较大误差，故改为：
①矩形桩：Bp＝1.0×（1.5＋0.5/B）×B＝1.5B＋0.5
②圆形桩：Bp＝0.9×（1.5＋0.5/d）×d＝0.9×（1.5d＋0.5）
2）地基系数K（亦称弹性抗力系数）
在弹性变形限度内，单位面积上岩土产生单位压缩变形所需施加的压力，称为地基系数，即
式中 σ——单位面积上的压力；
Δ——变形量。
目前对地基系数多采用一些假定，假定在粘性土中桩侧向土的地基系数随深度成比例增长；在硬粘土和岩石中地基系数为常数，竖向地基系数亦为常数。为此引出一个地基系数随深度成比例变化的比例系数m，则：
深度y处的侧向地基系数Koy＝my
桩底侧向地基系数Koh＝mh
桩底竖向地基系数K′oh＝m0h
式中 h——桩的埋置深度。
m，m0——水平和竖向地基系数随深度变化的比例系数。m和m0一般采用试验实测值，当无资料时可参考表8.8选用。由于m0值采用表中m值，而m值当平均深度约10m时接近竖向荷载作用下的K′oh值，故K′oh不得小于10m。
表8.8 非岩石地基m和m0值
注：①IL液性指数，用来描述粘性土的状态；②对于抗滑桩一般容许滑面处和桩顶的位移较大，故可采用表中稍偏小的数值。
当桩侧面为几种不同土层时，应将滑面以下hm深度处内的各层土按下式换算成一个m值，作为整个深度h内的m值。对刚性桩，hm即整个深度h，即hm＝h；对于弹性桩，hm＝2（d＋1）。当hm深度内存在2层不同土层时：
当hm深度内存在3层不同土层时：
式中 h1，h2，h3——滑面下各土层的厚度；
m1，m2，m3——各土层地基系数随深度变化的比例系数。
岩石地基系数不随岩层面的埋藏深度而变化。《铁路工程技术规范》建议按岩石的极限抗压强度R确定，实际应用中最好通过现场实测确定，见表8.9。
表8.9 岩石地基系数
8.5.5 滑动体推力、岩土体弹性抗力及桩周基岩允许强度
1）滑动体的推力及其分布形式
抗滑桩的受力状态如图8.52所示，对于全埋式抗滑桩则应考虑抗前滑体的剩余抗滑力或被动土压力（取其最小值）的稳定作用。推力的分布形式习惯上常考虑用矩形。据日本土木研究所等单位研究认为：对粘土或砂性土的滑体下滑时，受到抗滑桩的阻抗使桩前滑体达到被动状态，推力的分布形式在平面上呈曲线形如图8.53所示。此时桩承受的总的水平压力P为：
图8.52 抗滑桩受力状况
（a）悬臂桩；（b）全埋式桩
1—滑坡推力；2—剩余抗滑力；3—滑动面
图8.53 抗力平面分布
式中 h——桩的有效长度；
d——桩的直径；
α＝45°＋
；
δ＝45°－
；
φ——土的内摩擦角；
C——土的粘着力；
R——土的容量；
Nφ＝
。
上式求得的总的土压力即视为单桩在极限状态下的抗滑力。
2）岩土体的弹性抗力
抗滑桩在受到滑体推力作用下不致弯曲或倾斜，除了桩的本身要具有一定的刚度外，还与岩土体的侧向抗力作用和桩的埋置深度有关。在弹性变形范围内，抗力的大小与该处的变形量成正比，即：
式中 y——该处的变形位移量；
K——地基系数。
地基系数可通过岩体的弹模试验间接求得，在无试验条件的情况下，可参照表8.10的经验数据用类比法选用。
表8.10 各种地基土的地基系数
续表
3）桩周基岩允许强度
（1）基岩侧向受压强度要求
在水平荷载作用下基岩抗压强度R水平可按下式计算，即：
式中 R极限——垂直饱和单轴抗压强度；
m——工作系数，考虑三向受压影响取m＝3；
K——基岩强度系数，K＝1/6。
将m，K值代入（8.29）式得
R水平＝R极限/4
以上说明，要求桩的侧向压应力不超过基岩极限抗压强度的0.25倍作为桩周基岩允许受压强度。
（2）基岩抗剪强度要求
①在破碎岩体中
②平行于β方向结构面切割的岩体中
③平行于β方向结构面中有孔隙水压力U时
式中 σz——垂直应力；
σy——水平应力；
C0——结构面的内聚力；
φ——结构面的内摩擦角；
β——结构面的倾角。
8.5.6 抗滑桩的布置
1）抗滑桩的平面布置
平面上通常按需要布置成一排或数排，每排桩在平面上呈向上弓行。如果滑体过大，抗滑桩要分排设置时，施工顺序是先上后下，循序渐进。
桩的间距视滑体的完整性、土体内摩擦角和推力大小等因素决定，一般2～5倍桩径为宜，以保证滑坡体不在桩间滑出为原则。为避免挡土墙从桩顶滑出，抗滑桩在滑面以上的长度须做专门的越顶验算，并应将抗滑桩设置在滑体中下部、滑面接近于水平的平缓位置和滑体较厚的部位。如桩设在滑体上部，桩下侧可能出现新的裂隙，而滑体继续下滑而失去支撑；若桩设在滑体下部较薄的部位，上部滑体会有新的滑面越顶滑出。
2）抗滑桩的埋置深度
抗滑桩埋入滑动面以下稳定岩层中的深度一般多借经验决定，在软岩中埋置深度为桩长的1/3，在硬岩中为桩长的1/4，在土质滑床中为桩长1/2。当土层沿基岩面滑动时，埋置深度也有采用桩径的2～5倍，以保证不超过土体允许弹性抗力为原则。
3）抗滑桩长度的确定
抗滑桩的长度为滑面上、下2部分长度的总和，其上部长度以保证滑体不从桩顶滑出为原则；其下部的深度要满足不超过土体允许的弹性抗力，还必须考虑滑动面有无向下发展的可能。因此，桩的长度应为滑体厚度与桩埋入稳定滑床的深度之和。
8.5.7 抗滑桩的施工工艺以及在施工中应注意的问题
抗滑桩所用材料应按设计要求备齐，其有关规格和相关尺寸，按设计要求实施，施工工艺应按以下工序进行。
1）施工准备
①抗滑桩平面位置应按设计要求放样，开挖过程中应核对滑面情况。如其实际位置与设计位置出入较大时，应按有关程序通过变更设计处理，实际桩底高程应由监理工程师现场检查核定。
②平整桩位孔口时，要做好桩区地基截排水及防渗工作。雨季施工时，桩位孔口应搭雨棚，孔口地面下0.5m周围应先做好加强衬砌，孔口地面可适当加筑围埂防止地表水流入。
③各项施工的机具和桩孔内开挖时的排水、通风以及照明等设施均应落实、齐备。
2）桩孔开挖及支护
①桩孔应分段开挖，根据岩性情况，一般段高为0.6～2.0m，开挖一段及时支护一段。当围岩松散、破碎时，应缩短分段。为了施工安全，不应在土岩层变化处和滑面处分段。
②护壁支护，宜用就地浇注混凝土，护壁厚度视实际情况调整，一般为20～30 cm，最薄不能少于15cm。
护壁浇注前应清除浮土和松动石块。在滑面处的护壁应加强支护，承受推力较大的护壁孔口衬砌应用钢筋加强。
③护壁在浇注24h后可脱模，开挖应在上一段护壁混凝土终凝后进行。在围岩松软、破碎和有滑面的地段，应在护壁内顺滑动方向用临时横撑加强支护，并观察其受力情况，及时进行加固。当横撑受力过大而破坏失效时，桩孔内施工人员应立即撤离。
④桩孔内开挖应采用松动爆破，不得放大炮施工。
⑤桩孔内开挖孔过程中，如地下水丰富，有地下水、裂隙水涌入时，应注浆堵水后再恢复开挖作业。
3）浇注桩身混凝土
①桩身在浇注前，应检查开挖桩身的净空断面凿毛混凝土护壁，以便护壁与桩身混凝土形成整体，增强抗滑能力。
②钢筋应按设计布筋要求预制成笼，在桩孔内搭接，但在土岩界面，滑面处不得有接头。
钢筋笼制作，搭接要求如下：
①钢筋接头采用搭接式帮条电弧焊时，应尽量做成双面焊缝。只有当不能做成双面焊缝时，才允许采用单面焊缝，且必须经监理组批准。
②钢筋接头长度采用帮条双面接缝应不小于5d（d为钢筋直径），采用帮条单面接缝应不小于10d，采用绑扎搭接，应大于表8.11规定的最小长度。
表8.11 钢筋绑扎搭接最小长度
注：①位于受拉区和受压区的搭接长度同时分别不小于25cm和20cm；②受拉区和受压区分不清时，搭接长度按受拉区规定实施；③搭接和绑扎接头与钢筋的弯曲点之间的距离应不小于10d，接头不得位于最大应力截面处。
③浇注混凝土必须连续作业，并按《公路桥涵施工规范》中有关标准执行。
④在施工中有滑动迹象时，应加速施工进度，可使用速凝或早强混凝土。
4）做好滑坡的监测
①监测时注意滑坡有无复活、滑动范围扩大的迹象，在滑坡主滑线上选择2～3根桩，用预埋测力计进行桩的受力测试，如发现桩受力过大影响正常使用时应向业主、监理组汇报，并及时采取补救措施。
②外露在边坡上的桩壁应清理干净后填平凹陷处，做到外表美观。
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