【中交创联】抗滑桩破坏形式及规模、地质条件

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一、概览

防滑桩是将桩插入滑动面以下的稳定地层，利用稳定地层的岩土的锚固作用，平衡滑坡的推力，从而稳定滑坡的一种结构。除边坡加固、滑坡治理工程外，防滑桩还可用于桥台、隧道等加固工程。

防滑桩具有以下优点：

(1)防滑能力强，支撑效果好；

(2) 对滑动体稳定性的干扰少，施工安全；

(3)桩的位置灵活；

(4)可以及时增加滑动体的防滑力，保证滑动体的稳定性；

（5)为了防止滑坡，可以先打桩，再开挖，防止滑坡；

（6)桩坑可以作为探井验证滑移面的位置和方向，以便调整设计更符合工程实际。

二、防滑桩类型

在实际工程应用中，应根据滑坡的类型和规模、地质条件、滑床的岩土性质、施工条件和工期要求等因素，选择合适的桩型。

三、抗滑桩破坏形式

一般来说，抗滑桩的破坏形式主要有：

(1)抗滑桩间距过大，滑体含水量高且呈流塑状，滑土从桩间挤出；

(2)抗滑桩抗剪能力不足，桩身在滑面处受剪；

（3)抗滑桩抗弯能力不足，在最大弯矩处将桩身拉脱；

（4)防滑桩锚固深度和锚固力不足，将桩推倒；

(5)防滑桩前滑动面以下的岩土薄弱，抗力不足弹性地基梁计算程序，导致塑性变形大，使桩体位移过大，超过允许范围;

（6)防滑桩超出滑动面的高度不足或桩位选择不合理。虽然桩有足够的强度，但滑坡是从桩顶切出的。

对于流塑地层，滑动介质与抗滑桩之间的摩擦阻力小，桩间容易挤土。此时可在桩之间设置连接板或连接梁，或采用小间距、小截面的抗滑桩。由于流体塑性体的自稳定性差，在地下水丰富的情况下，开挖断面过大的防滑桩容易被开挖。造成坍塌，对于处于滑动状态的边坡，还可能加快边坡的滑动速度，甚至导致边坡变得不稳定。

四、防滑桩设计

01、基本要求

防滑桩是一种被动防滑结构，只有在边坡发生一定程度的变形时才能充分发挥作用。因此，对于潜在滑动面明显、对变形控制要求不高的土质边坡、土石混合边坡、结构破碎、散乱的岩质边坡，应采用抗滑桩。

防滑桩宜布置在滑动体下部及滑动面较为平缓的部位；当滑动面较长，滑坡推力较大时，可与其他加固措施配合使用，或沿滑动方向布置多排防滑桩。滑桩宜呈梅花状排列。此外，防滑桩设计还应满足以下要求：

✔通过桩的作用，可以将滑坡推力和滑坡的残余抗滑力传递到滑面以下的稳定地层，使滑体边坡的安全系数达到规定值。确保滑动体不会越过桩的顶部，也不会从桩之间挤出。

✔ 桩身有足够的稳定性。桩的截面、间距和埋深适当，锚固段的侧向应力在允许值范围内。

✔ 桩身有足够的强度。配筋配置合理，能满足断面内力要求。

✔ 安全有保障，施工方便，经济合理。

02、设计流程

1)研究滑坡的成因、性质、范围和厚度，分析滑坡的稳定状态和发展趋势；

2)根据滑坡地质剖面和滑动面岩土体的抗剪强度指标，计算滑坡推力；

3)根据地形、地质和施工条件，确定桩位和范围；

4)根据滑坡推力大小、地形和地层性质，制定桩长、锚固深度、桩截面尺寸和桩间距；

5) 确定计算出的桩宽，根据滑动体的地层性质选择基础系数；

6)根据选定的基础系数和桩的截面形式和尺寸，计算桩的变形系数及其计算深度，判断是按刚性桩还是弹性桩设计；

7)根据桩底边界条件，采用相应公式计算桩身各截面的位移、内力和桩侧应力（桩周岩土阻力），并计算最大剪力、弯矩及其位置；

8)检查基础强度。若桩身作用于基础的弹性应力（横向压应力）超过地层允许值或远小于允许值，应调整桩的埋深、截面尺寸或间距，重新计算，直到满足相关要求；

9) 根据计算结果，绘制桩身剪力图和弯矩图；

10)对于钢筋混凝土桩，根据上述计算结果进行配筋设计。

03、作用力系统

作用在抗滑桩上的外力主要有滑坡推力、桩前滑动体的阻力（桩前滑动体对桩体的阻力）、地层阻力在锚固段（滑动面以下地层对桩的阻力），桩侧摩擦阻力。附着力和桩底反作用力均为分布力。

04、滑坡推力

作用在抗滑桩上的滑坡推力与滑坡的性质、滑体的厚度、滑面的形状以及桩的位置和间距有关。一般采用各种工程地质方法手段对滑坡稳定性进行分析，再辅以力学计算。由于桩间土拱对滑坡推力的影响机制尚不明确，通常假设各桩所承受的滑坡推力等于桩距范围内的滑坡推力（两桩中心距相邻桩）。剩余滑动力的计算有两种方式，分别是增加滑动力和减小抗滑动力来计算。

1) 计算基本假设

①在沿滑动主轴的地质纵剖面上，根据滑动面的产状和岩土特性，将滑动面划分为若干垂直块体，计算各块体界面上的残余滑动力，由后至前方。滑坡推力；

②各滑动体的滑动力方向与其所在块体的滑动面平行；

③横向按单位宽度计算，不考虑两侧摩擦阻力；

④ 滑动体被认为是一种连续的、非压缩的介质，它将滑动力从后向前传递并作为一个整体进行滑动，而不受滑动体内局部应力的影响。

2) 滑块上的力

第 i 块滑动体上的作用力可分为基本力系统和特殊力系统两种。

基本力系统包括滑动体的自重Wi、前一个块传递的剩余滑动力Ei-下一个块产生的支撑力Ei、滑床的反作用力Ni、抗滑力滑动面的力 Ti；

特殊力系统仅在可能的情况下才纳入计算，主要包括作用在杆上的外载荷 Pi、动水压力 Di（滑动体饱和水或其下部饱和水，与滑带水相连）。考虑流动时间)、滑床产生的浮力 Si、滑头水系统有压头时的浮力 Si’ 和地震力 Esi。

3) 每个力的计算

4) 增加滑动力计算

5) 通过减小防滑力计算（推荐）

05、滑坡推力计算

在计算滑坡推力时，首先要根据试验数据和经验数据进行综合分析，制定出各块体滑动面的ci和φi值，或整个滑动的平均c和φ值曲面，设置F=1，依次计算每个块。滑坡前缘出口处的残余滑移力要求等于或接近于零。如果不为零，则需要调整c和φ的值，重复计算直到等于或接近零，即逆运算得到c和φ的值，如如曲线a，综合确定滑面（带）的强度指标。.

其次，根据工程要求，选择安全系数F，然后重新计算各块的剩余滑动力，即设计滑动力弹性地基梁计算程序，如曲线b。滑坡前缘出口处最终的不平衡滑动力是抗滑桩设计的主要原因之一。最后，根据选定的桩位和桩距，计算出作用在各桩上的滑坡推力。

06、滑坡推力分布形式

滑坡推力的分布及其作用点的位置与滑坡类型、位置、地层性质、变形状态和地基系数等因素有关。当滑动体沿截面高度向下均匀变形且基础系数不变时，推力呈矩形分布；当地基系数沿剖面高度呈线性变化时，推力呈三角形分布；地基系数在顶部和底部呈线性变化，当恒定时，推力呈梯形分布。

当滑坡为堆积层和破碎岩层时，滑动力自上而下呈三角形分布。由于滑动体与滑床之间存在摩擦力，滑动力减小，所以整个分布格局接近于抛物线。一般来说，如果滑动体的变形为均匀向下蠕变，当滑动体为高凝聚力地层（如黏土、混有岩石的土壤等）时，其推力分布模式可近似认为是一个矩形; 体是一种以内摩擦角为主要剪切特性的堆积体，其推力分布图可近似为三角形，甚至为二次曲线；两者之间的情况可以假设为梯形。

07、桩围岩土阻力

防滑桩安装好后，当防滑桩受滑坡推力变形时，滑坡的部分推力传递到桩前（滑动面以上）的滑动体上，另一部分通过桩体传递到锚固段地层（滑动面以下）。抗滑桩周围岩土对滑动桩的阻力称为桩周岩土阻力，其中滑动面以上滑动体的阻力称为滑动体阻力桩前，或受载截面的地层阻力；滑动 面 以下 锚固 段 的 地层 阻力 .

① 地基系数为常数的假设（即“K”法）适用于相对完整的岩层和坚硬的粘土；

②地基系数随深度成比例增加的假设（即“m”法）适用于硬塑至半硬砂质粘土、砾石状土或风化破碎岩层。

2) 弹性阻力

在弹性极限内，与位移成正比的桩周围岩土阻力称为弹性阻力。根据弹性理论，由基础系数计算出桩周围岩土作用于桩身的弹性阻力值及其分布。假设地层为弹性介质，桩为弹性构件，则作用于桩侧任一点 y 的弹性阻力

3) 桩前滑动体阻力

桩前滑动体的阻力与滑坡的性质和桩前滑动体的规模有关。试验表明，桩前滑动体体积越大，抗剪强度越高，滑动面越光滑粗糙，桩前滑动体阻力越大，反之亦然. 此外，还与多个滑面的存在有关。当防滑桩在滑坡推力作用下发生变形，且桩前滑动体在滑动面以上的阻力小于桩体提供的极限阻力时，桩将被顶起损坏，或沿桩前滑动体中的某个薄弱面。

桩前滑动体的阻力可由极限平衡处的滑坡推力曲线、桩前被动岩土压力或桩前滑动体的弹性阻力（剩余桩前滑动阻力），设计时取较小值。

①根据滑坡推力曲线确定桩前滑动体阻力时，假设滑坡处于极限平衡状态，滑动面以上c、φ值为根据逆算法确定，抗滑桩需要承受的推力（桩上的设计荷载）为T=EP。

② 当桩前被动土压力作为桩前滑动体的阻力时，可按朗肯被动土压力公式计算。

③ 采用地基系数法时，以滑动面以上桩体上的滑坡推力为已知设计荷载，然后将整根桩视为弹性地基梁，按地层地基系数计算上下滑动面，不考虑滑动面。存在的影响。

需要注意的是，如果桩前滑动体将被挖出或可能发生滑动，桩前滑动体没有阻力，滑坡推力应直接作为设计荷载作用于桩前。桩。

桩前滑动体阻力分布图基本为抛物线，阻力最大值出现在滑动体中部，滑动面附近应力较小。当滑体为粘性土时，由于黏聚力的影响，顶阻力比滑体为松散介质时大，合力重心也较高。在工程设计中，桩前滑动体的阻力一般采用与滑坡推力相同的应力分布形式，也可以采用抛物线分布形式。当使用抛物线分布时，电阻图可以简化为三角形和倒梯形。

4) 锚固段地层阻力

锚固段地层阻力有两种：①抗滑桩锚固在完整的岩层中。此时，滑动面以下的地层被视为半无限空间弹性体，将防滑桩视为插入其中的杆更为合适。，由于按空间弹性体计算比较复杂，一般采用弹性力学中的简单链杆法计算，滑动面的阻力图有明显的应力集中现象；② 防滑桩锚固在破碎岩层或堆积层中。地层可视为弹性介质，地基系数法较为合适，滑动面阻力较小。

08

防滑桩设计元素

1) 桩的平面位置及其间距

抗滑桩的平面位置和间距一般应根据滑坡地层性质、推力大小、滑面坡度、滑体厚度及施工条件等因素综合确定. 大部分滑坡体上部滑面陡峭，受拉裂缝较多，不易立桩，该位置桩无法在潜在滑体中下部发挥作用，故效果差；工程量大，施工难度大；潜在滑动体下部，滑动面较慢，滑动力小或为抗滑区，容易打桩，并且基本可以对整个潜在的滑动体起到防滑的作用。在工程实践中，防滑桩常布置在该位置。

在一个平面上，桩通常成一排，排列方向应垂直于或几乎垂直于滑动体的滑动方向。对于滑动方向较长的多级滑动体或滑动力较大的滑动体，设置两排或多排抗滑桩进行分级处理更为合理。合理的桩间距应使桩间的滑动体具有足够的稳定性，在滑动力的作用下不会从桩间挤出。初选时，桩的中心距可取6～10m，应大于2.桩的短边或横截面直径的5倍。

2) 桩的横截面及其计算宽度

防滑桩的截面形状对桩的防滑效果影响很大。当滑动体的滑动方向明确时，可采用矩形截面，其长边应与滑动方向一致；当难以准确确定滑动体的滑动方向时，宜采用圆形截面。防滑桩的截面尺寸应根据单桩承受的滑坡推力、锚固段地层的横向允许承载力、桩间距、最小边距等因素确定桩宽不小于1.25m。初选时，矩形截面短边长度可1.5~3m，并且长边的长度不小于短边的1.5倍；圆形截面直径可以1.5~5m。

3) 桩锚深度

桩的锚固深度与稳定地基的强度、滑坡的推力、桩的刚度、截面和间距以及是否以及如何考虑桩前滑动体的阻力有关。 . 锚固不宜过深。通常采用减小桩距或调整桩截面尺寸等方法来减小锚固深度。防滑桩锚固段应锚固在潜在滑移面以下的稳定地层中，不应产生新的深层滑移。初选时锚固深度可取桩长的1/4~1/3，应根据最终计算确定。

4) 桩底支撑条件

抗滑桩的顶部一般为自由支撑，底端根据锚固程度可分为自由支撑、铰接支撑、固定支撑三种。前两个通常用于工程中。

①自由支护：在滑动面以下的桩OB段，地层为土体和软碎岩体；

② 铰接支护：桩底岩层完整时，比OB段岩层坚硬，但桩不深埋在该层；

③固定支护：当桩底岩层完整且极硬时，桩深埋在该层中。（不建议）

5) 刚性和弹性桩

当βh2≤1.0或αh2≤2.5时，抗滑桩为刚性桩，否则为弹性桩。当锚固段地基系数为梯形分布时，可将桩分为若干个小段，在每个小段用常数分布进行近似计算。

09、抗滑桩结构设计

抗滑桩体按受弯构件设计，无特殊要求时，可不进行变形、抗裂、挠度校核。桩身混凝土强度等级应为C30，桩身主筋采用HRB 400钢，箍筋可选用HRB 335钢或HRB 400钢。

10、抗滑桩内力计算

在国外，通常采用线弹性地基系数法计算抗滑桩的内力。悬臂桩在滑动面以上考虑，内力采用一般静力法求解，在滑动面以下采用有限差分法求解内力。我国多采用悬臂桩法和地基系数法。

悬臂桩法是最早提出的方法之一，具有简单实用的优点。它把上面的滑动面看作悬臂梁，把滑动面下面的看作弹性基础梁。由于是对桩身实际受力情况的安全简化，因此桩身内力的计算结果过于保守；基础系数法将整根梁视为弹性基础梁，一般认为更接近抗滑桩的实际受力情况。根据基础系数的假设，上述方法分为“K”法、“m”法等。

对于悬臂防滑桩和桩前滑动体可能滑动的全埋防滑桩，通常采用悬臂桩法。对于一般的全埋式抗滑桩，可以采用以上两种方法。《铁路路基支护结构设计规范》（TB 10025)推荐采用悬臂桩法。

11、基础强度检查

抗滑桩锚固深度的计算应根据地基的横向允许承载力确定。

五、抗滑桩内力计算

滑动面以上桩体的内力应根据滑坡推力和桩前滑动体的阻力计算；桩身在滑动面以下的位移和内力，应根据滑动面处地基（锚固段）的弯矩、剪力和弹性阻力计算。地层阻力）计算。在计算中，抗滑桩在滑动面以上的部分通常称为承重段，在滑动面以下的部分称为锚固段，两部分分别计算。

01、荷载作用下桩身内力

如果桩前的滑动体本身不能保持稳定，当桩受力时，就不能提供反向支撑力。此时的抗滑桩称为悬臂桩。抗滑桩的承重段只承受滑坡的推力。直接计算结构力学公式。

如果桩前滑动体能保持稳定并具有一定的稳定强度，当桩受力时，桩前滑动体可以提供一定的反向支撑力，稳定桩后滑动体。这部分力称为桩前的滑动体。阻力、其大小、分布及其对桩的影响是非常复杂的。当桩前滑动体阻力采用与滑坡推力相同的分布形式时，可根据结构力学公式计算桩体内力。

根据化简后滑动面处弯矩和剪力相等的原理，

hs 为桩前滑动体最大应力与桩顶之间的距离，其值随着滑动体内聚力的增大而减小。试验表明，hs一般等于受力段桩长的1/4~1/3，该值对计算结果影响不大。

02、锚固段桩身内力

1) 刚性桩计算

刚性桩的内力计算方法很多。目前最常用的方法是将锚固段桩体周围的地基介质作为弹性体计算桩侧应力（锚固段地层阻力），从而计算出桩体的内力。锚固段的桩体。

① 滑动面基础系数的确定

对于地基系数不随深度变化的弹性介质，如致密土层、岩层等，由于地基系数远大于滑动体，上部滑动体的存在不会影响其弹性特性。滑动床身，滑动面的地基系数保持不变。

对于地基系数C=A+my的地层，A的取值与应力释放、地层特性和附加荷载等因素有关。应力释放需要根据地质时代地层的沉积、卸荷、剥蚀、平整及各种受力作用，即超压压实作用来考虑；附加荷载主要包括滑动体及其上部建筑物（构筑物）的自重等。一般情况下，A和A’值可以通过转换算​​法得到。

②桩身内力计算

在滑坡推力作用下，桩埋入完整坚硬岩石表层时，绕桩底旋转，埋入土层或软岩层时，桩自转围绕桩体上的某一点。桩身内力的计算根据滑移面以下不同地层条件的不同而不同。假设桩身埋设在同一地层​​，滑动面以下的m值相同，桩底为自由端，计算分析如下：

2) 弹性桩计算

根据弹性桩计算桩锚固段内力实质上是利用初始参数方程求解桩锚固段的位移和内力。初始参数是指桩始端位移、转角、弯矩、剪力等物理量，即y时x0、φ0、M0、Q0 =0。桩的初始参数解是利用桩的四个初始参数来表示弹性桩轴微分方程的通解和其他物理量的解。因为它们都是方程，所以称为初始参数方程。

六、锚桩

与普通抗滑桩相比，锚杆张拉桩具有以下优点：①改变普通抗滑桩的受力状态，降低桩身弯矩和剪力，从而减小截面积和埋深桩身，节省材料，降低成本；② 锚索可控制桩顶位移，由普通桩的被动力变为主动力，使其成为主动抗滑结构，可有效减少滑动体的位移，有利于保证桩的安全。滑带（潜在滑带）。） 力量; ③可以快速控制滑坡。

01、结构形式

02、基本假设

锚桩设计计算的基本假设如下：

1) 锚固桩可以简化为受横向变形约束的弹性基础梁。根据变形协调原理，锚固处桩的位移应等于锚索的伸长，然后计算桩的内力。

2) 假设每根锚索承受相邻两根桩的滑坡推力（中心到中心），作用在桩上的力主要有滑坡推力、桩前滑动体的阻力、拉力不考虑锚索的受力和锚固段的地层阻力、桩的自重、桩底的反作用力以及桩与岩土之间的摩擦阻力。

03、桩身内力计算

假设在荷载作用下抗滑桩的桩体上布置n根锚索，则该桩为n次静不定结构。滑动面弯矩M0’和剪力Q0​​’的计算公式如下：