抗滑樁變形受限條件下受力分析的探討

陳 建 君

(四川省蜀通巖土工程公司，四川 成都 610041)

抗滑樁變形受限條件下受力分析的探討

陳 建 君

(四川省蜀通巖土工程公司，四川 成都 610041)

通過分析抗滑樁的受力特征，介紹了土壓力的類型及土壓力與土體變形的關系，對抗滑樁變形受限的要求、變形受限下土壓力的情況，樁身的受力進行了研究，最終得出了一些有意義的結論。

抗滑樁，變形受限，受力分析，土壓力

0 引言

抗滑樁是一種常見的滑坡(邊坡)支擋工程。因其布置靈活、支擋力大而被廣泛采用。作用在抗滑樁上的荷載主要是土壓力和滑坡推力。正確、合理的確定土壓力和滑坡推力的大小、方向、作用點以及對支擋結構作用的規律，這是支擋結構設計的關鍵問題。工程界對于抗滑樁發生變形要求的提高，也使得傳統的對樁身受力分析的處理辦法出現了誤差，需要進一步討論分析。

1 抗滑樁受力特征

抗滑樁是樁埋入穩定滑床中，依靠樁與樁周巖(土)體的相互嵌制作用把滑坡推力傳遞到穩定地層，利用穩定地層的錨固作用和被動抗力，使滑坡穩定。樁可改善滑坡狀態，促使滑坡向穩定轉化。

抗滑樁埋置于滑面以下部分稱為錨固段，埋置于滑面以上部分稱為受荷段(或受力段)，受荷段承受滑坡推力，并傳遞到穩定地層。作用于樁上的力主要有：樁后的滑坡推力，樁前土抗力，錨固段巖土體的抗力。

抗滑樁由于變形，擠壓錨固段樁側的巖土體，同樣樁側巖土體會有反力。抗滑樁主要是通過錨固段巖土體提供的抗力來平衡滑坡推力，保持穩定。錨固段抗力通常按彈性地基系數法計算。

目前對樁身受荷段受力的規定如下：

1)對于樁身受到的荷載，比較設樁部位滑坡的推力與土體滑體土產生的主動土壓力，設計時選用二者的大值。

2)對于樁前抗力，抗滑樁樁前應進行土壓力計算。若被動土壓力小于滑坡剩余抗滑力時，樁的阻滑力按被動土壓力考慮[1]。

2 土壓力的計算

2.1 土壓力的分類

土壓力的計算是一個復雜的問題，它與支擋結構物的形狀、剛度、位移，背后填土的物理力學性質等有關，是填土和支擋結構相互作用的結果[2]。

根據支擋結構的位移方向、大小及背后填土所處的狀態，土壓力可分為靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。

若擋土墻在填土產生的土壓力的作用下離開填土方向發生位移時，隨著位移的增大，墻后土壓力將逐漸減小。當位移達到某一數值時，土體出現滑裂面，墻后填土處于主動極限平衡狀態。此時，作用于擋土墻上的土壓力稱為主動土壓力，用Ea表示，如圖1a)所示。

（2）社會組織因缺乏獨立性誘發主體性喪失風險。獨立性是社會組織的基本特征。政府向社會組織購買公共服務過程中，政府部門在招投標過程依據經濟效益原則，利用成本—收益分析方法計算項目損益，缺乏對社會組織的供給能力和專業水準的綜合考評。社會組織在激烈的競爭中為組織存續承接企業服務項目，違背其公益性與非營利性，喪失組織目標的獨立性。

如擋墻在外荷載作用下，使墻向填土方向位移，隨著位移增大，墻受到填土的反作用力逐漸增大，當達到一定位移量時，土體出現滑裂面，墻背后填土就處于被動極限平衡狀態，如圖1b)所示。這時作用于墻背的土壓力稱為被動土壓力，以Ep表示。

靜止土壓力是擋土墻在壓力作用下不發生任何變形和位移，墻后填土處于彈性平衡狀態時，作用在擋土墻背的土壓力如圖1c)所示。

2.2 土壓力與土體變形的關系

根據土壓力產生的條件，主動土壓力和被動土壓力都是在土體發生了一定變形，土體中出現滑移面，而且達到極限平衡狀態時土體所產生的作用力。自從庫侖土壓力理論發表以來，人們先后進行了多次多種擋墻模擬實驗、原型觀測和理論研究。實驗表明：在相同條件下，主動土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力又遠小于被動土壓力，亦即Ea

3 變形受限條件下樁身受力情況

3.1 抗滑樁變形受限的要求

抗滑樁受力發生的變形主要是抗滑樁樁身的材料變形和樁體的整體位移變形。一般工程中，尤其是地災治理工程中，對樁頂位移并未進行嚴苛規定，這在條件允許的情況下，實際上是可以充分發揮樁前土的抵抗力。但對于類似鐵路部門等對坡體變形要求嚴格的工程，卻不允許樁發生較大位移。過大的位移將影響坡體上的建筑物和構筑物正常使用。一般要求樁頂位移小于100 mm。而在近年的地質災害的工程實踐中，這一理念也被逐漸引入，在四川省近年來的震后地災治理中，評審單位和專家也逐漸要求設計人員要嚴格將樁頂位移控制在100 mm中。

3.2 變形受限下土壓力的情況

由于抗滑樁所應用的滑體厚度較大，當樁的位移不是足夠大的時候，樁前土體產生抗力是達不到一般規定的被動土壓力的值。變形受限條件下抗滑樁受土壓力是否還能用原來的規定來繼續處理，以下就通過比較三種土壓力的差別來分析變形受限條件下選用土壓力值不當可能造成的誤差。假設四個不同的滑坡，其滑體厚度分別為6 m，8 m，10 m，12 m，滑體重度均為19 kN/m3，滑體內摩擦角均為20°，分別計算其土壓力(見表1)。

表1 土壓力對比表

從計算結果可見，各種厚度下三種土壓力的大小差距十分懸殊。靜止土壓力Eo為主動土壓力Ea的2倍，而被動土壓力Ep更是高達靜止土壓力Eo的3倍。因此如選用不當，將可能造成嚴重的誤差。

對樁身變形有嚴格要求的工程，如果樁身位移受到限制，樁前土體變形小而沒有達到產生被動土壓力的要求，則樁前土體就無法提供目前規范中所要求的被動土壓力，其值而是介于Eo與Ep之間的某個值。也就是說樁前土的抵抗效應還沒有充分發揮出來。如果按例子中計算的結果，即使考慮了安全系數，誤差也是難以被接受的。

同樣，對于懸臂樁一類的支擋工程，如果樁的變形受限，則樁后土體的變形小，土壓力也許還在接近靜止土壓力Eo的水平。如果按照目前的常用的處理辦法，用主動土壓力和滑坡的剩余下滑力比較確定樁身受到的荷載也將是不準確的。按例子中的情況，Ea與Eo的差值也高達100%，稍有偏差，其形成的誤差比一般滑坡選用的安全系數還高。

如果按照原規定選取，則抗滑樁的受力和抗力的不準確將造成對樁結構設計的不合理，在樁強大荷載作用下會造成樁超過原設計要求變形，這也不是設計的初衷。

類似的問題在其他支擋工程中也出現了。在擋土墻工程中，擋土墻實際承受的穩定土壓力大于主動土壓力[4]。這同樣是變形不足造成的。

3.3 變形受限下樁身受力分析

為保證對抗滑樁受力分析的準確性，在進行有變形控制的抗滑樁工程設計，或者設計中發現樁身變形很小時，說明樁體的變形并未能產生足夠變形，應該考慮樁前與樁后土壓力的選取。

1)對被動土壓力，當變形受到限制時，不宜直接選用被動土壓力與樁前土的抗滑力進行比較，而應該取折減值。2)對懸臂樁一類沒有樁前土或需要考慮樁后土體局部作用的工程，當變形受到限制，樁后土產生的主動土壓力較大，甚至大于滑坡下滑力時，對土壓力應予以考慮一定的放大系數。3)由于目前土體變形與土壓力的關系還未能建立比較明確的數值關系。還難以根據變形要求而比較準確的確定土壓力值。因此研究土壓力與土體變形大小的關系，將有助于工程界更加準確的進行支擋工程的受力分析。

4 結語

1)土壓力的大小與土體變形是否充分有密切關系。2)當樁頂變形受到限制，樁周土體所形成的土壓力也受到影響。3)變形受限條件下，樁前土提供抗力介于靜止土壓力與被動土壓力之間，樁后土體形成的作用力也可能大于主動土壓力。4)對于變形受限的抗滑樁所受土壓力宜進行適當修正，以確保工程的安全性。

[1] DZ/T 0219—2006，滑坡防治工程設計與施工技術規范[S].

[2] 趙其華，彭社琴.巖土工程支擋與錨固工程[M].成都：四川大學出版社，2008.

[3] 張克恭，劉松玉.土力學[M].北京：中國建筑工業出版社，2001.

[4] 熊道錕.驗算擋土墻的穩定平衡推力法[J].巖土工程技術，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

陳建君(1983- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)22-0076-02

TU473.1

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