第１期（总第１２０期） 翘曼延村 试验研究一 抗滑桩设计中设计推力的探讨 李致远。陈峰 （福州大学环境与资源学院，福建福州３５０１０８） 摘要设计滑坡推力是滑坡治理设计的重要依据。本文通过建立剩余推力法计算滑坡推力的力学模型。给 出了在不同荷载作用下的滑坡剩余推力表达式。同时就与设计推力关系密切的安全系数的选用及岩土强度指标 ｃ、 值的选用两方面进行了探讨，最后对抗滑桩的设计载荷的确定作了比较详细的探讨，考虑了设桩后对桩后土 体的反力，给出了确定抗滑桩设计参数的方法。 关键词抗滑桩；安全系数；剩余推力法；设计推力 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｒｕｓｔ ｏｆ ａｎｔｉ－ｓｌｉｄｅ ｐｉｌｅ ＬＩ Ｚｈｉ－ｙｕａｎ，ＣＨ ＥＮ Ｆｅｎｇ （ｃｏＨｅｇｅ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｆｕｚｈｏｕ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ３５０１０８） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｒｕｓｔ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｓ ｇｉｖｅｄ ｏｎ ｌａｎｄｓｈｄｅ ｒｅｓｉｄｕ－ ａｌ ｔｈｒｕｓｔ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｌｏａｄ ｂｙ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌａｎｄｓ￣ｄｅ ｔｈｒｕｓｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｔｈｒｕｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈａｔ ａｒｅ ｃｌｏｓｅｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｍ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｒｕｓｔ，ｔｈｅｙ ａｒｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃ－ ｔｏｒ ａｎｄ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｔｒｅＥＩｇｔｈ ｉｎｄｅｘ ｃ、 ，ｉｆｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｓｌｉｄｅ ｐｆｌｅ￣ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｒｕｓｔ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｄｅｔａ￣，ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｃｏｕｎｔｅｒ－ ｏｆｒｃｅ ｂｅｈｉｎｄ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｉｓ ｔｏｏｋ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｔｈａｔ ｃｏｕｌｄ ｄｅｆｉｎｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ａｎｔｉ－ｓｌｉｄｅ ｐｉｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎｔｉ－ｓｌｉｄｅ ｐｉｌｅ，ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ，ｒｅｓｉｄｕａｌ ｔｈｒｕｓｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｒｕｓｔ 抗滑桩是一种被实践证明效果较好的传统滑体加固方 程度。 式。抗滑桩在滑坡体上挖孑Ｌ设桩，不会因施工破坏其整体稳 ２作用于滑体上的力系分析及推力计算原理 定。桩身嵌固在滑动面以下的稳固地层内，借以抗衡滑坡体 将滑动方向和速度大体一致的滑体视为一个计算单元， 的下滑力。迄今为止，它是在滑坡治理中应用的最多的工程 在顺滑动主轴方向的地质纵断面上按滑带的产状和岩土性 构筑物…。在抗滑桩设计中，设计推力的确定至关重要，直接 质划分为若干铅直条块．由后向前计算各条块分界面上的剩 关系到整个设计的安全性和经济性。但在设计中，经常出现 余下滑力即是该部分的滑坡推力 。 选用安全系数及岩土强度指标不当．未考虑设桩后对桩后土 体产生反力的情况．导致设计结果要么是过于保守．以经济 为代价；要么就是失败，造成很大的经济损失，甚至危及人民 生命财产安全髑。因此本文就确定设计推力的几个方面进行 了探讨，以理论指导实践，减少主观性和盲目性，使对滑坡的 治理真正做到经济合理、安全可靠． １安全系数 图１第ｉ条块的受力情况 需设置抗滑桩的地区，一般总是已达到临界状态，或已 （１）基本荷载：仅考虑重力Ｗｉ的作用。 失稳，即安全系数Ｋ≤１，或者目前尚稳定，但考虑将来某些 第ｉ条块的下滑力 为： 条件恶化后（如浸水失重、泄降和地震等），其安全系数将下 ＝ ｓｉｎ ＋ —ＪＣＯＳ（Ｏｔｉ＿１ ） 降，不能满足要求１３１。因此，首先应正确地选定安全系数Ｋ。对 第ｉ条块的抗滑力Ｎ．为： 于大型滑坡。如将安全系数定得过高。则不平衡的下滑力将 ＾ ＝＝ｃｊ‘＋ｗ ｃｏ ｎｐｌ＋ ｊｓｉｎ（ａ Ｊ—， ） ，ｌｐｌ （２） 很巨大。这样，不仅抗滑桩难以胜任，其他措施也是难以解决 第ｉ条块的剩余下滑力Ｅ 为： 的。目前一般采用以下两种方式来设计：一种是在分析稳定 Ｅｉ。Ｗｉｓｉｎｔｒ￣一 ｉｃｏ ｉ ｔ －－ｌ ｉ 性时，将今后可能遇到的一切不利因素都考虑进去．而把安 （３） 全系数定为１：另一种是以目前的安全状态为准，要求在设置 其中：Ｅｌ＝ －Ｎ， 抗滑桩后，将安全系数提高到某一倍数。具体的做法和数据， 应取决于工程的重要性、失事的后果以及基本资料的可信 Ａｆ－ＣＯＳ（ｔ￣．ｆ＿』 ）一玄砌（ ， ）棚 ・５・ 一试验研究 勰更建辫 ２０１ １生 一 ｓ 帽 Ｃ０５（￣ －－Ｏ１） （４） Ｅ一 ｓ 一一 ‘ｃ一‘＋ ∞ ，ｌ ） 一ＪＡ （５） ＝ ｓｉｎａ ＋ ＣＯＳＯｔｉ＋（Ｐｊ．Ｊ－Ｐｉ）∞ ＋ ＪＣＯＳ（ Ｈ一 ‘【一 蝴 ，二ｓｉ ｎ（ａ￣＿ ） ｓ Ｊ】 一 ＝ｗ－ｓｉｎｏｔ Ｃ０５０ｔ ＋（ ）ＣＯＳａ＋ＰＤ ｃｏｓ］３ 一｝ｆ一．Ｌｌ［ｌ ［【【Ｉ一一ＶＬＬ．ｒｔｃ，＿ｏ一－ｓ Ｊａ．—．ｒｒ－＿．Ｋ 一ｓ￣ｉＷ，ｎｏ￣ｓｉｎ ． ，＿ ｔｔｚ，．．］ＪＪ’ｔａｎ ｝Ｉｒ “ ＋Ｅ．＾ ｆ．。 （ ９）、 一 ｓｉｎｏ￣． Ｃ０５￣． 产｛＿＾ 一‘Ｐ．．１一ＰＩ ＣＯ￥￣ｔＩ—ＰＤ ｃｏ ． 。 十＋＿ ￣，｛［ＩＶ．ｃｏｓａ．－ＫＩ）ｓｉｎＶａ－．ｓｉｎｏＵｔ．ｔ．一ａ ，一ｌ＿ｌ｝ （１０） ＇ 其中：Ａ．＝昌ｃ （ －Ｊ ）一－‘‘ｌ ￣－－ｓｉｎ（ａ． 吨．）ｔａｎ￣ｐ． ３滑带岩土强度指标选取 在滑坡推力计算中，影响推力大小的三个指标是ｃ（岩土 体、滑带土的粘聚力）， （岩土体、滑带土的内摩擦角），．ｙ（岩 土体的容重）。 通过试验或凭经验均易于确定，其值的变化 范围不大，而且选用值的误差给滑坡推力带来的误差也远小 于ｃ、 所带来的误差［５１，因此本文主要探讨ｃ、 值的确定。 （１）修正用试验方法取得的强度参数 根据勘探资料，大致估计（或假定）滑面带上的Ｃ；和 ｉ 值。然后计算各段上的不平衡下滑力，直到滑坡出口处。如天 然状态正处于临界，则在出口处的Ｅ值应为０：如果不为０， 则应修改假定的ｃ；和中；值（当Ｅ为正数时，应加大Ｃ．和 值；当Ｅ为负值时，则反之）。修改原则如下：如ｃｉ和 ；中。有 一个值比较可靠时，则可保留此值不变，只调另一值。如两者 可信度相近时。则可按同样的比例调整两者。类此．在各分段 上，如有某些分段上的Ｃ．和 值较可靠时，可以不调整或少 ・６‘ 调整它们。经几次调整．即可使Ｅ＝０的条件得到满足．相应的 ｃ 和 ；值，也就是各段滑面上的实际抗剪指标。 （２）用反算法求得 对于整个滑带刚网４形成的滑坡．利用滑体在极限平衡下 的断面，令剩余下滑力为０，安全系数为ｌ，则公式（３）中只有 Ｃ；和 ．是未知数。寻找与断面有关的边界条件，列出辅助方 程式，求出ｃｉ和 ｉ值旧。 滑坡滑动面一般分为主滑段、牵引段、抗滑段。主滑段是 滑坡滑动的主因，它的Ｃ、 值应使主滑段分块下滑力大于其 分块的抗滑力；牵引段是主滑段滑动后才失去平衡的，它的 ｃ、 值应使其分块下滑力等于或略大于其分块的抗滑力：抗 滑段是因主滑段滑体滑动才滑动的，它的ｃ、 值应使其分块 下滑力小于其分块的抗滑力。满足这些条件的ｃ、 值才是合 理的。正确的运用反算法，要选择滑动前瞬间极限平衡断面， 此时滑坡整体稳定性系数Ｋ＝１。一般来说，牵引段和抗滑段 的Ｃ、 值比主滑段的ｃ、 值大。可根据这个原则来校核反 算的ｃ、中值是否合理。 ４设计推力确定方法的探讨 桩在承载时必然对后部土体或岩体产生反力，而该反力 对桩后土体或岩体的稳定性的影响往往被人为忽略了。本文 在考虑弹性抗滑桩载荷并对桩后土体或岩体产生反力的情 况下，给出了确定弹性抗滑桩的设计参数的方法。 由图２可知，ＡＢ左边区域，剩余推力逐渐增加，属不稳 定区。ＡＢ右边区域，剩余推力逐渐减少，属稳定区。显然，抗 滑桩宜布置在稳定区．这里不妨假设抗滑桩设在第ｋ一１块和 第ｋ块的分界面处．根据建筑物的重要等级取定一安全系数 Ｋ值，将Ｅ。＝Ｏ带入式（９）可计算第１块的推力Ｅ。，以此类推 可计算Ｅ２，Ｅ，，……，Ｅ ，此时推力曲线见图２中的ａａ曲线。 设置抗滑桩后，必然要求剪出口的推力为Ｏ，即Ｅ ＝ｏ，将其带 入式（１Ｏ）计算出第ｎ一１块的推力Ｅ｜广１，以此类推可计算Ｅ 一 ２，Ｅ ３，……，ＥＨ，此时推力曲线见图２中的ｂｂ曲线。可以 看出，２条曲线在设桩处有一差值Ｐ，如果不考虑抗滑桩桩前 滑面以上土体的抗力．桩位处的推力差值Ｐ即为抗滑桩的设 计推力。 抗 滑 ’口口 。＼． Ｐ 、 图２抗滑桩的设计推力分析简图（下转第２３页） 第１期（总第１２０期） 张楚遽村 试验研究■ ５－２差异分析 来汁算￣９００ｍｍ桩的极限端阻力，结＿粜为２２００ｋＮ，远大于本 次试验测得的桩端阻力，所以经过讨论。专家组最后达成一 致意见。本工程单桩的极限承载力可以提高２级左右。 （１）本次试验所得两试验桩桩端阻力随荷载增大变化很 缓慢，从加荷开始桩端应力与桩顶位移呈线性递增，在最大 荷载作用下，２ 桩桩端阻力仅占最大荷载的４．６％，ｌ 桩占 ３４：２％。 本工程工程桩单桩极限承载力均比原设计提高了２个 等级，桩基工程采用低应变动力检测、高应变动力检测和钻 ｌ 桩桩身轴力曲线尾部出现上翘现象，分析其桩底可能 比较松散或桩端进入岩层深度比较小，相应的其桩端阻力发 挥的较大。 芯法进行了检测，均符合设计要求。 ７结束语 在工程预验收后建筑物沉降累计最大值为８ｍｍ。本次试 验未能做到破环，说明本地区强风化花岗岩土层的承载力具 有较大的潜力，设计中取值可适当提高ｌ ２个等级。这可大 大减少孔桩长度，节省基础工程的造价，减少施工工期，对同 但总的说来．两试验桩在桩顶最大荷载作用下桩端阻力 均很小，未充分发挥，端阻力的取值略偏安全。 （２）影响桩侧阻发挥的因素有很多。桩径大小、施工工 艺、土层的分布状况、成桩效应、桩材和桩的几何外形等。都 会影响桩侧阻的发挥。本次试验所得桩侧阻力指标高于勘查 报告提供的指标。尤其是持力层的。一方面因为地质勘察往 往受到现行有关规范的约束，取值偏保守安全；另一方面可 能与桩周岩体凹凸处受力状态复杂有关。 类土层条件工程具有参考和应用价值。 参考文献 ［１ ＪＧ３９４—２００８，建筑桩基技术规范［】Ｓ］． 【２】ＧＢ５００１０—２００２，混凝土结构设计规范［Ｓ】 ６试验结果应用 考虑到两根桩的桩端阻力在最大荷载作用下未充分发 【３】ＪＧＪ１０６—２００３，建筑基桩检测技术规范【Ｓ］ 【４】陈凡，徐天平．基桩质量检测技术．北京：中国建筑工业出 版社．２００３ 挥，我司组织了桩基工程的专家和工程相关单位的专业人 员，对本工程桩基承载力问题进行了研讨，根据岩土工程勘 察报告提供的散体状强风化岩极限端阻力特征值３５ｏ０ｋＰａ 作者简介：徐荔，工程师 （上接第６页） 实际上抗滑桩的设计推力要大于 虑，能经济而有效地治理滑坡，以提高滑坡治理水乎。 Ｐ。这是因为假设抗滑桩的设计推力为Ｐ，则不论按弹性桩还 是按刚性桩考虑，推力Ｐ总有部分向下传递，设毒为传递系 参考文献 数（０＜ １），则抗滑桩向下传递的力为Ｒ＝ 。如果没有Ｒ，则 抗滑桩桩前滑面以上士体处于稳定状态（剪出口的推力为 Ｏ），现在有了Ｒ，那么这部分土体必然处于失稳状态：换言 【１１ 古浩．】边坡稳定及抗滑桩加固研究［Ｄ］．南京：河海大学， ２００６． 【２】戴自航，彭振斌．土体滑坡治理的合理设计与计算Ｕ】．中 南工业大学学报，２０００，３１（２）：９８－１０１． ｐ】潘家铮．建筑物的抗滑稳定和滑坡分析【Ｍ］．ｊ匕京：水利出 版杜。１９８０：１５５－１８７． 之，用Ｐ作为抗滑桩的设计推力过小。实际设计推力应为Ｐｌ＝ Ｐ／（１ ）。传递系数与桩本身的几何、力学参数、桩周围介质的 力学性质以及承受的载荷均有关。传递系数需通过对桩进行 设计计算方可确定。目前对于毒的取值，一般经验取值约０～ Ｏ．３。∈的取值在没有试验资料的情况下，可根据经验类比法 确定ｆ７Ｉ。 此外由于抗滑桩应承担的载荷方向平行与上一条块的 滑动面，因此，设计滑坡推力时，要将其进行分解，其水平分 量为其设计滑坡推力，即：Ｐ’＝Ｐ。ＣＯＳ￣ｔ，其中仪为Ｐ，方向与条 块滑动方向的夹角Ｉ吲。 ［４】聂文波，张利洁，胡－Ｌｒ－￣．滑坡治理中抗滑柱设计推力计 算探讨【Ｊ】．岩石力学与工程学报，２００４，２３（增２）：５０５０－ ５０５２． 【５】聂文波，张利洁，晏鄂川．滑坡推力计算中抗剪强度指标 ｃ、西的确定【Ｊ］．土工基础，２００２，１６（２）：５８－６０． 【６］李海光．新型支挡结构设计与工程实例［Ｍ］．北京：人民交 通出版社．２００４：２２７—２３８． ５结论 本文从关系到计算滑坡设计推力的几个方面进行了讨 论，包括安全系数Ｋ值的选取、岩土强度指标的选取等。安全 系数Ｋ值的选取在基准工况和校核工况下是不同的：岩土强 度参数的选取从试验方法和反算法两方面进行了介绍，并给 出了判断Ｃ、 值是否合理的标准。最后对抗滑桩的设计载荷 确定作了比较详细的探讨，在考虑到设桩后对桩后土体产生 反力的情况下，给出了确定抗滑桩设计参数的方法。在进行 滑坡治理设计与计算时应充分考虑相关因素，基于这些考 贺建清，张家生，梅松华．弹性抗滑桩设计中几个问题的 探讨Ｕ］．岩石力学与工程学报，１９９９，１８（５）：６００－６０２． ［８］朱少荣，张静．关于抗滑桩桩后推力与桩位确定的探讨 ［Ｊ］．地质灾害与环境保护，２００８，８０（４）：１２４—１２６． 福州大学科技发展基金（２００９－ＸＱ一１４） 作者简介：李致远，女，１９８８年３月出生，硕士研究生，研 究方向为抗滑桩加固边坡的计算方法及稳定性研究。 ・２３・
