不同截面形式的抗滑桩应用

抗滑桩虽然在1966年由铁科院西北研究所牵头,在我国的成昆铁路建设中首次发明并成功应用,但其雏形其实几千年来我国劳动人民已经成功应用。如南方很多水田的田埂往往采用间隔一定距离的木桩+桩间木板或竹篾进行支护,这就是抗滑桩与桩间挂板的最初模型。
人工挖孔抗滑桩自发明以来,成功扭转了以往大型滑坡等病害治理中的被动局面,使地质灾害治理中的武器库中增加一件重量级的武器。由于其施工工艺灵活、精细,可以将抗滑桩作为工程的补充勘察孔进行应用,适应于各类地层,使其成为了几十年来我国抗滑桩工程中应用的主要工艺,也非常符合上个世纪我国人力成本比较低的特点。
图1 普通抗滑桩的早期工程应用
抗滑桩是在桩周岩土体所提供的锚固力基础上,利用桩体自身结构抗弯和抗剪的强度,支挡桩后主动土压力或下滑力的,从而有效提高工程斜坡的稳定性。且桩身的转角或位移应满足不同保持对象的正常使用要求。
由于抗弯对抗滑桩的安全、经济设置具有控制性的作用,因此,利用最省的材料尽可能的实现最大的抗弯能力,是抗滑桩设置中的主旋律。而要获得更大的抗弯能力,就在获得更大的惯性矩。因此,有效利用桩身截面形状就显得至关重要。因此,矩形抗滑桩成为了工程最为常用的截面形式。这是因为在同等材料情况下能获得更大抗弯能力的“工字形”截面,无法在工程实践中实现。而圆形抗滑桩由于抗弯能力偏弱,故在人工挖工艺时往往不予采用。当然,矩形抗滑桩不能单纯的追求抗弯而忽视抗扭等问题,以及地层承载力对其的限制。因此,设置什么样的抗滑桩长宽比就是一个综合考虑的产物,这也是岩土工程的复杂性所决定的。
1986年,铁科院西北研究所为有效改善过长悬臂造成桩身规模偏大,以及地层锚固力要求较高的不利因素,通过多次试验在桩顶设置锚索改善抗滑桩的受力体系取得成功,并在四川江油涡轮厂滑坡治理中取得了成功。
图2 锚索桩工程在川藏公路中的应用
由于锚索抗滑桩理论较普通桩的受力更为合理,能获得更大的支挡力度,且工程造价更为节省,因此,锚索抗滑桩一经推出,就迅速向全国推广。但需要注意的是,锚索抗滑桩体系中一定要注意锚索与桩的受力协调,锚索与桩体的抗力合理分配等问题,否则锚索抗滑桩的合理应用将大打折扣。如有的大截面抗滑桩上只设置一孔小吨位的锚索,这可能就是欠合理的。因为它可能对整体支挡体系的改善是相当有限的,故锚索在整个支挡体系中的力的分配宜大于15%。当然,锚索在整个支挡体系中力的分配是上不封顶的,即可以设置多点式梁式抗滑桩,甚至将桩当作梁体进行使用也是可以的。即所谓“工程无定式”,只要能满足工程的安全和经济性需求即可。
2006年,由于在一些特定需要设置埋入式抗滑桩的工程需要,铁科院西北分院通过设置桩内锚,将锚索固定于桩体内部的孔壁上,实现了桩内进行锚固的工艺,从而有效拓展了锚索抗滑桩的应用范围,并首次在北京戒台寺滑坡治理中取得了成功。由于内锚式抗滑桩极大拓展了锚索与抗滑桩的连接形式,使没有“悬臂”的抗滑桩设置锚索成为现实,故一经推出,就在铁路、文物等部门行业中得到了有效推广。
近年来,随着我国机械制造业水平的提高和人力成本的上升,机械成孔抗滑桩的比重不断提高。如旋挖钻机成孔的圆形抗滑桩应用得到了极大的推广应用。但由圆桩结构相对较弱的抗弯能力和较高的工程造价,使其在滑坡等地质病害治理中的应用受到了极大的限制。2018年,为有效降低程造价和降低施工风险,四川仁沐新高速公路首次利用机械成孔矩形抗滑桩取得了成功,并大规模应用于工程实践。

图3 不同形式的机械成孔矩形桩钻头
机械成孔矩形桩以机械旋挖钻引孔和提土为辅助,利用不同形式的矩形钻头进行循环使用成孔。其施工速度快,工程造价较人工挖孔低,且施工风险相对较小,故深受广大工程人员的喜爱。但正如任何事物的合理的应用都具有使用边界条件一样
在天府机场高速公路等许多地方已成功应用,且形成了各种各样的成孔工艺。但总的来说,机械成孔的矩形抗滑桩主要受以下几个因素限制:
1)场地需能满足机械设备的进出场要求;2抗滑桩数量应具有一定的数量,以满足设备的使用性价比要求3)松散岩土体中由于机械钻进过程中易于坍塌而不能应用;4)需 满足抗滑桩钢筋笼的起吊设备。

 

 

 


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