双排布置抗滑桩的受力模型分析探讨

上世纪60年代、80年代和本世纪初，铁科院西北研究所（即铁科院西北分院、中铁西北科学研究院）先后研发人工挖孔抗滑桩、锚索抗滑桩和内锚式抗滑桩，由于其具有强大的抗力而广泛应用于大、中型滑坡和高大边坡等病害的治理中，成为地质灾害治理中的重型武器。但在一些下滑力巨大的坡体病害治理中，往往可能会出现双排抗滑桩协同作战的情况。那么如何确保双排桩的之间的协调受力，则成为抗滑桩合理布置和坡体病害有效治理的关键。

1、单排抗滑桩的受力模型

要明确双排抗滑桩的受力模型，则首先要明确单排抗滑桩的受力模型。

抗滑桩工程作为岩土工程构件，秉持的是概念设计的理念。即抓住模型建立时的主要因素，忽略次要因素。由此，简单来说，抗滑桩受力模型主要考虑三种力，即滑面以上的桩后滑坡推力和桩前抗力，以及滑面以下的锚固力。而对于抗滑桩的重力、桩周摩阻力、桩底抗力和桩后下滑力的竖向分力等次要因素则不予考虑。

1.1、对于滑面以上的桩后滑坡推力和桩前抗力对于抗滑桩的作用力分布，依据岩土体的性质可分为矩形、梯形和三角形分布三类。其中岩体完整、滑体呈现整体滑移时采用矩形分布，岩土体较完整或胶结较好、滑体上下的滑移速度略有差异时采用梯形分布，土体松散而滑体上下的滑移速度存在较大差异时采用三角分布。需要说明的是，当桩前滑体发生失稳变形时，桩前抗力则不予考虑。

1.2、对于滑面以下的抗滑桩锚固段与桩体的受力模型，则采用弹性地基系数为主导的受力分析。其中对于岩体为完整~较完整时采用K法计算模型，对于岩体破碎或土质地层时采用ｍ法计算模型，对于上土下岩的二元结构坡体，则需从上至下分别采用ｍ法和K法进行建模。

2.1、对于前、后两排桩之间的间距较大，如净间距大于桩径（圆桩为直径，矩形桩为平行主轴的桩长，下同）的6倍以上时，则前、后两排抗滑桩应看作是两个独立的个体，按照单排桩的受力模型进行建模。这是因为前、后两排桩间距较大时要形成协调受力体系的难度太大，甚至是不可能的。加之抗滑桩有明确的位移或转角要求，以及岩土体的离散性等主导的大变形特征，从而使间距较大的前、后排桩，无法组成有效协调受力的体系。

基于此，前、后两排抗滑桩间距较大时，后排桩需平衡其后部的滑体下滑力，且考虑到桩前滑体的欠稳定或不稳定性，后排桩的桩前抗力不予考虑。而对于前排桩，则需平衡两桩之间滑体的下滑力，而桩前抗力则依据桩前岩土体的性质合理选用。

2.2、对于前、后两排桩之间的间距很小，如净间距小于桩径的2倍时，则不建议采用双排抗滑桩的设置，而宜采用一排大截面抗滑桩进行设置。这是因为前后排桩间距过小时，由于前、后排桩作为单个桩体，不能有效确保滑面以下锚固段作为理想的半无限体，两者之间存在过大的干扰和施工扰动，反而不如设置一排大截面抗滑桩进行坡体病害治理理想。

2.3、对于前、后两排抗滑桩间距适当，如净间距在2~6倍的桩径时，是双排桩的理想协调受力范围。尤其是在前、后排桩之间合理设置传力杆件，如联系梁或筏板时就可以形成较好的协调受力体系，这时就需桩体受力模型的建立中考虑前、后排桩的协调受力问题。

1）后排桩的后部和前排桩的前部受力与单排抗滑桩的受力分析是一致的。而后排桩的前部，由于两桩之间的距离较近，故滑面以上的抗力不予考虑。前排桩的后部，由于两桩之间距离较近，故其桩后推力宜按矩形分布考虑。

图2 前、后桩协调受力的简化模型

2）后排桩在双排桩协调受力体系中处于主导地位，而前排桩处于从属地位。目前虽然距双排桩的完美计算还存在一定的差距，但总体来说，后排桩受力基本占体系受力的65%左右，前排桩基本占体系受力的35%左右。

这其实也很好理解，正如泥石流治理中拦挡坝的设置一样，后部的拦挡主坝在规模上往往比前部设置的防护副坝要大得多。换句话说，如果在泥石流治理中，将两个间距较小的拦挡坝设置成同样的规模就可能会贻笑大方。故对存在协调受力的前、后排桩的设置，一定要贯彻后排桩规模较大，而前排桩规模较小的理念。当然，这种规模上的差异可以通过桩径、桩间距等进行协调实现。

3）前、后两排桩的单独受力模型应保持一致，即宜贯彻普通桩-普通桩，锚索桩-锚索桩的理念，不宜前、后排设置为受力模型不一致的桩体。即不宜存在前、后桩分别设置普通桩和锚索桩的情况，反之亦然。这是因为普通桩为被动受力模型，而锚索桩为主动受力模型，两者之间如果步调不一致，很容易造成桩体病害的出现和坡体病害治理的失败。因为，任何时候，保持团结都是最为重要的。

4）为有效利用桩前滑面以上岩土体的抗力和提高滑面以下岩土体的锚固效果，建议前、后排桩宜尽量错位布置，这样就最大化地利用桩周岩土体产生的抗力，从而避免前、后两排桩共用桩前岩土体抗力的情况。尤其是错位布置，可大大分别提高前、后两排桩滑面以下的锚固力，从而使体系获得了更大的安全冗余，也大大方便了前、后两排桩上锚索的布置。