王庭勇, 陳華平, 王 鵬

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì), 四川成都 610072)

微型抗滑樁因其采用機(jī)械成孔，具有施工速度快、場地靈活、施工安全、施工擾動(dòng)小等施工優(yōu)勢(shì)，因此在邊坡加固工程中得到越來越多的應(yīng)用[1](表1)。

從表1中應(yīng)用實(shí)例可以看出，目前微型抗滑樁的樁徑多為φ100～180 mm，以150 mm左右為最常見。由于樁徑小，多以多排抗滑樁形式出現(xiàn)，使得微型抗滑樁加固成本很高，限制了微型抗滑樁的應(yīng)用。同時(shí)，也存在微型抗滑樁使用條件不當(dāng)而導(dǎo)致加固失敗的案例。因此，分析影響微型抗滑樁影響因素，探討微型抗滑樁適用環(huán)境，對(duì)正確使用微型抗滑樁，拓寬微型抗滑樁使用范圍等具有重大意義。

表1 微型抗滑樁工程應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

1 微型抗滑樁影響因素討論

1.1 微型抗滑樁結(jié)構(gòu)形式

微型抗滑樁采用機(jī)械成孔加強(qiáng)配筋注漿成樁，強(qiáng)配筋使得微型抗滑樁具有高抗剪強(qiáng)度，但機(jī)械成孔使得孔徑受到限制，一般抗彎剛度較低?？箯潉偠鹊停萍s著微型樁的應(yīng)用。影響微型樁抗彎剛度的因素有幾個(gè)方面。

(1)孔徑，由理論力學(xué)可知微型樁的抗彎剛度與樁徑的四次方成正比，可見，增大孔徑是最直接也是最有效的提高抗彎剛度的辦法。隨著成孔機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步，在鉆孔技術(shù)能實(shí)現(xiàn)的情況下，考慮施工成本和進(jìn)度，盡量增大孔徑(圖1)。

圖1 微型樁抗彎剛度隨樁徑變化

(2)加筋形式。由表2中可以看出，不同布筋形式對(duì)微型樁抗彎剛度的提高幅度是不同的，鋼管樁在樁徑較小(<200 mm)提供的抗彎剛度最大，但由于壁厚的限制，隨著樁徑增大提供抗彎剛度有限，宜用于樁徑較小時(shí)。工字鋼等型鋼能提供較大的抗彎剛度，但自身抗彎剛度要在特定方向才能達(dá)到最大，因此，對(duì)于邊坡主滑方向要有準(zhǔn)確的判定，即使這樣，由于微型樁的設(shè)置可能對(duì)主滑方向產(chǎn)生影響，對(duì)型鋼的抗彎剛度增加應(yīng)進(jìn)行一定折減。鋼筋不同布置形式對(duì)微型樁抗彎剛度的提高幅度也是不同的，樁徑較大時(shí)，鋼筋制作成鋼筋籠布置在樁周能提供較型鋼相當(dāng)?shù)目箯潉偠?，且是沿圓周布置，對(duì)主滑方向的要求不嚴(yán)格。

鋼材提供的抗彎剛度與用鋼面積之比，及單位鋼材面積提供的抗彎剛度，由表中可以看出，增大孔徑可以提高鋼材的利用率。

1.2 樁周巖土工程體環(huán)境

樁周巖土工程體環(huán)境會(huì)影響到微型樁內(nèi)力的分布：不同巖土工程體環(huán)境產(chǎn)生的下滑力不同，直接影響微型樁內(nèi)力的大小和分布[13]；樁周巖土體的質(zhì)量好壞影響樁前巖土體對(duì)微型樁的支撐效果，從而影響微型樁的內(nèi)力大小；滑移巖土體厚度決定了微型樁自由段長度，對(duì)微型樁彎矩的大小也有較大影響。

表2 不同布筋形式對(duì)抗彎剛度的提高

2 微型樁內(nèi)力分布影響因素分析

荷載、樁徑、地基系數(shù)、自由端長度等四個(gè)因素會(huì)影響微型抗滑樁組合結(jié)構(gòu)位移、轉(zhuǎn)角、彎矩、剪力的分布。由于強(qiáng)配筋，微型抗滑樁能提供較大的剪力，故抗剪需求一般情況下都能滿足?？讖较拗剖沟每箯潉偠容^低，抗彎矩的能力較弱，容易發(fā)生彎拉破壞。長徑比較大，自身為柔性加固，往往樁身位移較大，支護(hù)結(jié)構(gòu)位移過大使得加固體位移超出限值，失去加固作用，故本節(jié)通過分析荷載、樁徑、地基系數(shù)、樁身長度等四個(gè)因素對(duì)位移和彎矩的影響，討論微型樁的適用條件。

微型樁的抗彎設(shè)計(jì)可根據(jù)GB 50010-2010(2015年版)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算，計(jì)算公式如下：

αt=1.25-2α

根據(jù)文獻(xiàn)[15]微型抗滑樁內(nèi)力計(jì)算方法，按目前工程技術(shù)應(yīng)用中較大的孔徑300 mm，地基系數(shù)為10 000 kN/m3時(shí)，假設(shè)沿樁周布置6φ32 mm鋼筋，按上式計(jì)算得到微型抗滑樁能承受143 kN·m的彎矩，按6 m受荷段樁長計(jì)算最大荷載為qmax=80 kN，即邊坡下滑力為480 kN/m，考慮到巖土體性質(zhì)的差異和留有一定的安全富裕，建議微型抗滑樁易用于加固下滑力小于300 kN/m的中小型滑坡。

2.1 荷載對(duì)微型抗滑樁位移和彎矩的影響

在樁徑d=300 mm，地基系數(shù)k=10000 kN/m3時(shí)，荷載q對(duì)微型抗滑樁位移和彎矩的影響如圖2和圖3所示：位移和彎矩與荷載成正比；荷載增大會(huì)加大樁身的彎曲，使最大位移從樁頂變?yōu)闃吨形恢谩?/p>

圖2 荷載與位移關(guān)系

圖3 荷載與彎矩關(guān)系

2.2 樁徑對(duì)微型抗滑樁位移和彎矩的影響

在荷載q=60 kN/m，地基系數(shù)k=10000 kN/m3時(shí)，樁徑d對(duì)微型抗滑樁位移和彎矩的影響如圖4和圖5所示：樁身位移與樁徑成反比，樁徑越小，位移量越大；位移增大量呈指數(shù)增加，小樁徑下樁徑對(duì)位移非常敏感；隨著樁徑變小，長細(xì)比增加，樁柔度增大，最大位移由樁中部變?yōu)闃俄敳俊?/p>

圖4 樁徑與位移關(guān)系

圖5 樁徑與彎矩關(guān)系

2.3 地基系數(shù)對(duì)微型抗滑樁位移和彎矩的影響

在樁徑d=300 mm，荷載q=60 kN/m時(shí)，樁徑d對(duì)微型抗滑樁位移和彎矩的影響如圖6、圖7所示：樁身位移和彎矩與地基系數(shù)成反比，當(dāng)?shù)鼗禂?shù)過小時(shí)(<10 000 kN/m3)，土體的地基彈性力作用甚微，微型樁加固作用需要依靠樁土結(jié)合共同作用，如果土體性質(zhì)較差，樁周巖土作用減弱，彎矩更多由微型樁承擔(dān)，小樁徑使得微型抗滑樁不宜承擔(dān)較大荷載，此時(shí)人工挖孔樁更為適宜。在巖土體性質(zhì)較好的邊坡，在位移允許的情況下，小樁徑利于發(fā)揮微型樁的柔性作用和土體自穩(wěn)作用，從而達(dá)到較好的加固效果和經(jīng)濟(jì)效果。

圖6 地基系數(shù)與位移關(guān)系

圖7 地基系數(shù)與彎矩關(guān)系

2.4 樁深對(duì)微型抗滑樁位移和彎矩的影響

在樁徑d=300 mm，荷載q=60 kN/m，地基系數(shù)k=10 000 kN/m3時(shí)，樁深h對(duì)微型抗滑樁位移和彎矩的影響如圖8和圖9所示：樁身位移與樁長成正比。當(dāng)樁長超過10 m后，樁最大位移變化不大；后樁彎矩隨著樁長增加，超過8 m后趨于穩(wěn)定； 前樁彎矩隨樁長而增大，樁長超過12 m后，前樁彎矩超過后樁，可能導(dǎo)致前樁破壞。

圖8 樁深與位移關(guān)系

圖9 樁深與彎矩關(guān)系

3 結(jié)論

(1)樁徑對(duì)微型抗滑樁剛度影響很大，同時(shí)增大孔徑可以提高配筋的抗彎貢獻(xiàn)。

(2)以樁身強(qiáng)度、允許位移、土體允許變形為標(biāo)準(zhǔn)，考慮成孔技術(shù)、施工進(jìn)度和微型樁彎矩承受能力等因素。微型抗滑樁宜在以下條件下應(yīng)用：①微型抗滑樁適用于滑坡厚度小于10 m的淺層滑坡加固工程。②微型抗滑樁宜應(yīng)用于地基系數(shù)大于10 000 kN/m3的邊坡，即宜用于巖質(zhì)邊坡或土質(zhì)較好邊坡。 ③微型抗滑樁宜用于加固下滑力小于300 kN/m的中小型滑坡。④為提高微型抗滑樁抗彎剛度，宜采用多排組合樁形式進(jìn)行應(yīng)用。