微型抗滑桩影响因素及其适用条件研究

王庭勇, 陈华平, 王 鹏

(四川省地质矿产开发局成都水文地质工程地质队, 四川成都 610072)

微型抗滑桩因其采用机械成孔，具有施工速度快、场地灵活、施工安全、施工扰动小等施工优势，因此在边坡加固工程中得到越来越多的应用[1](表1)。

从表1中应用实例可以看出，目前微型抗滑桩的桩径多为φ100～180 mm，以150 mm左右为最常见。由于桩径小，多以多排抗滑桩形式出现，使得微型抗滑桩加固成本很高，限制了微型抗滑桩的应用。同时，也存在微型抗滑桩使用条件不当而导致加固失败的案例。因此，分析影响微型抗滑桩影响因素，探讨微型抗滑桩适用环境，对正确使用微型抗滑桩，拓宽微型抗滑桩使用范围等具有重大意义。

表1 微型抗滑桩工程应用统计

1 微型抗滑桩影响因素讨论

1.1 微型抗滑桩结构形式

微型抗滑桩采用机械成孔加强配筋注浆成桩，强配筋使得微型抗滑桩具有高抗剪强度，但机械成孔使得孔径受到限制，一般抗弯刚度较低。抗弯刚度低，制约着微型桩的应用。影响微型桩抗弯刚度的因素有几个方面。

(1)孔径，由理论力学可知微型桩的抗弯刚度与桩径的四次方成正比，可见，增大孔径是最直接也是最有效的提高抗弯刚度的办法。随着成孔机械技术的进步，在钻孔技术能实现的情况下，考虑施工成本和进度，尽量增大孔径(图1)。

图1 微型桩抗弯刚度随桩径变化

(2)加筋形式。由表2中可以看出，不同布筋形式对微型桩抗弯刚度的提高幅度是不同的，钢管桩在桩径较小(<200 mm)提供的抗弯刚度最大，但由于壁厚的限制，随着桩径增大提供抗弯刚度有限，宜用于桩径较小时。工字钢等型钢能提供较大的抗弯刚度，但自身抗弯刚度要在特定方向才能达到最大，因此，对于边坡主滑方向要有准确的判定，即使这样，由于微型桩的设置可能对主滑方向产生影响，对型钢的抗弯刚度增加应进行一定折减。钢筋不同布置形式对微型桩抗弯刚度的提高幅度也是不同的，桩径较大时，钢筋制作成钢筋笼布置在桩周能提供较型钢相当的抗弯刚度，且是沿圆周布置，对主滑方向的要求不严格。

钢材提供的抗弯刚度与用钢面积之比，及单位钢材面积提供的抗弯刚度，由表中可以看出，增大孔径可以提高钢材的利用率。

1.2 桩周岩土工程体环境

桩周岩土工程体环境会影响到微型桩内力的分布：不同岩土工程体环境产生的下滑力不同，直接影响微型桩内力的大小和分布[13]；桩周岩土体的质量好坏影响桩前岩土体对微型桩的支撑效果，从而影响微型桩的内力大小；滑移岩土体厚度决定了微型桩自由段长度，对微型桩弯矩的大小也有较大影响。

表2 不同布筋形式对抗弯刚度的提高

2 微型桩内力分布影响因素分析

荷载、桩径、地基系数、自由端长度等四个因素会影响微型抗滑桩组合结构位移、转角、弯矩、剪力的分布。由于强配筋，微型抗滑桩能提供较大的剪力，故抗剪需求一般情况下都能满足。孔径限制使得抗弯刚度较低，抗弯矩的能力较弱，容易发生弯拉破坏。长径比较大，自身为柔性加固，往往桩身位移较大，支护结构位移过大使得加固体位移超出限值，失去加固作用，故本节通过分析荷载、桩径、地基系数、桩身长度等四个因素对位移和弯矩的影响，讨论微型桩的适用条件。

微型桩的抗弯设计可根据GB 50010-2010(2015年版)《混凝土结构设计规范》计算，计算公式如下：

αt=1.25-2α

根据文献[15]微型抗滑桩内力计算方法，按目前工程技术应用中较大的孔径300 mm，地基系数为10 000 kN/m3时，假设沿桩周布置6φ32 mm钢筋，按上式计算得到微型抗滑桩能承受143 kN·m的弯矩，按6 m受荷段桩长计算最大荷载为qmax=80 kN，即边坡下滑力为480 kN/m，考虑到岩土体性质的差异和留有一定的安全富裕，建议微型抗滑桩易用于加固下滑力小于300 kN/m的中小型滑坡。

2.1 荷载对微型抗滑桩位移和弯矩的影响

在桩径d=300 mm，地基系数k=10000 kN/m3时，荷载q对微型抗滑桩位移和弯矩的影响如图2和图3所示：位移和弯矩与荷载成正比；荷载增大会加大桩身的弯曲，使最大位移从桩顶变为桩中位置。

图2 荷载与位移关系

图3 荷载与弯矩关系

2.2 桩径对微型抗滑桩位移和弯矩的影响

在荷载q=60 kN/m，地基系数k=10000 kN/m3时，桩径d对微型抗滑桩位移和弯矩的影响如图4和图5所示：桩身位移与桩径成反比，桩径越小，位移量越大；位移增大量呈指数增加，小桩径下桩径对位移非常敏感；随着桩径变小，长细比增加，桩柔度增大，最大位移由桩中部变为桩顶部。

图4 桩径与位移关系

图5 桩径与弯矩关系

2.3 地基系数对微型抗滑桩位移和弯矩的影响

在桩径d=300 mm，荷载q=60 kN/m时，桩径d对微型抗滑桩位移和弯矩的影响如图6、图7所示：桩身位移和弯矩与地基系数成反比，当地基系数过小时(<10 000 kN/m3)，土体的地基弹性力作用甚微，微型桩加固作用需要依靠桩土结合共同作用，如果土体性质较差，桩周岩土作用减弱，弯矩更多由微型桩承担，小桩径使得微型抗滑桩不宜承担较大荷载，此时人工挖孔桩更为适宜。在岩土体性质较好的边坡，在位移允许的情况下，小桩径利于发挥微型桩的柔性作用和土体自稳作用，从而达到较好的加固效果和经济效果。

图6 地基系数与位移关系

图7 地基系数与弯矩关系

2.4 桩深对微型抗滑桩位移和弯矩的影响

在桩径d=300 mm，荷载q=60 kN/m，地基系数k=10 000 kN/m3时，桩深h对微型抗滑桩位移和弯矩的影响如图8和图9所示：桩身位移与桩长成正比。当桩长超过10 m后，桩最大位移变化不大；后桩弯矩随着桩长增加，超过8 m后趋于稳定； 前桩弯矩随桩长而增大，桩长超过12 m后，前桩弯矩超过后桩，可能导致前桩破坏。

图8 桩深与位移关系

图9 桩深与弯矩关系

3 结论

(1)桩径对微型抗滑桩刚度影响很大，同时增大孔径可以提高配筋的抗弯贡献。

(2)以桩身强度、允许位移、土体允许变形为标准，考虑成孔技术、施工进度和微型桩弯矩承受能力等因素。微型抗滑桩宜在以下条件下应用：①微型抗滑桩适用于滑坡厚度小于10 m的浅层滑坡加固工程。②微型抗滑桩宜应用于地基系数大于10 000 kN/m3的边坡，即宜用于岩质边坡或土质较好边坡。 ③微型抗滑桩宜用于加固下滑力小于300 kN/m的中小型滑坡。④为提高微型抗滑桩抗弯刚度，宜采用多排组合桩形式进行应用。