略谈边坡工程中变截面抗滑桩的相关应用

略谈边坡工程中变截面抗滑桩的相关应用

李才琴魏世贤

西南有色昆明勘测设计（院）股份有限公司，云南昆明650000

摘要：随着社会经济的发展，工程建设需求量增加，在工程施工中边坡稳定性与工程安全性、可靠性息息相关。为了保障边坡稳定性，一般需要利用抗滑桩等方式，强化边坡稳固性，减少滑坡等问题的出现。其中变截面抗滑桩是一种新型的抗滑桩形式，可以结合地质条件、边坡形态的不同，灵活性、针对性选择加固方法，对边坡工程中的问题进行积极应对。因此，要结合边坡工程实际特点，对变截面抗滑桩的应用要点进行详细分析，充分发挥其功能作用。本项目中主要对高填方区边坡支护下下圆上方型变截面抗滑桩受力特点进行分析，为高填方边坡支护设计中提供更好的设计方案，缩短工期，为建设方节约投资，获得更好的经济效益。

关键词：边坡工程；变截面抗滑桩；相关应用

在我国，由于地形地质条件复杂、滑坡灾害频发，特别是在西部、西南部，滑坡灾害更为频繁。随着经济社会的不断发展，城市化迅猛发展，城乡建设用地需求不断增加，坝区耕地资源持续减少，土地开发与保护的矛盾越来越突出。各省都在不同程度上选择了向山地要空间的方法，以缓解城市化及城镇化迅速发展所带来的土地资源紧张的压力。“城镇上山”是云南省城镇化建设发展中的重大创新，得到了党中央、国务院领导的充分肯定，与普通结构相比，山地建设项目的主要特点是场地坡度大、高底落差大，为形成可建房的台地和保证边坡安全、设计了大量的边坡支护工程，需要对原有边坡进行开挖或回填并进行加固。本文主要对变截面抗滑桩在边坡工程中的相关应用进行分析。

一、工程概况

安宁和悦佳苑项目位于安宁市金方街道浸普路云安商贸城对面，填方边坡最大高约10.50m，长度约62m；坡顶为9层的小高层住宅，基础为桩基础。场地地层主要为第四系人工填土层；第四系坡残积黏土层，下伏基岩为侏罗系中统上禄丰群全～中风化泥岩。该项目采用的支护剖面如图1所示。

图1该项目的支护剖面图

在变截面抗滑桩结构设计中，要对工程力学、地质学的基本原理，对结构形态进行优化设计，并结合不同边坡工程中地质条件的差异性，对截面形态进行针对性、灵活性设计，从而保障边坡稳定性和安全性。此外，还需要优化选择截面形状、尺寸、材料等，从而强化整体抗滑桩的承受能力，减少施工难度，控制施工成本。在具体应用中，需要把抗滑桩桩身嵌入到周边岩土体中，与土体产生抗剪前度、摩擦力，以便对边坡产生的滑动力进行抵御。由于周边岩土体的作用力较为复杂，需要通过桩身截面的变化，对土体应力分布变化进行积极应对，保障整体边坡工程的稳定性和安全性。在对变截面抗滑桩的截面尺寸、布置位置进行设置时，要构建数字化分析模型，使其在边坡工程中发挥作用[1]。其中，在该工程中应用了下圆上方型变截面抗滑桩，该桩型方便施工，且操作便捷，能够缩短工期，能够提高整体边坡工程的经济效益。该类抗滑桩对边坡工程中复杂的岩土体作用力更加适应，但是由于研究理论还不成熟，需要对传统抗滑桩计算理论进行借鉴应用，以便精准计算悬臂式变截面抗滑桩的荷载能力。其中，滑坡体的作用力较为复杂和多样，其中涉及到悬臂段桩后的滑坡推力、锚固段地基抗力、桩侧摩阻力和粘聚力以及桩底应力等[2]。

二、变截面抗滑桩适宜性分析

（一）剩余下滑力

结合滑坡推力不同，滑坡包含大推力滑坡、中推力滑坡、小推力滑坡等类型。其划分界限T分别为1000KN/m、2000KN/m。通常情况下，抗滑桩为单桩承受荷载，针对滑坡推力较大的工程，要对多种支护方式进行联合应用，如锚索、抗滑桩等，从而强化整体抗滑桩的承受能力。此外，还可以结合实际情况，选择使用双排抗滑桩、门架式抗滑桩等，以便保障边坡稳定性和安全性。由此可见，变截面抗滑桩的承载能力不大，通常可以在滑坡推力在1000KN/m的工程中进行使用[3]。

（二）变截面抗滑桩适用于填方路基、路堑收坡工程

随着社会经济的发展，建设工程呈现增长趋势，且施工场地情况越来越复杂， 一旦施工过程中遇到路基需要填高度情况，要结合实际情况，在路基周边设置支护措施，或者挖去部分坡体，部分工程的施工空间较为狭窄，加大了施工难度。变截面抗滑桩对矩形界面、圆形截面的优点进行融合应用，既有支护结构的功能作用，保障土体稳定性，且还能够对周边岩土体进行有效支挡，因此在填方路基、路堑收坡等工程情况中，都可以有效应用[4]。

（三）变截面抗滑桩适用于更广泛的土层、更深的锚固段

以往抗滑桩往往是通过人工挖掘的方式开孔，且该方式施工中对土层参数要求较高，一旦遇到膨胀土等边坡类型时，很有可能出现极大的安全事故问题；当在坚硬土层中进行使用时，人工挖孔方式需要投入大量的人力、物力和时间，严重降低整体施工效率。按照相关规定要求，需人工挖空桩端的入土深度需要控制在15米以内，但是周边岩土层承载力较大时，会加大安全事故发生几率，因此人工挖孔桩的适用范围有限。但是，变截面抗滑桩是适应性较强，可以在以上情况中进行有效性使用

[5]。

三、下圆上方形变截面抗滑桩数值分析

变截面抗滑桩形状较为特殊，在不同的荷载作用下产生的反应也存在较大差异。为了对抗滑桩具体数据进行有效性分析，需要结合实际情况，采取科学合理的有限元分析模型进行操作，同时还在结构数值分析过程中，还需要对MIDAS GTS NX优化应用[6]。通过该方式不需要单独计算滑坡推力，能够直接获得桩身内变化情况，保障计算结果的精确性，减少计算偏差。

（一）边坡稳定性比较

在对边坡稳定性进行分析研究时，需要严格按照相关技术规范的要求，对边坡安全系数进行明确，并开展科学合理的有限元分析工作，以便对方形状、上圆下方桩的支护结构的安全系数进行分别确定，如前者为1.373，后者为1.374.由此可见，两者的边坡安全系数都在标准氛围内，可以保障边坡稳定性与安全性[7]。

（二）应变比较

一般情况下，在边坡工程中，需要对现场情况进行全面分析，并明确岩土体最薄弱的部位，才能明确具体的滑坡出现部位。通常来说，最大剪切应变带较为薄弱，需要在该部位设置抗滑桩，强化其支护效果，然后产生滑带。通过研究证明，方形截面桩、圆形截面桩的该参数一样，且最大剪切力主要在桩悬臂段、嵌固段相邻的地方出现，两者的边坡安全系数较好，两种截面抗滑桩悬臂段桩后均有明显的土拱效应。

（三）应力比较

方形截面桩与变截面桩的形状存在很大差异性，引起导致其受力特征也存在很大的不同，一般情况下，前者的受力情况变化情况没有出现较大变化，后者的受力情况往往会在变截面位置出现一些突发变化，尤其是在下圆上方的截面桩的变截面位置，会出现承受力逐渐减少的现象[8]。

对以上的分析结果可知，两种抗滑桩的支护效果较为相近，且变截面桩的受力能力稍微强一点；此外，圆形段抗滑桩主要是利用机械成孔的方式进行操作，可以进一步提升整体工程安全性和高效性。

四、变截面抗滑桩的数值分析

（一）建立有限元模型

为了对变截面抗滑桩的相关数值进行分析，需要结合实际情况建立有限元模型，并按照摩尔-库伦准则，选择线弹性模型。模型试验中涉及锚固土层、抗滑桩、滑坡推力，数值分析模型中采用实体单元模拟锚固土层、抗滑桩，梁单元模拟抗滑桩内部钢筋[9]。利用土工试验获得土层相关力学指标，在模型建模过程中输入的参数如表1所示。

表1数值模型输入参数表

（二）荷载分析

在变截面抗滑桩设计应用中，需要对滑坡推力大小、分布形式进行合理计算。由于不同的计算方式，获得的抗滑桩结构内里计算结果差异较大，对最终的支挡效果产生一定的负面影响，甚至会加大整体边坡工程施工成本。结合各类影响因素分析、理论计算、模拟分析、实际工程经验等，滑坡推力分布形式包含矩形、三角形、梯形等模式。其中滑坡推力的具体参数受到各种因素的影响，其中主要涉及到滑坡性质、滑动面形状、滑体厚度等因素。在实际的工作过程中，要通过专业方式分析土体受力情况，其中常用的分析方法包含传递系数法。在实际操作中，还需要结合实际情况，选择针对性的方法进行操作，如利用增大下滑力、强度折减法等方式，对滑坡面交缓的区域开展精准计算。当滑体土体较为松散时，滑坡推力为三角形分布；滑体为黏性土质时，滑坡推力为三角分布形式，但是合力作用点有所不同在，主要呈现抛物线分布形式呈现，顶点在滑面附近[10]。其中不同滑坡推力的分布函数如表2所示。

表2滑坡推力分布函数表

（三）结构计算

在对变截面抗滑桩结构进行计算时，一般需要利用地基系数法、悬臂桩法进行操作。为了对抗滑桩截面宽度的具体参数详细了解和分析，需要对主要的影响因素进行全面性了解，如抗滑桩与周边土体之间会产生较为复杂的作用力，要提前换算截面尺寸，并以计算尺寸方式进行呈现，才能为后续计算宽度参数的获得创建良好的条件。其中矩形截面和圆形截面换算公式如图2所示。

图2桩的截面计算宽度换算公式

（四）配筋计算

为了方便计算主要的配筋数量，需要结合具体工程情况，把抗滑桩划分为不同若干段，一般情况下需要将其划分为四段，且还需要精准计算不同段的实际承受参数，如最大弯矩、剪力等，以此为依据，才能有效确定抗滑桩的配筋数量。由于变截面形状较为特殊，上部截面小于下部荷载截面，所以混凝土的刚度、强度越来越小，要通过增加配筋的方式，对其刚度、强度进行弥补。一般情况下，在进行配筋计算中，变截面下部要按照普通抗滑桩的要求正常配筋，上不受荷段需要针对性配筋，然后对上下两部分配筋结果叠加。在具体设计中，要把上部小截面位置缓慢过度到下部大截面处，产生斜面，并保障上部配筋适当向下延伸。

五、优化方法

（一）优化施工流程

为了提升变截面抗滑桩的施工质量，要做好前期准备工作，尤其要安排专业人员进行现场地质勘查工作，并结合勘查结果编制可行性的施工方案，结合实际工程需求，准备好施工材料、设备。此外，还需要结合设计放哪，对截面形状、桩长、桩径等参数进行明确，为施工质量的提升创建良好条件。在抗滑桩施工中，要优化具体的施工流程，其中要精准定位桩位，减少测量偏差；做好桩孔开挖工作，选择合适的挖空方式，最大程度上减少边坡土体扰动；按照相关规范标准制作钢筋笼，并严格控制混凝土浇筑作业，对浇筑速度、温度进行严格控制，防止发生病害问题。同时还需要对桩身垂直度、桩径等参数进行严格控制，结合相关技术规范，对施工过程提供技术指导。

（二）完善质量评估

为了提升变截面抗滑桩施工质量，需要采取科学合理的质量监控和评估方法，尤其要严格检查原材料质量，尤其要做好钢筋、水泥等原材料的进场抽查工作；要引进现代化的监测技术，尤其要对全站仪、测斜仪等设备进行优化应用，动态监控桩体在施工过程中的垂直度、位置偏差等；要安排专业人员进行现场巡视工作，一旦发现异常情况，需要采取合理措施进行整改，根本上保障施工质量。要优化施工质量评估方法，如通过力学分析模型等方式，对桩体的承载力、稳定性开展全面性评估。

（三）优化实践应用

在山区公路边坡加固工程中对该桩体进行优化应用，能够对山区复杂的地形情况进行良好适应，并合理设计截面尺寸、布置方式，减少边坡滑动力，保障便利稳定性和安全性。在水库大坝边坡稳定工程中，要提前进行现场地质勘查工作，并全面分析边坡稳定性，保障变截面抗滑桩结构的合理性和适应性，尤其要结合受力特点，完善截面形状设计，使其与边坡变形、应力分布情况进行适应，减少滑坡风险，保障水库安全。在城市地铁边坡防护工程中，要对现场地质条件、荷载分布、施工条件等进行全面分析和精准计算，从而优化桩体截面尺寸、埋深等参数设计，并采取科学合理的质控措施，保障施工安全。

六、结语

综上所述，为了实现边坡工程的安全性开展，需要对变截面抗滑桩技术进行优化应用，并对该类抗滑桩的受力适应性进行分析，并优化相关数值计算，保障变截面抗滑桩功能作用的正常发挥。

参考文献：

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[3]曾玲升,肖强,郭凯斌. 圆形大截面抗滑桩在高速公路丘陵斜坡地带滑坡工程中的应用 [J]. 黑龙江交通科技, 2023, 46 (12): 1-4+10.

[4]朱树青,荆林朋. 矩形截面抗滑桩边坡加固效果参数优化分析 [J]. 交通世界, 2023, (18): 29-31.

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[7]屈俊童,崔茂俊,孙再斌,等. 不同滑坡推力模式下新型变截面抗滑桩模型试验研究 [J]. 建筑结构, 2022, 52 (S2): 2490-2496.

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