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成永刚:抗滑桩计算中的位移要求杂谈长期有效

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信息编号:2022094588 发布

2022-09-02 09:10:59

  • 西安市 位置
  • 个人属性
  • 岩土工程类型

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杨工

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本文来源于公众号:悠游2019

作者:成永刚,博士,教高,注册岩土工程师,中国岩石力学与工程学会滑坡与工程边坡分会理事,中国土木工程学会非饱和土与特殊土专业委员会常务委员和交通岩土工程专业委员会委员,国际工程地质协会会员,中国国家公路建设项目评标专家,四川省交通运输专业人才教育专家。


抗滑桩具有桩体刚度大、强度高、支挡力度大的特点,在满足安全、经济等综合工程指标的滑坡、高边坡或其它特殊需要支挡的边坡工程具有广泛的应用。

抗滑桩工程作为典型的岩土工程结构,其计算分析时需同时考虑地质与结构两方面的因素,并应贯彻将两者相互有效的协调工程结构计算理念。对其中任何一个方面的偏颇,都会造成抗滑桩工程设置的欠合理,甚至引发工程病害。因此,在抗滑桩工程结构计算分析时,需结合地质与结构两方面的要求,严格控制桩体位移、桩周地层容许承载力,以及桩身弯矩与剪力这四个方面关于抗滑桩安全、经济设定的关键因素。

桩体位移的有效控制,是有效确保桩体稳定性和限制桩体所支挡坡体卸荷松弛大小的直接指标。在工程计算中需依据桩周地质条件,合理设定桩体截面、桩长和桩身锚索拉力等,严格计算从桩顶至桩底的全桩长各个断面的桩体位移,从而核查桩体位移是否满足所支挡坡体的特定安全、经济需要。而当所要求的桩体位移不满足相应的工程需求时,就需调整桩体截面、桩长或桩身锚索拉力等进行适配,或者通过桩周岩土体的注浆提高围岩强度,或者设置微型桩等辅助工程进行协助,直到主体抗滑桩的位移满足工程安全需求。

当然,这种适配是有一定的边界要求的,即工程的经济性要求。任何过高追求桩体位移的限制,就会造成工程规模的扩大。因此,在抗滑桩计算分析时,主要依据桩周地质条件分别选用M法或K法计算桩体的锚固抗滑能力,以及相应的桩身位移等指标。并规定普通抗滑桩的桩顶位移不得大于10cm,锚索抗滑桩的桩顶位移不得大于5cm,且抗滑桩的桩顶位移转角不大于桩体悬臂段长度的1/100。且为进一步有效控制桩体位移和桩体的稳定,规定桩前地层的承载力不得大于地层容许承载力,而非承载力能更大的极限承载力。通过以上经过工程实践长期检验和有效应用的规定,有效确保了抗滑桩工程的安全、经济使用。

但虽然抗滑桩工程的应用范围不断扩大,有些相关行业也提出了进一步提出对抗滑桩在滑面部位的位移限制要求,即类似于要求滑面部位的抗滑桩位移不大于2mm的要求。这种“层层加码”的安全系数设置,在一定程度更有利于抗滑桩对支挡的坡体和所保护结构的安全,但却在一定程度上极大降低了工程的经济性指标,造成桩体规格或辅助工程规模偏大,使很多设计单位和技术人员叫苦不迭。

其实,由于抗滑桩计算时已明确规定了桩顶位移、桩体转角和桩周地层的容许承载力,一般情况下都可满足工程的安全需要。因为,如果桩体为刚性桩,其桩体位移呈现近线性变化的特点,以上规定就可有效控制滑面处桩体的位移。而如果桩体为弹性桩,刚度较小的桩体位移则叠加了桩体结构本身的变形,故上规定更是能有效控制滑面处桩体位移大小。

此外,作为较为粗犷的岩土工程,由于抗滑桩身全长范围内的地层存在不同的多相性、不连续性等特性,相应抗滑桩计算时所采用的相关地层弹性地基系数的选取存在较大的合理波动范围(其实就地层的弹性地基系数而言,同一类地层在不同的规范之间大小相差是很大的。甚至是同一个地层,同一个规范中也给出很大的选择空间),导致桩体位移计算往往很难准确的以mm级进行量化。尤其是抗滑桩工程这种仍秉持以定性分析和定量分析为主导思想的岩土工程结构,工程经验在地层参数选取具有举足轻重作用的情况下,不起眼的参数调整就可能造成桩体位移的明显变化,而导致为了满足滑面部位mm级的桩体位移使有些计算沦为数字游戏。

基于此,考虑到岩土工程很难采用非常精确的定量计算,因此,作为岩土工程结构分支的抗滑桩计算,应贯“彻理论导向,实践检验,定性定量结合,严格监测反馈”为理念的概念设计要点,切忌过于设置过繁、过严的工程安全量级,导致计算结论的人为设定化和工程经济性指标的过量下降。