抗滑微型桩的设计计算方法探讨

杜 滨，杨政荣，胡军伟

( 中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710068)

摘 要: 文章在总结微型桩支护特点的基础上，依据近年来对微型桩抗滑机理的研究与试验结论，提出了以滑动面处 的钢筋抗拉、抗剪指标作为主要抗滑力进行设计计算方法，并给出了计算实例。 关键词: 微型桩; 滑坡; 设计计算方法 中图分类号: U416. 1

文献标识码: B

近年来，随着复杂地形地质条件下高速公路的修 建，工程滑坡及边坡问题日益增多，在一些地形及场 地受限区域，常见的大尺寸抗滑桩、抗滑挡墙等支挡 结构因施工难度高、周期长而不再适应。防治工程措 施向轻型化、小型化、经济性方向发展。轻型支护体 系以及组合型边坡支挡结构正是在这种国内外形势下 出现在工程设计人员的视野之中，边坡抗滑微型桩组 合结构就是其中具有代表性的轻型组合支挡结构 之一。

图 1 微型桩加固边坡示意图

1 微型桩概况

1. 1 工程定义

微型桩一般是指桩径小于 400mm，长 细 比 大 于 30，采用钻孔、 强配筋和压力注浆施工工艺的灌注 桩。其主要特点有: 施工机具小，适用于狭窄的施工 作业区; 施工振动、噪声小，适用于公害受到严格控 制的市区; 长细比大，单桩耗用材料少; 采用二次注 浆工艺，与同体积灌注桩相比，承载力较高。 1. 2 微型桩支护特点

边坡工程中，微型桩越来越受到设计、施工等方 面技术人员的亲睐，主要原因在于，微型桩在加固中 小型边坡工程中，也可以得到和普通抗滑结构同样的 功效，但施工周期短，相对于传统强支护结构，特别 是小型复杂边坡、防灾抢险工程中，微型桩有效、快 速的功能得以很好的体现，见示图 1。由于目前微型 桩的计算理论并不成熟和完善，这种结构的特点主要 由其适用范围广泛、布置型式灵活、施工周期较短所 决定，主要有以下几个方面:

( 1) 微型桩布置型式灵活，可根据设计需要布置 于边坡坡脚、坡中或坡顶，可 以 单 桩、多 排、网 状、 交叉布置。

( 2) 微型桩孔径小，施工时对原有结构物基础影

响小，而且施工噪音小，适合在城市居民集中的地带

施工。

( 3) 微型桩施工便捷、安全，施工机具简单，在 施工条件受到区域尤为合适。

( 4) 微型桩适用性较强，可以广泛设置在岩质边 坡或土质边坡中。

2 微型桩受力计算

2. 1 计算方法筛选

目前国内外针对微型桩的结构计算出发点各有不 同，有依据 压 力 法、 位 移 法、 等 效 法、 数 值 法 的 研 究，还有的从单桩、群桩的角度考虑。但计算出发点 仍然是通过各种假定，建立一种较为合适且方便的计 算模型。

根据近年来大量的试验以及对微型桩抗滑机理的 研究，现基本有 2 种计算理论:

( 1) 以分析桩身弯矩、剪力、位移、转角为主的 地基梁、桥梁桩基计算理论。

( 2) 以滑面处 微 型桩所提供的抗拉 ( 剪) 力 为 抗滑力的设计理论。

第一种计算方法，在实际工程设计 计 算 过 程 中， 由于微型桩长细比较大，钢筋一般布置在桩芯位置， 桩身抵抗弯矩的刚度仅为小截面混凝土的刚度。这与

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普通抗滑桩有专门的受拉钢筋提供较大的抵抗弯距区

别很大，导致微型桩计算时，桩顶位移较大，提供的 抗力太小，与试验中单桩承受 30 ～ 50kN 的抗滑力相 距甚远。

方法二将滑坡体作为一个整体考虑，微型桩主要 起着在滑动破裂面处利用钢筋的抗拉 ( 剪) 力，提供 对抗滑坡的下滑力进行计算，类似采用钢铆钉，将滑 动体和基床进行锚固缝合。

通过几个工程实例的设计，初步认为按微型桩配 筋的横截面抗剪力作为微型桩的抗滑力进行设计较符 合实际，且工后效果亦较好。 2. 2 计算内容

( 1) 配筋计算

配筋计算主要目的为算出垂直滑体下滑方向每延 米所需的钢筋面积，由此来考虑布设多少排微型桩以 及桩芯用多大直径的钢筋。

对岩质滑坡在滑动过程中，微型桩群受力是基本 均匀，参照 《公路桥涵设计手册》 中群桩基础力的分 配，用单桩平均受力乘以 1. 1 ～ 1. 2 的安全系数 k，作 为设计时的单桩受力。

对土质、土石混合滑坡在滑动过程中，根据实验 可知，微型桩群受力是不均匀的，第 1 排受力最 大， 向后逐次 减 小。为 在 设 计 时反映群桩受力的不均匀 性，在设计中可以引入一个滑坡推力不均匀分配系数 ( η) ，以修正由均匀性假设带来的不足。不均匀系数 根据实验的数据统计结果，如表 1。

第一排桩 第二排桩 第三排桩 第四排桩 第五排桩

微型桩位于滑动面以上部分，称之为受荷段，其 长度等于设桩处的滑体厚度。微型桩位于滑面以下部 分，称之为嵌固段，嵌固段需验算两部分内容: 一是 微型桩与土体之间的粘结，二是钢筋与混凝土之间的 粘结。

设微型桩的直径为 D，桩内钢筋直径为的 d，则 微型桩的嵌固段长度可按下列公式计算，并取其中的 较大值:

L = L =

K ·fy ·A πDqt K·fy ·A nπdξqs

( 1) ( 2)

式中: K 为设计安全系数; fy 为钢筋抗拉强 度 设 计 值; A 为单根微型桩的配筋截面积; qt 为注浆体与岩 土孔壁间的黏结强度设计值; qs 为注浆体与钢筋间的 黏结强度设 计 值; n 为 钢 筋 根 数; ξ 为 采 用 2 根 或 2 根以上钢筋且绑扎成钢筋束时，界面黏结强度降低系 数，可取 0. 6 ～ 0. 85。主要考虑钢筋束中部分钢筋表 面与混凝土不接触，为单位长度内混凝土浆体与钢筋 间的实际接触面积。

3 微型桩设计工程实例

杭州至瑞丽国家高速公路贵州境大兴 ( 湘黔界) 至思南段 第 DXTJ － 16 合 同 段 K140 + 160 ～ K140 + 440 段塌方高边坡治理工程，为了左侧 304 省道及民 房的安全，在边坡上方截水沟后部设置了微型桩工程 进行加固 ( 见 图 2 ) ，消除了安全隐患，见 图 3 － 1。 表 1 不均匀分配系数参照表

二排桩 1． 2 0． 8

三排桩 1． 3 1 0． 7

四排桩 1． 4 1． 15 0． 85 0． 6

五排桩 1． 6 1． 2 1 0． 7 0． 5

六排桩 1． 65 1． 35 1． 1 0． 9 0． 6

根据地勘资料: 边坡表层为全风化泥岩: 灰黄色、青 灰色，原岩组织结构全部被破坏， 可见风化残余结 构，土石工程分级为Ⅲ级，厚 0 ～ 2m; 下伏强风化泥 岩，黄灰色，泥质结构，裂隙节理极发育，岩石风化 程度高，土石工程分级Ⅳ级，厚 13 ～ 17m。坡体按规 范要求采用圆弧型滑动计算下滑力。 3. 1 配筋计算

( 1) 滑体

3 3

m m ，饱和重度: 25kN / 天然重度: 23kN /

第六排桩

0． 4

2. 3 计算内容及公式推导

( 1) 单桩配筋计算 滑动面处截面钢筋计算公式如下:

Asi = η( k) ×

E n － en

× l

n × f v

( 2) 滑带土抗剪强度

天然抗剪强度: C = 20kPa，φ = 23. 0° 饱和抗剪强度: C = 14kPa，φ = 18. 8° 计算得出 En = 200kN / m，en = 50kN / m，

k 取 1. 35，fv = 120n·mm － 2 ，根据边坡距民房的 距离，设置 3 排微型桩，第一排 η 取 1. 3，l 取 2m。

得出 A1 = 1462. 5mm ，取 3 根 28 钢筋。为了保 证每个桩受力更均匀，桩顶采用钢筋混凝土连系梁连

2

式中: Asi 为第 i 排桩的钢筋截面面积，η 为不均匀系 数，k 为安全系数，En 为第一排桩处滑坡推力水平分 力，en 为最后一排桩处滑体抗滑力的水平分力，n 为 微型桩排数，l 为微型桩间距。

( 2) 桩长计算

158 2013 年 5 期( 总第 101 期) 3. 3 工后检测

该工点路基开挖边坡后，屋 边 出 现 贯 穿 性 的 裂 缝，在确定微型桩方案并实施后，历时 7 个月，经历 了 雨 季 的 考 验， 裂缝未有扩大的 迹 象， 加 固 效 果 良好。

4 结论

( 1) 微型桩的抗滑机理，主要依靠滑面处钢筋的 抗剪 ( 抗拉) 力进行设计，混凝土主要起到防腐及增 加与土体的粘结力作用。

( 2) 对岩质滑坡，微型桩群的受力较均匀，各排 受力基本相当; 对土质、土石混填滑坡，第一排受力 最大，以后逐排受力减小。

( 3) 建议滑体较薄时在微型桩顶设置系梁，一方 面可使微型桩各排受力及变形更均匀，还将避免微型 桩受荷段由于粘结力不足而滑脱失效的情况。

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2

接 ( 见图 3) ，同时将二、三排桩，也按第一排配筋。 3. 2 桩长计算

取 K = 2. 2， fy = 280MPa， A = 1847. 4mm ， D = 150mm，qt = 180kPa，qs = 2400kPa，ξ = 0. 6。

代入 ( 1) 式，得出 L = 13. 4m;

代入 ( 2) 式，得出 L = 2. 6m;

嵌固段 取 13. 4m，受 荷 段 5. 6m，微 型 桩 的 桩 长 为 19m。

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