论文部分内容阅读
孙熙
西南交大峨眉校区 四川乐山 614202
摘要：预应力锚索抗滑桩作为近年来广泛使用的支挡结构，通过锚索提供的锚固力和抗滑桩提供的滑阻力极大的改善了边坡受理情况，阻止了滑体位移。本文通过与常用抗滑桩的对比，突出了预应力抗滑桩的优点。全面介绍了预应力锚索抗滑桩的作用机理和施工方法，并对其今后的发展方向做出展望。
关键词：预应力；锚索；抗滑桩；施工工法；机理；受力
滑坡治理是一项投资巨大、技术复杂、施工危险而艰巨的抗灾工程。我国是一个滑坡灾害相当严重的国家，滑坡在长江流域及云贵川等地分布相当广泛。滑坡时常导致公路、铁路、水利工程等破坏，严重威胁着人民生命、财产的安全。滑坡可以发生在土质边坡，也可以发生在岩质边坡多年来。为确保人民生命财产的安全，保障经济建设的顺利进行，国家在滑坡防治工作上，耗费了大量的人力、物力和财力。
建国后的相当长的一段时间内，我国多用挡土墙来治理滑坡，此种挡土墙的优点是山体破坏少，稳定滑坡收效快。但是据资料统计表明，多数挡土墙在使用中出现了不同程度的开裂、变形和破坏，说明这种结构形式无论从理论和施工方法上，都既不经济也不合理，而且只能治理下滑力不大的中小型滑坡，因此此种方法在很多情况下已经不能满足社会发展的需要。
70年代后期，开始使用抗滑桩治理滑坡，抗滑桩是借助桩与周围岩土共同作用，把滑坡推力传递到稳定地层的一种抗滑结构。这种方法是把桩基嵌入滑床或者破裂体之下，用桩身的抗剪强度阻止滑体滑移，其强度受外部因素的影响较小，而且容易在结构设计方面得到满足。抗滑桩一般适用于非塑体浅层和中厚层滑坡前缘，利用桩基自身的强度和地基抗力共同作用来抵抗滑移或倾覆力矩，具有位置灵活、可分散使用、圬工体积小、开挖面小、破坏滑体较少、施工速度快，并能立即产生抗滑作用等优点，很快在全国推广应用，至今仍在大规模使用。
但随着需要治理的滑坡规模的增大，抗滑桩截面积和长度也越来越大，材料消耗量变的非常庞大，人们便逐渐认识到其结构的缺陷：抗滑桩是大悬臂受力，主要靠滑动面以下的桩身所受的地基反力来平衡滑坡推力，受力机制不合理，需要的桩长截面大，材料消耗多，工程造价昂贵。为了改善抗滑桩的这种受力状况，减小桩截面，缩短悬臂长度，增大抵抗力矩，工程技术人员不断研究新的抗滑结构，经过不断摸索和实践，预应力锚索抗滑桩便逐渐在滑坡治理中得到应用，同时随着炼钢工艺的不断发展，高强度钢材特别是高强度钢绞线的广泛应用，为预应力锚索抗滑桩的推广应用提供了技术和物质保证。
图一.悬臂式抗滑桩受力机理
传统的抗滑桩的工作原理其实是大悬臂受力，用地基抗力、平衡强大的滑坡推力，故又称悬臂式抗滑桩。事实上，桩基承受侧向荷载的能力非常小，只有垂直荷载的1/10～1/13。这是因为两种力对桩产生截然不同的受力机制。在垂直受荷时，桩基能发挥桩壁摩阻力和桩端反力的共同作用，而且还充分利用砼的优良抗压性能；在承受侧向荷载时，桩基是一个受弯构件，而砼的受拉性能非常低。这时强大的滑坡推力往往使桩的直径和配筋大幅增加，且抗滑桩的断面积随着治理滑坡的规模的增大也越来越大，所以在滑体厚度较厚的土层滑坡中，采用悬臂式抗滑桩就不十分经济。另外，从桩的受力机制看，悬臂抗滑桩是被动型的受力状态，施工后在滑坡推力的继续作用下发生位移，桩才能逐渐具备抗滑能力，这对保护滑体上的己有建筑物非常不利。还有，一般悬臂式抗滑桩，设计者只能利用己有资料的参数进行设计，桩的实有抗滑能力却无法确知和直接验证。
2 设计计算方法
早期的抗滑桩的设计主要参照桩基的设计推导演变而来。70年代末以来国内外许多研究者对抗滑桩的设计理论、方法和参数进行了广泛的研究探讨。并结合实际土程进行了现场测试，使得抗滑桩设计理论自80年代初以来逐步完善。随着对抗滑桩研究的重视，建立在理论分析和试验基础上的计算方法，越来越接近于其实际受力状况。
一般悬臂抗滑桩，设计者只能利用已有的资料参数进行设计，桩的实有抗滑能力无法确知和直接验证。预应力锚索抗滑桩由于张拉预应力，它的抗滑能力是确切可知的，这种设计容易做到经济合理、准确可靠。预应力锚索抗滑桩的受力特点类似上端铰支、下端弹性团结或简支的梁式结构，滑坡推力在其上的分布近似矩形，由于桩顶位移需控制在2cm～4cm，因此预应力锚索抗滑桩的计算可采用“变位协调法”。根据桩顶抗滑桩和锚索位移变形协调条件，先确定锚索设计拉力后，把它视为集中力作用在桩上，采用相应公式便可计算出桩身内力，然后即可进行配筋计算。
结语
从预应力锚索抗滑桩的设计计算和工程实践中，得出以下几点体会：
（1）预应力锚索抗滑桩作为一种支挡结构物，技术上具有明显优越性。通过调整锚索作用点位置使得抗滑桩内力分布更趋合理，从而达到节省工程造价的目的。
（2）预应力锚索抗滑桩较普通抗滑桩而言，能承受更大外力，因此它的应用范围更为广泛。
（3）预应力锚索抗滑桩因预应力锚索的约束，使得抗滑桩的变位受到有效控制，从而使桩前土体强度得到充分发挥。
（4）预应力锚索抗滑桩作为一种新型的支挡结构物，其计算理论尚不够成熟，“变位协调法”基于锚索与桩身变位一致，但实际上，地质情况千变万化，施工工艺不尽相同，使得变位计算结果与实际存在较大出入，变位也不一定能很好协调，因此还需要进行深入地研究和探讨。
参考文献：
[1]张敬书 工程抗震与加固改造 第 33 卷第 1 期 2011（2）
[2]薛彦涛 范苏榕 传统抗震加固技术与加固新技术介绍 中国建筑科学院 工程抗震研究所北京 100013
西南交大峨眉校区 四川乐山 614202
摘要：预应力锚索抗滑桩作为近年来广泛使用的支挡结构，通过锚索提供的锚固力和抗滑桩提供的滑阻力极大的改善了边坡受理情况，阻止了滑体位移。本文通过与常用抗滑桩的对比，突出了预应力抗滑桩的优点。全面介绍了预应力锚索抗滑桩的作用机理和施工方法，并对其今后的发展方向做出展望。
关键词：预应力；锚索；抗滑桩；施工工法；机理；受力
滑坡治理是一项投资巨大、技术复杂、施工危险而艰巨的抗灾工程。我国是一个滑坡灾害相当严重的国家，滑坡在长江流域及云贵川等地分布相当广泛。滑坡时常导致公路、铁路、水利工程等破坏，严重威胁着人民生命、财产的安全。滑坡可以发生在土质边坡，也可以发生在岩质边坡多年来。为确保人民生命财产的安全，保障经济建设的顺利进行，国家在滑坡防治工作上，耗费了大量的人力、物力和财力。
建国后的相当长的一段时间内，我国多用挡土墙来治理滑坡，此种挡土墙的优点是山体破坏少，稳定滑坡收效快。但是据资料统计表明，多数挡土墙在使用中出现了不同程度的开裂、变形和破坏，说明这种结构形式无论从理论和施工方法上，都既不经济也不合理，而且只能治理下滑力不大的中小型滑坡，因此此种方法在很多情况下已经不能满足社会发展的需要。
70年代后期，开始使用抗滑桩治理滑坡，抗滑桩是借助桩与周围岩土共同作用，把滑坡推力传递到稳定地层的一种抗滑结构。这种方法是把桩基嵌入滑床或者破裂体之下，用桩身的抗剪强度阻止滑体滑移，其强度受外部因素的影响较小，而且容易在结构设计方面得到满足。抗滑桩一般适用于非塑体浅层和中厚层滑坡前缘，利用桩基自身的强度和地基抗力共同作用来抵抗滑移或倾覆力矩，具有位置灵活、可分散使用、圬工体积小、开挖面小、破坏滑体较少、施工速度快，并能立即产生抗滑作用等优点，很快在全国推广应用，至今仍在大规模使用。
但随着需要治理的滑坡规模的增大，抗滑桩截面积和长度也越来越大，材料消耗量变的非常庞大，人们便逐渐认识到其结构的缺陷：抗滑桩是大悬臂受力，主要靠滑动面以下的桩身所受的地基反力来平衡滑坡推力，受力机制不合理，需要的桩长截面大，材料消耗多，工程造价昂贵。为了改善抗滑桩的这种受力状况，减小桩截面，缩短悬臂长度，增大抵抗力矩，工程技术人员不断研究新的抗滑结构，经过不断摸索和实践，预应力锚索抗滑桩便逐渐在滑坡治理中得到应用，同时随着炼钢工艺的不断发展，高强度钢材特别是高强度钢绞线的广泛应用，为预应力锚索抗滑桩的推广应用提供了技术和物质保证。
图一.悬臂式抗滑桩受力机理
传统的抗滑桩的工作原理其实是大悬臂受力，用地基抗力、平衡强大的滑坡推力，故又称悬臂式抗滑桩。事实上，桩基承受侧向荷载的能力非常小，只有垂直荷载的1/10～1/13。这是因为两种力对桩产生截然不同的受力机制。在垂直受荷时，桩基能发挥桩壁摩阻力和桩端反力的共同作用，而且还充分利用砼的优良抗压性能；在承受侧向荷载时，桩基是一个受弯构件，而砼的受拉性能非常低。这时强大的滑坡推力往往使桩的直径和配筋大幅增加，且抗滑桩的断面积随着治理滑坡的规模的增大也越来越大，所以在滑体厚度较厚的土层滑坡中，采用悬臂式抗滑桩就不十分经济。另外，从桩的受力机制看，悬臂抗滑桩是被动型的受力状态，施工后在滑坡推力的继续作用下发生位移，桩才能逐渐具备抗滑能力，这对保护滑体上的己有建筑物非常不利。还有，一般悬臂式抗滑桩，设计者只能利用己有资料的参数进行设计，桩的实有抗滑能力却无法确知和直接验证。
2 设计计算方法
早期的抗滑桩的设计主要参照桩基的设计推导演变而来。70年代末以来国内外许多研究者对抗滑桩的设计理论、方法和参数进行了广泛的研究探讨。并结合实际土程进行了现场测试，使得抗滑桩设计理论自80年代初以来逐步完善。随着对抗滑桩研究的重视，建立在理论分析和试验基础上的计算方法，越来越接近于其实际受力状况。
一般悬臂抗滑桩，设计者只能利用已有的资料参数进行设计，桩的实有抗滑能力无法确知和直接验证。预应力锚索抗滑桩由于张拉预应力，它的抗滑能力是确切可知的，这种设计容易做到经济合理、准确可靠。预应力锚索抗滑桩的受力特点类似上端铰支、下端弹性团结或简支的梁式结构，滑坡推力在其上的分布近似矩形，由于桩顶位移需控制在2cm～4cm，因此预应力锚索抗滑桩的计算可采用“变位协调法”。根据桩顶抗滑桩和锚索位移变形协调条件，先确定锚索设计拉力后，把它视为集中力作用在桩上，采用相应公式便可计算出桩身内力，然后即可进行配筋计算。
结语
从预应力锚索抗滑桩的设计计算和工程实践中，得出以下几点体会：
（1）预应力锚索抗滑桩作为一种支挡结构物，技术上具有明显优越性。通过调整锚索作用点位置使得抗滑桩内力分布更趋合理，从而达到节省工程造价的目的。
（2）预应力锚索抗滑桩较普通抗滑桩而言，能承受更大外力，因此它的应用范围更为广泛。
（3）预应力锚索抗滑桩因预应力锚索的约束，使得抗滑桩的变位受到有效控制，从而使桩前土体强度得到充分发挥。
（4）预应力锚索抗滑桩作为一种新型的支挡结构物，其计算理论尚不够成熟，“变位协调法”基于锚索与桩身变位一致，但实际上，地质情况千变万化，施工工艺不尽相同，使得变位计算结果与实际存在较大出入，变位也不一定能很好协调，因此还需要进行深入地研究和探讨。
参考文献：
[1]张敬书 工程抗震与加固改造 第 33 卷第 1 期 2011（2）
[2]薛彦涛 范苏榕 传统抗震加固技术与加固新技术介绍 中国建筑科学院 工程抗震研究所北京 100013