重庆地质灾害防治工程设计标准(DBJ50/T-029-2019)有这样的规定:抗滑桩宜设置在滑面较平缓的地段。下面谈谈对这一规定的理解。
1.对抗滑桩设置在滑面较平缓地段的要求用的助动词是“宜”,意思是优先考虑这样做,也允许基于某种原因不这样做。
2.治理滑坡的通常目标是使之稳定,除支挡结构本身对变形的限制外,对滑坡体变形没有特别要求。上述规定是针对通常目标做出的。当滑坡体上有建筑物时,为使地基变形不超出限值,有时需要将抗滑桩设置在建筑物的前侧或后侧,或者在建筑物的前侧或后侧增设抗滑桩从而增加支挡级数。
3.抗滑桩设置在滑面平缓地段的主要好处是抗滑桩截面尺寸相对较小,原因是需要抗滑桩提供的支挡力相对较小:
一方面,抗滑桩设置在滑面平缓地段时,其提供的支挡力方向与滑面或者说滑向基本平行,从而能使支挡效果接近最佳。因为抗滑桩提供的支挡力为水平方向或接近水平方向,其平行滑面逆滑向的分力直接发挥抗滑作用,其在滑面法向上的分力则需通过与滑面摩擦系数相乘才能发挥抗滑作用,而滑面摩擦系数远远小于1,所以,支挡力方向与滑面或者说滑向夹角越大,支挡效果越差;反过来说,支挡力方向与滑面或者说滑向夹角越小,支挡效果越好。
另一方面,滑面平缓地段常常是抗滑段,当滑面平缓地段是抗滑段时,抗滑桩设置在滑面平缓地段能保证抗滑段的抗滑作用得到利用,无论桩前是否有抗滑段的组成部分。
4.抗滑桩设置在滑面平缓地段和设置在抗滑段是不完全相同的。滑面反倾且倾角较大地段也是抗滑段,但在滑面反倾且倾角较大地段设置抗滑桩不如在滑面平缓地段,因为:在滑面反倾且倾角较大地段,抗滑桩提供的水平支挡力,其在滑面法向上的分力为绝对值较大的负值,从而明显降低滑面摩擦力,因而这个方向的分力对抗滑是不利的。虽然滑面平缓地段常常是抗滑段,但因平缓不等于水平,而滑面强度参数有时极低,所以滑面平缓地段不一定是抗滑段。
5.关于抗滑段和促滑段,有几点值得注意:
(1)直线形滑面滑坡只有促滑段和抗滑段中的一种,滑面较陡时可能是促滑段,滑面较缓时可能是抗滑段,只有抗滑段的滑坡之所以能滑动,是因为后缘陡倾裂隙和滑面水压力的促滑作用。
(2)非直线形滑面的长滑坡可能有多个促滑段和多个抗滑段。
(3)促滑段和抗滑段的有无和范围不是一成不变的,可以随工况和防治等级变化,例如:地震力、水压力、地面附加荷载、受地形和降雨影响的滑体重力、受水影响的滑面强度参数、稳定安全系数都因工况的不同而不同,稳定安全系数还因防治等级的不同而不同,而它们的不同都可能导致促滑段和抗滑段的有无和范围发生变化。但滑面平缓地段是不变的,除非这个地段上的滑体消失或缩短。
6.昨日,有岩土界朋友问我:有个知名专家说将抗滑桩设置在抗滑段可以有效利用桩前抗力,这话对不对?我的回答是:不对。当我们把抗滑桩设置在抗滑段末端时,不存在桩前抗力,何来对桩前抗力的有效利用呢?
7.这位朋友还问我:这个知名专家说桩前抗力由桩前岩土压力和桩前滑体抗滑力构成,这话对不对?我的回答是:不对。
第一,桩前滑体抗滑力的提法不正确。桩前滑体不仅有抗滑力,还有滑动力。这位专家说的可能是剩余抗滑力。
第二,桩前岩土压力的提法不明确,岩土压力有主动、静止和被动之分。这位专家说的可能是被动岩土压力。
第三,桩前被动岩土压力和桩前滑体剩余抗滑力并非共同组成桩前抗力,它们只能二选一且只能选其中较小值。
第四,桩前被动岩土压力和桩前滑体剩余抗滑力都不能充当桩前抗力,桩前抗力应用按稳定性公式反算法计算,详见《边坡规范修改建议》一书或公众号《玉述岩土》“用按稳定性公式反算法计算桩前滑体抗力”一文。
8.这位朋友又问我:这个知名专家说抗滑桩设置在抗滑段可减小从桩后促滑段(原文为“主滑段”)传递而来的滑动力,因为根据传递系数公式
可知,上级滑坡单元传递于下级滑坡单元的作用力与滑面倾角密切相关,两者滑面夹角越大,上级滑坡单元传递于下级滑坡单元的作用力越小,这话对不对?我的回答是:不对。
(1)上述传递系数公式是采用传递系数法之抗滑力调整法(即所谓隐式解法)计算处于极限平衡状态滑坡时所用的传递系数公式,也是采用传递系数法之滑动力调整法(即所谓显式解法)所用的传递系数公式,但滑坡一般不处于极限平衡状态,需要用抗滑桩支挡的滑坡不可能处于极限平衡状态,而传递系数法之滑动力调整法是错误的应当废除的条分法,因此,上述传递系数公式不能用,当想用传递系数法的传递系数公式时,应该将上式中的滑面摩擦系数除以稳定系数Fs或稳定安全系数Fst。
(2)条分法由很多种,不同的条分法有不同的传递系数,有的条分法还没有传递系数(例如瑞典法和简化毕晓普法)。相邻条块之间的作用力是随滑面倾角差增大而减小的剩余滑动力,这只是传递系数法的条间力假定,不代表真实情况就是如此。所以,用传递系数法的传递系数来解释缺乏说服力。
(3)非直线形滑面滑坡中,滑面倾角变化大的地方一般在促滑段特别是后部,而抗滑段除滑面反倾且倾角较大地段之外滑面倾角变化较小,按这位专家的逻辑,抗滑段尤其是其中的平缓地段并不是抗滑桩的首选之地。因此,这位专家的分析是自相矛盾的。
(4)抗滑桩设置在常常是抗滑段的滑面平缓地段能使抗滑桩截面尺寸相对较小的原因,还是如本文第3点所述。