四、单桩
单桩是早期公路滑坡治理中使用最多的一种抗滑桩形式。当滑坡规模不大时,一般采用排式单桩,即在滑坡的适当部位,每隔一定距离挖掘一竖井,再放置钢筋或型钢,最后灌注混凝上,形成一排或数排的若干单桩。
根据埋入方式和截面是否变化,单桩分为全埋入式等截面抗滑桩、半嵌人式变截面抗滑桩和半嵌入式等截面抗滑桩。
单桩是抗滑桩的基本形式,其特点是结构形式简单,受力和作用明确。但是,当采用普通抗滑桩整治大型滑坡时,存在如下4个方面的问题:
(1)抗滑桩是一个受弯构件,而混凝土的受拉性能非常低。强大的滑坡推力往往使排式单桩的直径和配筋大幅增加,且抗滑桩的横断面积随着治理滑坡的规模的增大也越来越大。所以在滑坡规模较大、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。
(2)由于桩侧岩土侧向容许应力的限制,不得不通过扩大截面或增加桩长来满足桩侧地基承载力的要求。滑面以下埋深达整个桩身的2/5~1/2,从而耗费大量的钢材和水泥,工程造价居高不下。悬臂式抗滑桩结构受力的不合理和造价的不经济等问题随着滑坡规模增大而越显突出。
(3)当滑体较厚、滑坡推力较大时,抗滑需要较大的埋深,给钢筋的布置、混凝土的振捣带来困难,施工进度减慢。同时,如果开挖桩孔深度过大,人员和工程的安全性会降低。
(4)从桩的受力机制看,悬管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的过程中,桩才能逐渐具备抗滑能力,这对保护滑体上的已有建筑物非常不利。
五、排桩
排桩形式常见的有门式桩、排架桩和椅式桩。
门架式双排抗滑桩是在滑坡地段的适当位置设置前、后2排钢筋混凝土桩,并在桩顶用刚性连系梁把前、后2排桩联结起来,形成一种双排支护的空间结构。其断面形状与传统的门框相似,所以称为门架式双排抗滑桩(或形刚架桩)。承受滑坡推力作用后,内桩受拉、外桩受压,其结构形式见图3-6-4。与普通抗滑相比,具有整体刚度大、整体稳定性好、抗倾覆能力强、施工简便等优点。在复杂多变的外荷载作用下,能自动调整结构自身的内力。
排架桩的每一排架由2根竖向桩和2~3根横向梁组成(下横梁采用导坑掘进施工),如图3-6-5所示。排架抗滑刚度大,内受拉,外桩受压,受力条件较排式单桩有明显改善,因而减小了桩的弯矩、锚固深度和桩截面,提高了承载力。
h形抗滑桩作为一种新型的结构形式,不仅能有效克服普通抗滑的不足,还能大幅提高抗滑效能。由于钢筋混凝土连系梁的构造设计,能强化前、后排桩的整体连接,形成双排桩支护结构体系,大大增加结构整体刚度和稳定性,大幅提升抗滑支护能力。
经初步估算,在相同的滑坡推力作用下,h形抗滑桩最大弯矩仅为普通抗滑的1/3,受力性能大为提高,同时增加了施工工作面。h形抗滑桩的悬臂段能降低路堑边坡开挖高度,起到“收坡”的效果(图 3-6-6),且h形抗滑桩增大了桩身侧向刚度,抵抗侧向变形能力增强,起到“固脚”的效果;h形抗滑桩对锚固段桩周地层侧向极限容许承载力要求相对较小,适用范围更广;结构形式使其能承受较大的滑坡推力,具有更加合理的受力分布,降低了防治滑坡的成本。h形抗滑桩由于可以人为调节连系梁的位置,在改善和优化组合结构受力状态的同时,使之适应不同的工程地质环境与施工作业环境,故相对于门架式双排抗滑具有更好的适用性。
椅式桩由内桩、外桩、承台、上墙和拱板五部分组成,如图3-6-7所示。其工作原理为用拱板支承滑坡体,将推力通过内外两桩传至稳定地层。因用刚性承台将内、外联立成框架,转动惯量大,能承受较大的弯矩,而桩壁应力小,在软弱地层更显其优越性。
几种典型抗滑桩的特点和适用条件列入表3-6-2。在实际工程中,应根据滑坡的类型、规模和地质条件以及滑床的岩土状况、施工条件和工期要求选择具体的桩型。