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摘要：本文介绍了边坡抗滑桩的主要类型，分析了抗滑桩的设计方法与设计程序，并结合工程案例讨论了抗滑桩设计应用。
关键词：边坡；抗滑桩；设计
边坡在自然界和工程建设中无处不在，当有临空面出现就可能形成边坡。对于边坡来说，最大的问题是稳定性，边坡失稳可能产生滑坡，而滑坡与地震和火山并称为三大地质灾害。治理边坡有很多办法，抗滑桩就是其中最常用的一种方法。工程上一般将穿过滑坡体并深入滑床用以稳定滑坡体的桩柱称之为抗滑桩。抗滑桩具有施工安全、适应性强、抗滑效果好等特点，因而成为治理滑坡的主要措施之一。抗滑桩在滑坡体内除了受到来自滑坡体变形或移动所产生的荷载作用以外，并不会直接承受其他荷载作用，这是它与一般地基工程中的桩基最大的分别，所以抗滑桩也被称为被动桩。抗滑桩的受力状况不取决于外来荷载，而是与岩土体共同构成比较复杂的受力体系。尽管抗滑桩已在工程上获得大量成功应用，但并不意味着抗滑桩机理已经非常清楚了，由于人们无法确切计算抗滑桩的实际受力情况，导致设计和计算往往过于保守[1]，因此抗滑桩的研究一直很热门。本文结合工程实例对抗滑桩的设计方法进行了一些探讨。
1 抗滑桩的分类
抗滑桩分类方法有多种，按照桩前滑坡体是否保持稳定，可分为悬臂式桩和埋入式桩两种，前者是指桩前滑坡体不能提供足够的抗力，在桩后坡体推动下可能发生滑动；后者桩前岩土体可提供足够抗力，使桩体受力条件得到改善。若依施工方式分类，抗滑桩可分为打入桩、钻孔桩和挖孔桩三类。根据抗滑桩截面形状，可分为圆形桩、矩形桩和管形桩。按照使用材料区分，抗滑桩可分为钢筋混凝土桩、钢桩和木桩。按照桩体受到滑坡推力的变形程度，分为刚性桩和弹性桩两类，刚性桩受到滑坡推力时即使桩体位置发生改变，但桩体轴线不发生弯曲；而弹性桩的桩体位置和桩体轴线都会发生变化。根据桩体结构形式，抗滑桩分为单排桩、品字形排桩、承台式桩、排架桩、微型锚杆桩等多种。
2 抗滑桩的设计方法
2.1 主要设计方法
抗滑桩设计就是在满足坡体稳定、桩身稳定、桩基与桩侧稳定的基础上，合理确定抗滑桩的桩位以及间距、尺寸、埋深、材料、配筋（钢筋混凝土抗滑桩）、施工要求等。但要确定这些内容并非易事，因为桩-滑体-滑床之间的相互作用极为复杂，目前主要采用以下三类方法[1，2]：（1）理论分析方法，即通过建立数学模型或物理模型来研究土体侧向移动对抗滑桩的影响；（2）数值模拟方法，利用有限元、有限差分等方法建立模型来模拟桩-土的作用机制，如桩身变形、内力分布以及桩周土体应力、变形等情况；（3）试验研究，采用缩小的物理模型、离心试验等直观地研究桩-土作用机制以及抗滑桩的工作性能。在上述三种方法中，理论分析方法应用最广，它与边坡稳定分析相配合可以较为方便地得到计算结果，这种方法将桩周土视为线弹性介质，应用弹性地基梁的计算原理进行计算，例如压力法、位移法、悬臂桩法、地基系数法（k法、m法、c法、mk法、双参数法等）、矩阵分析法和有限元法等。在我国应用最多的是悬臂桩法和地基系数法，两者的区别在于悬臂桩法只是将滑动面以下的锚固段视为弹性地基梁，而将滑动面以上的受荷段看作悬臂梁，但地基系数法将整根桩都作为弹性地基梁处理。随着计算机技术的迅猛发展，大容量计算已不成问题，所以数值模拟方法发展势头良好，受到较高关注的方法是基于强度折减的技术，如有限元、有限差分法等，但这种方法仍以较为单纯的土坡为主，对于复杂荷载条件下的岩土边坡不易模拟[2]。试验研究方法是理论分析、数值模拟方法的基础，但通常周期较长、研究费用较高，而且缩小的模型放大后与现场实际岩土环境仍可能存在差异，所以实际应用受到一定限制。
2.2 设计程序
2.2.1 滑坡成因和状态分析
发生滑坡总有一定的原因，通过现场调查和实地勘察可以分析出滑坡的具体原因。降雨、地震和人类活动都可能是引发滑坡的因素，但降雨和人类活动引起的滑坡更为常见，而且这两种因素往往交织在一起共同触发滑坡，例如公路、水利、采矿工程适逢持续暴雨极易导致滑坡[3-5]。滑坡性质、范围、厚度、发展状态以及滑动面也需要分析确定。滑坡未发展成形时滑动面可能不易确认，需要通过综合分析来确定，例如深孔测斜观察、塌孔与渗水深度、软弱夹层位置、抗滑桩挖桩记录等。
2.2.2 滑坡治理方案优选
确认了滑坡原因、状态，再根据滑坡工程地质条件，可以拟定若干治理方案。抗滑桩是容易想到的方案，但可能不是唯一的方案，例如预应力锚索架梁也可能是其中一个方案，还可以将两者结合起来作为一个方案；另外如前所述，抗滑桩类型很多，所以采用抗滑桩也可以不止一个方案。有多个方案时，就需要通过比较选出最佳一个或最符合设计目标那个。在满足安全性的前提下，经济性往往可能成为方案的决定性因素。传统的极限平衡法、塑性极限分析法、滑移线场法等都存在一些不足，例如无法分析边坡破坏过程、边坡变形情况、土体内部应力-应变关系等，因而也难以综合判断各方案的优劣，在这种情况下数值模拟方法可以发挥重要作用。
2.2.3 抗滑桩方案的完善
实际上，在进行各种方案比较时，主要设计参数已经确定了，如桩位、桩长、嵌固深度、桩间距与截面尺寸等，确定抗滑桩方案后还要进行结构设计和构造设计，以细化配筋和构造要求。按照规范要求，还要绘制桩身剪力图和弯矩图。下面通过一个工程实例来说明抗滑桩设计方法应用。
4 抗滑桩设计应用
4.1 工程概况
某滑坡体前缘有厂房和一条公路，后缘自然坡度约15°～40°。经现场调查发现，滑坡体前缘已坍塌，滑塌周界清晰，而后缘已开裂，并且开裂长度达300m。滑塌体积超过3万m3，滑裂体积超过80万m3。
4.2 原因分析
由于滑坡区域断裂构造发育，山体破碎程度较高，岩性軟弱且易于风化，而滑床正处于强风化片麻岩层，受持续降雨影响，雨水下渗到该层内积聚饱和，诱发了滑坡现象。 4.3 滑坡治理方案
根据工程地质条件，设定滑坡安全系数为0.95～1.05，推算出滑坡面土体参数 =27.0kPa， =25.5°。然后采用不平衡推力法及圆弧滑动M-P法进行稳定性分析，确定以持久设计工况剩余下滑力2724 kPa进行设计。再根据工程特点，拟定了抗滑桩、预应力锚索+格构两个方案。经过比较，由于滑坡稳定性差且坡体厚度大、坡度陡，下滑力较大，预应力锚索+格构方案难以满足要求，所以选用抗滑桩方案。
4.4 设计计算
由于滑坡下盘岩体为强风化基岩，故以k法计算抗滑桩内力。按相关规范，地基系数 取0.25×106kPa/m3，设桩截面为2.5m×3.7m，桩长为19m。用 判别桩的性质。其中 为桩正面计算宽度，本例取3.5m； 为弹模，本例采用C30混凝土，故取3.0×107 kPa； 为桩截面惯性矩，本例为10.55m4。由于 =0.1621， >1，所以应按弹性桩进行设计。桩身内力按 计算。式中 为弹性桩刚度矩阵； 、 分别为滑坡面以下土体的初始弹性刚度矩阵和弹性刚度矩阵； 、 分别为抗滑桩位移矩阵与荷载矩阵。本例抗滑桩桩顶最大变形112mm<175mm（桩顶位移），故满足桩顶位移要求。桩身作用于围岩的侧向应力由 计算。式中 为水平方向岩石允许承载力换算系数，本例取0.5； 为折减系数，本例取0.4； 为岩石单轴抗压极限强度，本例为15MPa，故求得 3MPa。本例抗滑桩最大侧向压应力2.57 MPa<3MPa，故满足基础应力要求。再根据相关规范和抗滑桩内力进行配筋计算，其中桩顶变形按桩长0.5%控制，纵向受拉钢筋数量以弯矩图分段确定，并根据局部荷载大小调整配筋量。图1～图4为抗滑桩内力计算简图。
5 结语
抗滑桩与挡墙、锚杆、格构锚固等边坡加固体系相比，具有适应性强、抗滑能力好、施工安全等优势，因而在滑坡治理中获得广泛应用。但因桩-土作用的复杂性，抗滑桩设计方法尚不够成熟，为了更好地使设计服务于工程实践，本文对相关问题进行了探讨，以供相互切磋借鉴。
参考文献：
[1] 戴俊辉，郭海庆，朱有奇. 抗滑桩加固边坡中桩要素设计的三维有限元分析[J]. 河南科学，2013，31 （10）：1680-1685.
[2] 年廷凯，徐海洋，刘红帅. 抗滑桩加固边坡三维数值分析中的几个问题[J]. 岩土力学，2012，33（8）：2521-2526，2535.
[3] 趙尚毅，郑颖人，王永甫，等. 全长和埋人式组合抗滑桩在挖断村滑坡中的应用[J]. 后勤工程学院学报，2014，30（2）：1-7.
[4] 高文信. 抗滑桩在某滑坡治理中的应用研究[J]. 云南地质，2014，33（2）：264-267.
关键词：边坡；抗滑桩；设计
边坡在自然界和工程建设中无处不在，当有临空面出现就可能形成边坡。对于边坡来说，最大的问题是稳定性，边坡失稳可能产生滑坡，而滑坡与地震和火山并称为三大地质灾害。治理边坡有很多办法，抗滑桩就是其中最常用的一种方法。工程上一般将穿过滑坡体并深入滑床用以稳定滑坡体的桩柱称之为抗滑桩。抗滑桩具有施工安全、适应性强、抗滑效果好等特点，因而成为治理滑坡的主要措施之一。抗滑桩在滑坡体内除了受到来自滑坡体变形或移动所产生的荷载作用以外，并不会直接承受其他荷载作用，这是它与一般地基工程中的桩基最大的分别，所以抗滑桩也被称为被动桩。抗滑桩的受力状况不取决于外来荷载，而是与岩土体共同构成比较复杂的受力体系。尽管抗滑桩已在工程上获得大量成功应用，但并不意味着抗滑桩机理已经非常清楚了，由于人们无法确切计算抗滑桩的实际受力情况，导致设计和计算往往过于保守[1]，因此抗滑桩的研究一直很热门。本文结合工程实例对抗滑桩的设计方法进行了一些探讨。
1 抗滑桩的分类
抗滑桩分类方法有多种，按照桩前滑坡体是否保持稳定，可分为悬臂式桩和埋入式桩两种，前者是指桩前滑坡体不能提供足够的抗力，在桩后坡体推动下可能发生滑动；后者桩前岩土体可提供足够抗力，使桩体受力条件得到改善。若依施工方式分类，抗滑桩可分为打入桩、钻孔桩和挖孔桩三类。根据抗滑桩截面形状，可分为圆形桩、矩形桩和管形桩。按照使用材料区分，抗滑桩可分为钢筋混凝土桩、钢桩和木桩。按照桩体受到滑坡推力的变形程度，分为刚性桩和弹性桩两类，刚性桩受到滑坡推力时即使桩体位置发生改变，但桩体轴线不发生弯曲；而弹性桩的桩体位置和桩体轴线都会发生变化。根据桩体结构形式，抗滑桩分为单排桩、品字形排桩、承台式桩、排架桩、微型锚杆桩等多种。
2 抗滑桩的设计方法
2.1 主要设计方法
抗滑桩设计就是在满足坡体稳定、桩身稳定、桩基与桩侧稳定的基础上，合理确定抗滑桩的桩位以及间距、尺寸、埋深、材料、配筋（钢筋混凝土抗滑桩）、施工要求等。但要确定这些内容并非易事，因为桩-滑体-滑床之间的相互作用极为复杂，目前主要采用以下三类方法[1，2]：（1）理论分析方法，即通过建立数学模型或物理模型来研究土体侧向移动对抗滑桩的影响；（2）数值模拟方法，利用有限元、有限差分等方法建立模型来模拟桩-土的作用机制，如桩身变形、内力分布以及桩周土体应力、变形等情况；（3）试验研究，采用缩小的物理模型、离心试验等直观地研究桩-土作用机制以及抗滑桩的工作性能。在上述三种方法中，理论分析方法应用最广，它与边坡稳定分析相配合可以较为方便地得到计算结果，这种方法将桩周土视为线弹性介质，应用弹性地基梁的计算原理进行计算，例如压力法、位移法、悬臂桩法、地基系数法（k法、m法、c法、mk法、双参数法等）、矩阵分析法和有限元法等。在我国应用最多的是悬臂桩法和地基系数法，两者的区别在于悬臂桩法只是将滑动面以下的锚固段视为弹性地基梁，而将滑动面以上的受荷段看作悬臂梁，但地基系数法将整根桩都作为弹性地基梁处理。随着计算机技术的迅猛发展，大容量计算已不成问题，所以数值模拟方法发展势头良好，受到较高关注的方法是基于强度折减的技术，如有限元、有限差分法等，但这种方法仍以较为单纯的土坡为主，对于复杂荷载条件下的岩土边坡不易模拟[2]。试验研究方法是理论分析、数值模拟方法的基础，但通常周期较长、研究费用较高，而且缩小的模型放大后与现场实际岩土环境仍可能存在差异，所以实际应用受到一定限制。
2.2 设计程序
2.2.1 滑坡成因和状态分析
发生滑坡总有一定的原因，通过现场调查和实地勘察可以分析出滑坡的具体原因。降雨、地震和人类活动都可能是引发滑坡的因素，但降雨和人类活动引起的滑坡更为常见，而且这两种因素往往交织在一起共同触发滑坡，例如公路、水利、采矿工程适逢持续暴雨极易导致滑坡[3-5]。滑坡性质、范围、厚度、发展状态以及滑动面也需要分析确定。滑坡未发展成形时滑动面可能不易确认，需要通过综合分析来确定，例如深孔测斜观察、塌孔与渗水深度、软弱夹层位置、抗滑桩挖桩记录等。
2.2.2 滑坡治理方案优选
确认了滑坡原因、状态，再根据滑坡工程地质条件，可以拟定若干治理方案。抗滑桩是容易想到的方案，但可能不是唯一的方案，例如预应力锚索架梁也可能是其中一个方案，还可以将两者结合起来作为一个方案；另外如前所述，抗滑桩类型很多，所以采用抗滑桩也可以不止一个方案。有多个方案时，就需要通过比较选出最佳一个或最符合设计目标那个。在满足安全性的前提下，经济性往往可能成为方案的决定性因素。传统的极限平衡法、塑性极限分析法、滑移线场法等都存在一些不足，例如无法分析边坡破坏过程、边坡变形情况、土体内部应力-应变关系等，因而也难以综合判断各方案的优劣，在这种情况下数值模拟方法可以发挥重要作用。
2.2.3 抗滑桩方案的完善
实际上，在进行各种方案比较时，主要设计参数已经确定了，如桩位、桩长、嵌固深度、桩间距与截面尺寸等，确定抗滑桩方案后还要进行结构设计和构造设计，以细化配筋和构造要求。按照规范要求，还要绘制桩身剪力图和弯矩图。下面通过一个工程实例来说明抗滑桩设计方法应用。
4 抗滑桩设计应用
4.1 工程概况
某滑坡体前缘有厂房和一条公路，后缘自然坡度约15°～40°。经现场调查发现，滑坡体前缘已坍塌，滑塌周界清晰，而后缘已开裂，并且开裂长度达300m。滑塌体积超过3万m3，滑裂体积超过80万m3。
4.2 原因分析
由于滑坡区域断裂构造发育，山体破碎程度较高，岩性軟弱且易于风化，而滑床正处于强风化片麻岩层，受持续降雨影响，雨水下渗到该层内积聚饱和，诱发了滑坡现象。 4.3 滑坡治理方案
根据工程地质条件，设定滑坡安全系数为0.95～1.05，推算出滑坡面土体参数 =27.0kPa， =25.5°。然后采用不平衡推力法及圆弧滑动M-P法进行稳定性分析，确定以持久设计工况剩余下滑力2724 kPa进行设计。再根据工程特点，拟定了抗滑桩、预应力锚索+格构两个方案。经过比较，由于滑坡稳定性差且坡体厚度大、坡度陡，下滑力较大，预应力锚索+格构方案难以满足要求，所以选用抗滑桩方案。
4.4 设计计算
由于滑坡下盘岩体为强风化基岩，故以k法计算抗滑桩内力。按相关规范，地基系数 取0.25×106kPa/m3，设桩截面为2.5m×3.7m，桩长为19m。用 判别桩的性质。其中 为桩正面计算宽度，本例取3.5m； 为弹模，本例采用C30混凝土，故取3.0×107 kPa； 为桩截面惯性矩，本例为10.55m4。由于 =0.1621， >1，所以应按弹性桩进行设计。桩身内力按 计算。式中 为弹性桩刚度矩阵； 、 分别为滑坡面以下土体的初始弹性刚度矩阵和弹性刚度矩阵； 、 分别为抗滑桩位移矩阵与荷载矩阵。本例抗滑桩桩顶最大变形112mm<175mm（桩顶位移），故满足桩顶位移要求。桩身作用于围岩的侧向应力由 计算。式中 为水平方向岩石允许承载力换算系数，本例取0.5； 为折减系数，本例取0.4； 为岩石单轴抗压极限强度，本例为15MPa，故求得 3MPa。本例抗滑桩最大侧向压应力2.57 MPa<3MPa，故满足基础应力要求。再根据相关规范和抗滑桩内力进行配筋计算，其中桩顶变形按桩长0.5%控制，纵向受拉钢筋数量以弯矩图分段确定，并根据局部荷载大小调整配筋量。图1～图4为抗滑桩内力计算简图。
5 结语
抗滑桩与挡墙、锚杆、格构锚固等边坡加固体系相比，具有适应性强、抗滑能力好、施工安全等优势，因而在滑坡治理中获得广泛应用。但因桩-土作用的复杂性，抗滑桩设计方法尚不够成熟，为了更好地使设计服务于工程实践，本文对相关问题进行了探讨，以供相互切磋借鉴。
参考文献：
[1] 戴俊辉，郭海庆，朱有奇. 抗滑桩加固边坡中桩要素设计的三维有限元分析[J]. 河南科学，2013，31 （10）：1680-1685.
[2] 年廷凯，徐海洋，刘红帅. 抗滑桩加固边坡三维数值分析中的几个问题[J]. 岩土力学，2012，33（8）：2521-2526，2535.
[3] 趙尚毅，郑颖人，王永甫，等. 全长和埋人式组合抗滑桩在挖断村滑坡中的应用[J]. 后勤工程学院学报，2014，30（2）：1-7.
[4] 高文信. 抗滑桩在某滑坡治理中的应用研究[J]. 云南地质，2014，33（2）：264-267.