抗滑樁作為巖土工程的結構物,受所在坡體的地質條件和工程結構兩方面因素的限制。作為結構物特性來說,抗滑樁受力主要受剪力與彎矩兩方面的控制。
1、在抗滑樁結構物形式中受力條件最好的“工字形”,但由于“工字形”抗滑樁的工挖在工程實踐中存在太大的難度,即可實施性較差。也就是說,即使“工字形”抗滑樁在理論上具有相對較優(yōu)的受力效果,但由于工程的可實施性較差,故在工程實踐中幾乎沒有應用。
當然,如果采用注漿工藝,則可利用注漿管形成多種截面形狀的復合地基抗滑樁,這時,可優(yōu)先選擇“工字形”抗滑樁結構形式。即注漿管作為樁體“主筋”承受樁體的彎矩,注漿形成的復合地基作為樁體剪力抗體進行樁體結構計算分析。此工藝曾多年前申請專利,并在工程實踐中有所應用。
2、除去“工字形”結構,矩形抗滑樁由于其施工方便,結構受力好,故作為抗滑樁的主要形式在工程中廣泛應用。當然,為了獲得更大的結構慣性矩而獲得更大的抗彎能力,以及盡量利用材料的性能使樁體的受壓與受拉側達到最大效果,樁體的長寬邊應有一個較理想的比值。
1 人工挖孔矩形抗滑樁
拋開巖土體地質條件而僅從結構的特性來說,抗滑樁的長邊越大就可獲得越大的慣性矩,也就獲得了更大的結構抗彎能力。但如果樁體長寬比過大,就可能導致樁體抗扭性能大幅下降。因此,工程一般多取矩形抗滑樁的長寬比不宜小于1:1.5。當然,由于抗滑樁屬于巖土工程結構,其受力性能不可避免的要考慮樁周巖土體的性質,即應確?够瑯对跇吨軒r土體的作用下,必須確保樁體的側向承載力滿足相關要求,必須確保樁體的旋轉度,即樁體位移滿足相關要求。這就可以會出現(xiàn)由于樁周巖土體性質的限制,造成矩形抗滑樁的寬度加大或樁身加長,從而通過減小樁前單位面積上的巖土體受力,也就導致了抗滑樁長寬比小于1:1.5的情況出現(xiàn)。
圖2 注漿式矩形抗滑樁
3、圓形抗滑樁僅從結構特性來說,其抗彎性能大幅的弱于矩形抗滑樁。根據筆者的推導,在同等截面、同等配筋率等其它條件相同的情況下,矩形抗滑樁與圓形抗滑樁的抗彎能力比值=1.33h/d(h為矩形抗滑樁的長邊,d為圓形抗滑樁直徑)。換句話說,以截面為2×3m的常用抗滑樁來說,同等條件下的圓形抗滑樁的抗彎能力為其的2/3左右。因此,從結構特性來說,圓形抗滑樁在常見抗滑樁結構形式中受力最差。
圖3 川藏高速公路上的圓形抗滑樁
但進入二十一世紀以來,隨著我國機械設備制造水平的提高,以及我國人力成本和一些特殊環(huán)境條件的限制,圓形抗滑樁的應用比例逐年上升,同時也造成了工程成本的大幅上升。因此,四川仁沐新高速公路公司在施工過程中,于2017年首先開發(fā)應用了機械成孔矩形樁,并取得了良好的效果,并在省內天府機場高速公路等多個項目中成功應用,取得了良好的工程效果。從而在最大化的利用材料性能的基礎上,有效的降低了工程造價。目前來看,國內很多單位逐漸重視機械成孔矩形抗滑樁開發(fā)應用,出現(xiàn)了多種機械工藝?偟膩碚f,該工藝還是受到地層性質、機械設備性能、場地條件等方面的一定限制,但也是一個具有很好發(fā)展前途的工藝。假以時日 ,機械成孔矩形樁會成為我國將來抗滑樁施工的一種主要工藝。
圖4 三種常見的矩形樁機械成孔設備
4、近年來,有些技術人員習慣采用地面以下抗滑樁截面為圓形抗滑樁,地面以上抗滑樁截面采用矩形抗滑樁,這樣做的目的或許是為了方便地面以上的樁間掛板吧!但其實從施工工藝來說,這種做法是沒有必要的。因為地面以上圓形抗滑樁的樁間掛板完全可采用樁后、樁間、樁前等多種形式,這也在川藏高速公路等工程實踐中廣泛應用。對于此,曾有人對筆者說,由于圓形抗滑樁的樁后掛板時不可避免的會使板與樁接觸的部位由于受力面積為“一個點”,必然會造成樁體受壓破壞。在此,筆者說巖土工程是一門很“土”的學科,也就是說不會出現(xiàn)圓形抗滑樁與掛板“點”狀接觸的情況,畢竟要達到“奇點”式的圓是多么的難,尤其是對于巖土工程的現(xiàn)場施工,不可能也沒有必要將圓形抗滑樁做至“極圓”。
當然,如果確有技術人員將地面以下抗滑樁截面為圓形抗滑樁,地面以上抗滑樁截面采用矩形抗滑樁,則應盡量避免在滑面部位進行接樁。且在工程接樁時應鑿毛下部圓樁截面,并進行有效植筋,從而將“圓、矩”接觸面進行最大化的“擬合”。
此外,需要說明的是,由于矩形抗滑樁與圓形抗滑樁存在較大的抗彎差距,故應根據不同截面的結構換算,可使上部的矩形抗滑樁“嵌套”于圓形抗滑樁,而不必設置過大截面的矩形抗滑樁。
以上筆者主要從抗滑樁結構受力方面對不同截面抗滑樁受力進行了綜述,但考慮到抗滑樁巖土工程的屬性,故抗滑樁的設計、計算是在滿足合理地質模型基礎上的設計與計算,切忌僅從結構方面考慮問題。否則忽視地質條件而單純考慮抗滑樁結構就會出現(xiàn)工程實踐中常見抗滑樁傾倒破壞病害。畢竟巖土工程是地質工程與結構工程的綜合體,兩方面不可有任何偏頗。