边坡工程中抗滑桩合理桩间距的探讨

土石坝加固问题!

第26卷2004年第1期1月

岩土工程学报

ChineseJournalofGeotechnicalEngineering

Vol.26No.1Jan.，2004

边坡工程中抗滑桩合理桩间距的探讨

DiscussiononrationaIspacingbetweenadjacentanti-sIidepiIes

insomecuttingsIopeprojects

周德培，肖世国，夏

摘

雄

610031）

（西南交通大学土木工程学院，四川成都

要：在对边坡工程中抗滑桩间土拱效应分析的基础上，提出应以桩间静力平衡条件、跨中截面强度条件以及拱脚处截面强度条

件共同控制来确定桩间距。得到了较为合理的桩间距的计算公式，定量地说明了在其它因素不变的情况下，桩间距随桩后土体粘聚力或内摩擦角的增大而增大，却随着桩后坡体推力的增大而减小。最后以工程实例说明了桩间距的计算过程，并得到了比较合理的计算结果。

关键词：抗滑桩；桩间距；边坡；土拱中图分类号：TU473.1

文献标识码：A

文章编号：（2004）1000-454801-0132-04

作者简介：周德培（1948-），男，教授，博导，从事岩土体大变形及生态护坡方面的研究工作。

ZHOUDe-pei，XIAOShi-guo，XIAXiong

（CivilEngineeringSchoolofSouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China）

Abstract：Basedontheanalysisofsoilarcheffectbetweenadjacentanti-slidepilesinsomecuttingslopeprojects，somecontrolconditionsarepro-videdtocalculaterationalspacingbetweenadjacentpiles.Theseconditionsarestaticequilibriumequationbetweenslopethrustonthesoilarchandresistanceonitstwoendsectionsnearthetwopiles，intensityprincipleofthepointatinternaledgeofmedialcross-sectionofthesoilarchandin-tensityconditionoftwoendsectionsofthesoilarch.Therationalcalculationformulaofspacingbetweenadjacentpilesisgot.Accordingtotheformula，itisquantitativelyshownthatthespacingisincreasingwithincreaseofcohesionorinternalfrictionangleofsoilbehindpilesanddecreas-ingwithincreaseofslopethrustbehindpileswhileothereffectivefactorsarenotvarying.Intheend，thecalculationprocedureofspacingbetweenadjacentpilesisillustratedbyapracticalprojectandtheresultisrational.Keywords：anti-slidepile；spacingbetweenadjacentpiles；cuttingslope；soilarch

0引言*1土拱效应分析

在边坡工程中，当抗滑桩施工完成后，在抗滑桩阻

抗滑桩是边坡支挡工程中常用的一种结构物，桩间距是抗滑桩设计时的一个重要指标，桩间距过大可能会造成抗滑作用失效，桩间距过小又易造成投资增加，所以合理的桩间距问题是一个重要的工程问题。一般从技术经济角度来说，应该在保证坡体安全的条件下尽可能选择大的桩间距。关于桩间距的计算，目与［2］根据抗滑前的研究中主要有以下特点：文献［1］桩两侧摩阻力之和不小于桩间滑坡推力这一主导思想建立了桩间距的计算公式，但未考虑土拱的强度条件；文献［3］则主要根据土拱的强度条件建立了桩间距的计算方法，却未考虑桩两侧摩阻力与滑坡推力之间的静力平衡条件；文献［4］根据大、小主应力理论建立了基坑支护中桩间距的计算方法，但把桩间土拱假定成圆弧曲线又显得不太合理。鉴于以往研究中问题之所在，本文将从抛物线形土拱效应分析出发，综合考虑土拱强度条件和桩间静力平衡条件来建立桩间距的合理计算方法，以使其更加符合工程实际。

碍坡体位移而使自身产生变形的同时，相邻桩之间的土体有向坡体外侧移动的趋势。在桩前土体开挖完成后，这种趋势就会进一步地发展。由于抗滑桩的横向位移小于坡体的横向位移，造成桩后局部范围内的土体不断挤压桩体而产生不均匀的土压力，桩间的部分土体因受桩体约束作用的不同而产生不同程度的剥落。在靠近桩体处的剥落较少，而在远离桩体处的剥落较大，即在相邻两桩之间的不同位置有不同的位移。在设桩处位移较小，在两桩中间位移较大。在这种情况下就会引起桩间土体与桩后土体抗剪能力的发挥而

［5］

，即形成土拱效应，在土体中形成所谓的“楔紧”作用

以限制桩间土体的滑出，并将桩后坡体压力传递到两侧桩上，此时相邻的两桩起到了拱脚的作用。桩间土拱效应示意简图（俯视图）如图1所示。由于桩后坡体在一定高度范围内自上而下均有土拱效应，但对于桩

2003-01-06*收稿日期：

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体作用最直接且最有意义的则为桩体在滑面以上范围内的土拱，即土拱在桩顶及其以下的部分应为主要的研究对象，所以这里就取这一部分的土拱进行分析并

建立计算模型。

10B2

）（），/1+

512Ak12

（4）

其中，k1=ln［（k0-4A）（］，/k0+4A）k2=k1+8Ak0，所

而k=

。一般而言，值比较接近于1，

0λ以为简化计算，

可以近似取λ=1。

土石坝加固问题!

134岩土工程学报2004年

2ccos，σM=-φ

将式（6）代入式（7），即得

（7）

最后，根据S=t/B，得出土拱跨度S（桩间净距）

的表达式为

（1sincb），（15）-αφ于是相邻两桩中心间距L=S+b。

式（15）定量地反映了桩后土体的强度参数以及桩

S=

后坡体推力与桩间净距的关系。从式（15）可以看出，桩间净距S直接受桩后土体的抗剪强度参数c、φ及桩

在其它因素不变的情况下，桩间后坡体推力q的影响，

净距S随桩后土体粘聚力c或内摩擦角的增大而增

Fx2ccos。（8）=

-φ

（3）在桩间距设置合理的情况下，在同一桩体后侧的局部区域内（桩顶及其以下附近范围内），相邻两侧

［3］的土拱会在此处形成三角形受压区，如图3所示。因此，应该保证该三角形受压区能正常发挥效用而不

被破坏，即此处应该满足强度条件。

具体地说，这时在截面DE上根据莫尔-库仑强度准则应有

Tcos（α+β）=c t 1+Tsin（α+β）tanφ，

（9）式中T为作用于截面DE上的合力，T=

α为截面DE与水平方向的夹角，β为合

力T与水平方向的夹角。

这样，根据上述3个主要控制条件，就可以较为合理地确定桩间距。2.3

计算过程

首先，将式（2）（，3）代入式（5），（8），并考虑到取λ=（1在公式推导过程中，

为便于一般性的分析，可先以的形式推导，

最后再近似取λ=1以简化分析，其详细过程这里就不赘述，而直接给出简化后的结果，下同），经整理后可得联立方程组：

q =2ccos-，

φ

（10）

1=tan+2cB/q。

解式（10）

可得{

A=

1+sinφ，

（11B=

q 1sin）+φ

。其次，将式（2）（，3）（，11）代入式（9），整理后得

cos（α+β）-sin（α+β）tanφ

=

（12）

解式（12）可求得α+β。

再次，由图3可得

tanβ=Fy

=4A，

（13）

xt=

b

α

，（14）式中b为桩正面宽度。

于是，在由式（13）求出β之后，根据式（12）的解就可以算得α，进而可以由式（14）算出拱圈厚度t。

φ大，却随着桩后坡体推力q的增大而减小。

应该注意的是，在上述分析过程中，对土拱作了沿桩长均匀分布（按桩顶处土拱分析）的假定，但实际上桩后土拱效应是由上（桩顶处）向下逐渐减小的，所以实际的桩后土拱平均厚度比假定情况下的小。因此，假定的情况在一定程度上夸大了土拱效应，从而假定与实际之间存在一定的误差。根据S=t/B及式（11）可知，在其它条件不变的情况下，S随t的减小而减小，于是实际的桩间距应比根据假定计算的小，即计算的桩间距偏大。从另一角度说，由于假定情况是采用桩顶处土拱分析的，而此处土拱又为整个桩后土拱效应中拱圈与拱厚最大的部分，所以假定条件下计算的桩间距实际上是桩间距的上限值，即实际采用的桩间净距不能超过按式（15）计算的桩间净距。在实际应用时，为安全起见，可以对式（15）计算的桩间净距除以适当的安全系数而作为实际采用的桩间净距，该安全系

数可参考文献［6］中对坡体整体稳定系数的要求而适当取值，建议取为1.3～1.5。

3工程实例

京珠高速公路粤境北段某工点碎石土高边坡的最

下一级边坡采用了悬臂式抗滑桩结构支挡坡体，测得桩后碎石土体的粘聚力c=80kPa，内摩擦角φ=30º。

桩截面正面宽度b=2m，侧面宽度a=3m，桩全长h=18m，

悬臂段长度h1=8m。经用传递系数法算得在上面部分坡体用预应力锚索地梁结构加固完成后桩后的坡体推力p=560kN/m。下面按前述方法确定抗滑桩的桩间距L。

作用于单位高度土拱上的桩后坡体线分布压力为q，q=p/h1×1=560/8×1=70kN/m，将其它相关参数代入式（10）中，解此方程组得A=0.2165，B=

0.1458；

根据式（12）算得α+β=49.1º；根据式（13）算得β=40.9º，于是得α=8.2º；由式（14）得拱圈厚度t

=1.010m。土拱跨度S=t/B=6.926m，为安全起见，取安全系数为1.5，则可得有一定安全储备的桩间

λ

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净距为4.617m，桩中心间距L=S/1.5+b=6.617

实际工程中为简化操作并偏于安全可取桩中心间m，距为6m。

理中设置抗滑桩时参考。参考文献：

［1］王成华，陈永波，林立相.抗滑桩间土拱特性及最大桩间距

4结语

分析［J］（6）：.山地学报，2001，19556-559.

［2］王士川，陈立新.抗滑桩间距的下限解［J］.工业建筑，1997，

（10）：2732-36.

［3］常保平.抗滑桩的桩间土拱和临界间距问题探讨［A］.见：

滑坡文集（第十三集）［C］中国铁道出版社，.北京：1998.73-78.

［4］胡敏云.深基坑桩排式支护桩侧土压力及设计方法研究

［D］西南交通大学，.成都：1998.45-83.

［5］吴子树.土拱的形成机理及存在条件的探讨［J］.成都科技

大学学报，，2）：1995（15-19.

［6］铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册———路基

［M］中国铁道出版社，.北京：1995.8-12.

在边坡工程中，确定抗滑桩的桩间距时宜采用桩间静力平衡条件与土拱跨中及拱脚处截面的强度条件来共同控制，如此才能较好地考虑若干最不利状况的组合，以使计算结果更加符合工程实际。可按本文中式（15）来计算桩间净距的上限值，在此基础上再除以适当的安全系数而作为实际的桩间净距，计算结果较为合理。一般而言，在其它因素不变的情况下，桩间净距随桩后土体粘聚力或内摩擦角的增大而增大，却随着桩后坡体推力的增大而减小。本文提出的计算方法只是建立在一定假设基础上一种确定抗滑桩间距的方法，主要针对开挖边坡工程情况，但也可以作为滑坡治

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（摘自中国科学技术信息研究所2002年度中国科技论文统计结果）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bna1.html