張錄斌，王仁鵬，劉 劍

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州730010）

0 引 言

微型鋼管樁一般指樁體主要由壓力灌注的水泥（砂）漿或混凝土與鋼管組成的外徑小于300 mm，長細比＞30的灌入式或插入式鋼管樁[1]。由于其施工快捷、安全、經(jīng)濟性好，在邊（滑）坡?lián)岆U、應(yīng)急工程工具有廣泛應(yīng)用，并逐步在邊（滑）坡加固中作為永久支護結(jié)構(gòu)而得到應(yīng)用。目前，國內(nèi)外在微型樁組合結(jié)構(gòu)的室內(nèi)試驗、現(xiàn)場監(jiān)測、內(nèi)力及變形計算取得了較多研究成果，并形成了一定的計算方法。但是作為邊坡支護結(jié)構(gòu)，一直未形成共識，分歧主要表現(xiàn)在如何考慮樁-土相互作用下的復(fù)合承載理論[2]。鑒于微型鋼管抗滑樁支擋作用機理不明確，工程實踐中的設(shè)計方法和理論多依賴于經(jīng)驗，或按現(xiàn)有樁基設(shè)計方法進行設(shè)計計算，阻礙了微型鋼管樁的推廣應(yīng)用。

1 等效法基本原理

等效法將微型鋼管組合抗滑樁群與巖土體視作一個柔性抗滑擋墻[3]，考慮整個結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。意大利一般把微型群樁按加強土體的抗剪性來考慮，而日本則將微型群樁視布置方式按受壓和受拉兩類加固方式考慮。首先初擬微型樁的布置，然后按布置方式按受拉加固或受壓加固進行驗算[4]。計算基準面處的微型樁加固體的等效換算截面積及等效換算截面慣性矩，按照材料力學(xué)方法計算基準面處微型樁加固體上作用的最大應(yīng)力。外部穩(wěn)定性（滑動、傾覆和失穩(wěn)）可按常規(guī)的方法計算。其計算方法有兩種：其一是假定滑動面不通過微型樁加固體；其二是按微型樁的抗剪力進行計算，其內(nèi)部穩(wěn)定可通過一個假定面進行計算[5]。

2 微型鋼管組合樁加固邊（滑）坡設(shè)計步驟

多排微型鋼管組合抗滑樁的設(shè)計計算是一個十分復(fù)雜的問題，目前尚未形成綜合考慮各種影響因素的統(tǒng)一設(shè)計方法。本文總結(jié)了基于等效法多排微型鋼管組合抗滑樁的設(shè)計計算步驟[6]：

（1）查明滑坡體形成的原因、性質(zhì)、范圍、厚度、分析其穩(wěn)定狀態(tài)、發(fā)展趨勢；

（2）結(jié)合現(xiàn)場地形、地質(zhì)及施工條件等綜合確定微型鋼管樁的布設(shè)范圍和位置；

（3）根據(jù)地勘報告，合理確定滑坡地質(zhì)剖面、滑動帶巖土體的抗剪強度、基巖情況等相關(guān)計算參數(shù)；

（4）根據(jù)滑坡地質(zhì)剖面及滑動面巖土體的抗剪強度指標，按傳遞系數(shù)法計算滑坡推力，根據(jù)樁前邊坡的穩(wěn)定性等最不利情況，確定是否考慮樁前邊坡支撐抗力；

（5）確定樁身材料及排數(shù)，初步選定樁徑、壁厚和樁間距，然后按照微型鋼管組合結(jié)構(gòu)進行極限承載力計算，若滑坡推力大于結(jié)構(gòu)極限抗力，則應(yīng)調(diào)整樁的截面尺寸或樁的間距，重新計算，直到計算的結(jié)構(gòu)極限抗力大于滑坡推力為止；

（6）按滑面抗剪計算微型鋼管樁的總數(shù)；

（7）按鋼筋混凝土梁或板設(shè)計樁頂連系梁；

（8）計算樁身內(nèi)力，若作用于地基的彈性應(yīng)力超過地層容許值或作用于微型鋼管樁材料上的應(yīng)力值超過其材料設(shè)計值時，則應(yīng)調(diào)整樁的截面尺寸或樁的間距，重新返回（5）計算，直到符合要求為止；

（9）計算微型鋼管樁錨固長度，確定微型鋼管樁設(shè)計樁長；

（10）有需要時應(yīng)與有限元計算結(jié)果進行對比分析；

（11）根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算成果，繪制設(shè)計圖紙。

為節(jié)約篇幅，微型鋼管組合抗滑樁設(shè)計計算公式結(jié)合算例給出。

3 微型鋼管組合樁設(shè)計計算算例

某邊坡根據(jù)開挖后揭露出的工程地質(zhì)條件，擬采用微型鋼管樁組合結(jié)構(gòu)對邊坡滑體進行加固?；嬉陨现饕獮榈谒南等陆y(tǒng)崩坡洪積層，地層主要為含角礫低液限黏土，角礫含量為30%～35%。巖土體力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖土體力學(xué)參數(shù)表

滑體穩(wěn)定安全系數(shù)取Ks=1.25，按傳遞系數(shù)法計算滑坡推力為P=516 kN/m，與水平方向的夾角為35°，則剩余滑坡推力的水平方向的分力為Tx=516×cos35°=423 kN/m，豎向分力為Ty=516×sin35°=296 kN/m。

針對該邊坡施工平臺受限和滑動面的實際情況，采用在第一級平臺上設(shè)置四排微型鋼管抗滑樁進行加固。如圖1和圖2所示，鉆孔直徑D=200 mm，鋼管外徑d=127 mm，壁厚t=8 mm，樁中心間距D1=1.0 m，相鄰微型樁的距離D2=0.8 m，排間距按0.75 m布設(shè)，計算基準面至滑面以上距離L=14 m，土體彈性模量Es=5000 000kPa，漿體材料彈性模量Ec=25 000 000kPa，鋼管彈性模量Eg=206 000 000 kPa。計算基準面取b=1 m為計算單元，布置長度h=2.3 m，每延米微型鋼管樁根數(shù)n=4根。

圖1 微型鋼管樁截面

（1）微型鋼管樁計算簡圖如圖2所示。

圖2 微型鋼管組合抗滑樁等效法計算簡圖

（2）結(jié)構(gòu)抗力計算按下列各式進行。

式中：Rr為結(jié)構(gòu)極限抗力，kN；D1為樁中心間距，m；D2為相鄰微型鋼管樁的距離，m；L為計算基準面至樁頂?shù)木嚯x，m，計算基準面宜取通過抗滑擋墻中和軸與滑面交點的水平面；γ為滑體重度，kN/m3；Kp為被動土壓力系數(shù)；c為滑體沿滑面上的黏聚力，kPa；φ為滑體沿滑面上的內(nèi)摩擦角，°；P為滑坡推力，kN。（3）沿滑面的抗剪計算

P=516 kN＜Rfa=877.184 5 kN，滿足要求。

式中：P為滑坡推力，kN；Rfa為微型鋼管組合抗滑群樁抗滑力，kN；n為每米微型鋼管樁數(shù)量，根；τfa為單樁容許抗剪強度，kN；βa為考慮鋼管彎曲影響的折減系數(shù)；Es、Et分別為土體及微型鋼管樁的彈性模量，kPa；[τg]為鋼管抗剪強度，kPa；Ag為鋼管橫截面積，m2。

（4）微型鋼管樁內(nèi)力計算

假定滑坡推力在受荷段按矩形分布，則：

式中：σR為計算基準面處微型鋼管樁加固體上作用的最大壓應(yīng)力，kPa；Fa為計算基準面處經(jīng)修正后地基承載力特征值，kPa；AR為計算基準面處微型鋼管組合抗滑樁加固體的等效換算截面積，m2；IR為計算基準面處微型鋼管樁加固體的等效截面慣性矩，m4；Ap為微型鋼管樁的等效換算截面積，m2；Ac為微型鋼管樁截面積，m2；n為計算基準面內(nèi)包含的微型鋼管樁樁數(shù)，根；m1為樁與其周圍土的彈性模量比；m2為鋼管與砂漿的彈性模量比；b，h分別為微型鋼管樁布置的單位寬度及長度，m；NR為計算基準面上作用的垂直力，kN；MR為計算基準面上作用的彎矩，kN·m；x為計算基準面中和軸至各個微型鋼管樁的距離，m；y為計算基準面中和軸至基準面邊緣的距離為作用于砂漿上的壓應(yīng)力，kPa；σca為砂漿壓應(yīng)力設(shè)計值，kPa；σsc為作用于鋼管上的壓應(yīng)力，kPa；f's為鋼管抗壓設(shè)計值，kPa。

（5）微型鋼管樁嵌固段長度計算

式中：Lr為微型鋼管樁嵌固段長度，m；Fb為微型鋼管樁抗拔安全系數(shù)，取2.5；D為微型鋼管樁直徑，m；τr為樁與巖土體的粘結(jié)強度設(shè)計值，kPa。

（6）微型鋼管樁設(shè)計樁長

微型鋼管樁樁長La=L+Lr=16.598 7 m，設(shè)計時可按17m樁長設(shè)計。

4 結(jié)語

本文在分析了微型鋼管組合抗滑樁作為柔性抗滑擋墻的作用機理，基于等效法的基本原理，總結(jié)了微型鋼管組合抗滑樁的設(shè)計計算步驟。結(jié)合某工程實例，給出了微型鋼管組合抗滑樁具體設(shè)計計算公式和計算內(nèi)容，可為類似工程的設(shè)計計算提供參考，有利于該支護結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。