摘要
抗滑桩是工程实践中常用的边坡或滑坡加固措施之一，但其所加固的边坡或滑坡有时存在滑床地层侧向承载力不足的问题，对于桩体受荷段前侧临空的边坡尤甚。目前在工程实践中主要通过增大桩身截面积、增长桩体嵌固段深度、桩体受荷段增设锚杆或预应力锚索、对滑床进行地基处理等手段对之予以改善，常常增加了施工难度与工程造价。为更加合理地解决普通抗滑桩可能存在的嵌固段顶部滑床水平抗力不足的问题，本文提出了一种嵌固段顶部拓宽型单排抗滑桩结构（简称拓宽型桩），即在桩体的嵌固段顶端以下一定深度内对桩体截面进行局部拓宽，增大嵌固段顶部侧面与滑床的接触面积，以减小桩体对滑床地层的水平作用力。针对此抗滑桩结构，采用悬臂梁分析模型、Winkler弹性地基梁理论、数值模拟等多种手段，研究了桩体加固坡体作用特征、嵌固段地层反力、桩身结构内力与位移以及拓宽桩的结构型式优化等问题，取得的主要研究成果如下： （1）揭示了嵌固段顶部拓宽型抗滑桩加固作用机制。 在受荷段承受侧向坡体压力荷载并向下部地层传递过程中，通过嵌固段顶部局部拓宽，扩大了该部位与滑床地层的接触面积，从而减小了滑床顶部地层反力（通常为滑床地层受力的最不利部位），具有应力扩散效果，减小了滑床地层侧向位移与塑性变形，有利于滑床地层的稳定性。与同长度普通桩相比，拓宽型桩的水平位移、嵌固段地层反力、最大弯矩及最大剪力均显著降低；其受荷段可承担更大的侧向坡体压力。 （2）建立了嵌固于不同类型地层的嵌固段顶部拓宽型抗滑桩内力、位移及嵌固段地层反力的理论计算方法。 对于拓宽型抗滑桩，以滑面为界，将桩体分为受荷段与嵌固段，前者采用悬臂梁模型分析，后者采用分段（拓宽段与非拓宽段各分一段）Winkler弹性地基梁模型分析，其间，各分段界面应该满足桩体内力与位移连续性，形成了“受荷段——拓宽段——非拓宽段”的基本3段式拓宽型桩的分析模型。针对单层及多层岩体、单层及多层土体及土岩复合地层等6类典型滑床地层条件，分别推导了桩体位移、内力及嵌固段地层抗力的理论计算公式，并编制了简洁的MATLAB计算程序实现计算求解。实例分析表明，理论计算与数值模拟结果基本一致，二者平均偏差在10.6%以内。 （3）针对滑床为多层岩体、土质地层、土—岩复合地层实例，讨论了拓宽宽度及深度、嵌固深度及桩间距等4个主要设计因素对拓宽型桩内力与位移及滑床地层反力的影响特征。 拓宽宽度、拓宽深度、桩体嵌固深度均与滑床地层水平承载能力呈正相关性，桩间距与滑床地层水平承载能力呈负相关性。随着桩体拓宽宽度及深度的增加，嵌固段前侧地层反力呈非线性减小，但当拓宽宽度达到原桩2倍、拓宽深度超过嵌固段深度40%后，其相对减小幅度较为有限。 拓宽型桩的位移、嵌固段地层反力、最大弯矩及最大剪力均随拓宽宽度的增大而呈非线性减小，且对其位移和地层反力的影响相对较大，对内力影响相对较小。随着拓宽宽度增大，嵌固段桩体最大内力位置缓慢上移。桩间距对拓宽宽度有显著影响。 （4）以滑床顶部地层水平允许承载力为控制条件，基于桩身内力、位移、桩身材料方量等指标，给出了拓宽型桩加固边坡实例的优化设计方案，并阐明了此种抗滑结构的工程适宜性。 实例分析表明，相对于普通抗滑桩，拓宽型桩的桩间距可提高10%，嵌固段深度可减少10%-20%，拓宽深度宜低于嵌固段深度的40%，桩截面可拓宽70%。 拓宽型桩对于桩体受荷段前侧无岩土体（如：路堤或路堑桩板墙结构）或土层较薄容易挖除的情况更具有适用性。因成孔作业略为复杂，此桩体结构可能不适于自稳性很差的坡体。 本文所提出的嵌固段顶部拓宽型抗滑桩结构及其计算分析方法可为实际工程提供指导与参考，具有重要的理论意义与工程应用价值。
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