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摘要：钢管排桩以其施工简便、工期短、适用性强、造价合理的优势，在边坡加固及滑坡治理中逐步得到推广应用，因此本文对钢管排桩岩土设计及在边坡加固中的应用进行了分析。
关键词：钢管排桩；岩土设计；边坡加固；应用
钢管排桩是指布置多排直径小于300mm、长细比大于50的钢管桩，桩顶设置连系梁，利用桩土相互作用构成的复合承载支护体系，在边坡加固、滑坡治理中得到应用[1]。这种桩体插入钢管即能承载，不像一般微型桩群、抗滑桩那样需要一定的固结时间，但它的理论研究滞后于工程实践，桩体设计也多采用经验法[2]。有鉴于此，本文对钢管排桩岩土设计及在边坡加固中的应用进行了分析。
1钢管排桩的岩土设计
1.1边坡破坏模式
从钢管排桩加固边坡试验情况来看，加固失败的破坏模式分为整体破坏、局部破坏和单桩破坏。整体破坏主要发生在滑面附近剪切变形破坏，表现为破坏范围内群桩桩身弯曲，并在桩身上有多条斜向裂纹。局部破坏发生在局部桩间土松散区域，在滑体下滑力作用下，桩间岩土溜出，反映出桩间距偏大；或者滑面附近局部区域内若干钢管桩发生剪切破坏或过大变形。单桩破坏主要是滑面附近的单桩受到剪切破坏。通过上面情况可以看出，桩体受到过大剪力或弯矩作用会发生剪切破坏，这可能由于受拉排桩的锚固段提供的拉力不够，桩体被拔出而使整体失效；或者受压排桩桩顶连系梁受到过大作用力而造成压杆失稳破坏。
1.2设计计算方法
钢管排桩作用机理复杂，计算方法尚无明确统一，目前主要采用三种方法，即按普通抗滑桩的计算法、等效法与数值计算法[3]。按普通抗滑桩的计算基于被动桩的桩土相互作用理论，因桩布置稀疏，荷载主要由桩承担，桩与土不能看作一个整体，可采用压力法或位移法进行计算。压力法将钢管桩看成横向弹性地基梁来分析，利用温克尔地基模型研究桩的挠度曲线，进而求得桩身不同截面的弯矩、剪力及变形。位移法将无桩时土体自由侧向位移分布叠加到桩体位移上，再计算桩体侧向土压力、内力分布，然后通过p-y曲线法分析桩的变形及弯矩沿桩身的变化。等效法适于桩间距较小、桩-土构成整体共同承担荷载的情形，计算时可将该整体等效为一般挡土结构，可采用钢筋混凝土梁法、加筋土挡墙法、等效截面法、等效刚度法等进行计算。钢筋混凝土梁法将地基土看成混凝土，钢管桩看成钢筋，属于半经验半理论法，根据桩、土之间的关系又分为不考虑桩土粘结、考虑桩土完全粘结、考虑桩土部分粘结几种情况。加筋土挡墙法将钢管桩看成地基中的加筋，桩土复合结构看成加筋土挡墙，再按受力模式计算内、外力。等效截面法将钢管排桩视为柔性挡墙，再按变形相等原则等效截面，然后根据挡土墙计算方法进行设计验算。等效刚度法以抗弯刚度相等原则将钢管排桩等效为一定厚度的地下连续墙，再按地下连续墙计算理论进行设计计算。数值计算法分为有限单元法和有限差分法。有限单元法又分为传统桩土本构有限元法和复合本构有限元法。有限差分法用于解决有限元程序无法模拟的复杂工程问题，以小变形本构关系求解大变形问题。
1.3设计计算流程
首先，调查边坡或滑坡的性质、范围和厚度，分析稳定性与发展趋势等。然后根据地形、地质、施工条件等因素确定排桩位置、支挡范围等。第三，分析钢管排桩的适用性，如果不合适应选择其他支挡结构或加入预应力锚杆等进行强化。第四，计算滑坡推力。可根据滑坡地质横断面及滑面处的岩土抗剪指标通过传递系数法获得。第五，根据滑坡推力及地形、地质条件，拟定钢管排桩结构形式、锚固深度、桩间距、桩排距等。一般情况下，取桩间距（8～10）d，桩排距（5～10）d，锚固深度（1/3～2/5）L，其中d为桩径，L为桩长。第六，合理拆分排桩组合结构，确定计算单元。第七，设定桩土相互作用，计算排桩分担的荷载，确定内力计算模型。考虑合理布桩情况下，桩、土荷载分担比为0.8：0.2，一、二、三排桩荷载分担比为1：0.7：0.6。第八，根据边界条件，计算单桩变形、内力，并确定最大变形、内力的位置。第九，验算排桩支护体系整体稳定性、单桩强度、各排桩强度。第十，根据计算结果绘制设计图。
2钢管排桩在边坡加固中的应用
2.1项目概况
滑坡体位于丘陵山区，地貌为前缓后陡斜坡，前部坡度约25°，在坡面上有多条冲沟发育。滑坡体长250m，前缘宽200m，后缘宽100m，平均厚度5.0m。滑坡体树木均向外倾斜，与主滑方向（240°）一致。场地分布着冲洪积粉质黏土和泥岩。土体重度19.0kN/m3，内摩擦角12.0°，粘聚力10.0kPa，被动土压力调整系数1.0。
2.2滑坡推力计算
采用传递系数法将滑坡体从滑动面上分为6部分，从上至下的第1块到第6块下滑力（单位：kN）分别为229、473、686、362、413、284。根据本项目特点，采用钢管排桩治理滑坡，并将其设置在第4～5块之间，折算水平分力为290kN。计算单元取1m宽。
2.3拟定钢管桩尺寸
钢管桩选用直径200mm热轧无缝钢管，注浆采用水灰比0.45：1、强度C25的水泥砂浆。桩长取12m，桩间距取1.6m，设置3排桩，梅花形布置，桩排距取1.0m，锚固深度为4m。桩顶设连系梁，并覆盖30cm种植土。
2.4钢管桩内力计算
假定钢管排桩支挡结构受到滑坡水平推力为矩形分布均布荷载，并由3排钢管桩平均分配，则每排钢管桩上受到的荷载为96.7kN。按最不利因素考虑，每米钢管桩3根，计算每根桩分配荷载为32.2kN。然后计算钢管桩内力，从深度0～12m，间隔1m，分别计算位移、剪力和弯矩。通过计算结果可知，最大位移出现在桩顶，位移达32mm；最大剪力出现在滑动面处，达56kPa；最大正弯矩出现在桩顶，为35kN•m；最大负弯矩出现在锚固处，为-60kN•m。
2.5钢管排桩加固结构验算
验算整体抗滑稳定性。组合桩结构抗剪力=631kN，式中为每米钢管桩数量，为钢管抗剪强度（对Q235钢=125MPa），为钢管截面积。滑面抗剪强度由滑面与桩共同承担，滑体自身产生的抗剪能力=894kN，其中滑面倾角=26°，倾角差≈1°，滑面长度=30m。钢管排桩组合结构稳定系数=1.64>1.25，故满足安全性要求。
验算滑面处整体抗剪力。按最不利原则由钢管排桩承担全部滑坡推力，=631kN>362kN，故满足安全性要求。
验算单排桩抗剪力。计算单排桩抗剪力=210kN，而根据一、二、三排桩荷载分担比为1：0.7：0.6，有362/（1+0.7+0.6）=157kN，因210kN>157kN，故满足安全性要求。
3结语
传统边坡加固与滑坡治理方法以重力式挡墙和抗滑桩为主，但它们各有不足，重力式挡墙不适于坡高超过8m、缺少石材、地形复杂场合，抗滑桩造价过高，钢管排桩可以克服这些不足，所以近年来应用渐广，但因为理论滞后于实践，影响到该新技术更大范围的推广，所以应加强技术研究，以便更好地服务岩土工程。
参考文献：
[1]向波，庄卫林，何云勇，等.小直径钢管排桩水平极限承载力现场试验研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2015，34（1）：78-83.
[2]何云勇.一种小直径钢管抗滑排桩结构内力计算方法[J].西南公路，2014（3）：50-54.
[3]乌青松，贺行良，姜大伟.结合微型钢管桩的深基坑嵌岩式排桩支护应用研究[J].岩土工程技术，2017，31（6）：271-273.