抗滑樁作為巖土工程的結(jié)構(gòu)物，受所在坡體的地質(zhì)條件和工程結(jié)構(gòu)兩方面因素的限制。作為結(jié)構(gòu)物特性來(lái)說(shuō)，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(jié)構(gòu)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(shí)踐中存在太大的難度，即可實(shí)施性較差。也就是說(shuō)，即使“工字形”抗滑樁在理論上具有相對(duì)較優(yōu)的受力效果，但由于工程的可實(shí)施性較差，故在工程實(shí)踐中幾乎沒(méi)有應(yīng)用。
當(dāng)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(fù)合地基抗滑樁，這時(shí)，可優(yōu)先選擇“工字形”抗滑樁結(jié)構(gòu)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(fù)合地基作為樁體剪力抗體進(jìn)行樁體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。此工藝曾多年前申請(qǐng)專利，并在工程實(shí)踐中有所應(yīng)用。
2、除去“工字形”結(jié)構(gòu)，矩形抗滑樁由于其施工方便，結(jié)構(gòu)受力好，故作為抗滑樁的主要形式在工程中廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，為了獲得更大的結(jié)構(gòu)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(cè)達(dá)到最大效果，樁體的長(zhǎng)寬邊應(yīng)有一個(gè)較理想的比值。
1 人工挖孔矩形抗滑樁
拋開(kāi)巖土體地質(zhì)條件而僅從結(jié)構(gòu)的特性來(lái)說(shuō)，抗滑樁的長(zhǎng)邊越大就可獲得越大的慣性矩，也就獲得了更大的結(jié)構(gòu)抗彎能力。但如果樁體長(zhǎng)寬比過(guò)大，就可能導(dǎo)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(zhǎng)寬比不宜小于1：1.5。當(dāng)然，由于抗滑樁屬于巖土工程結(jié)構(gòu)，其受力性能不可避免的要考慮樁周巖土體的性質(zhì)，即應(yīng)確?？够瑯对跇吨軒r土體的作用下，必須確保樁體的側(cè)向承載力滿足相關(guān)要求，必須確保樁體的旋轉(zhuǎn)度，即樁體位移滿足相關(guān)要求。這就可以會(huì)出現(xiàn)由于樁周巖土體性質(zhì)的限制，造成矩形抗滑樁的寬度加大或樁身加長(zhǎng)，從而通過(guò)減小樁前單位面積上的巖土體受力，也就導(dǎo)致了抗滑樁長(zhǎng)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(jié)構(gòu)特性來(lái)說(shuō)，其抗彎性能大幅的弱于矩形抗滑樁。根據(jù)筆者的推導(dǎo)，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(zhǎng)邊，d為圓形抗滑樁直徑）。換句話說(shuō)，以截面為2×3m的常用抗滑樁來(lái)說(shuō)，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(jié)構(gòu)特性來(lái)說(shuō)，圓形抗滑樁在常見(jiàn)抗滑樁結(jié)構(gòu)形式中受力最差。
圖3 川藏高速公路上的圓形抗滑樁
但進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)機(jī)械設(shè)備制造水平的提高，以及我國(guó)人力成本和一些特殊環(huán)境條件的限制，圓形抗滑樁的應(yīng)用比例逐年上升，同時(shí)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(guò)程中，于2017年首先開(kāi)發(fā)應(yīng)用了機(jī)械成孔矩形樁，并取得了良好的效果，并在省內(nèi)天府機(jī)場(chǎng)高速公路等多個(gè)項(xiàng)目中成功應(yīng)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(chǔ)上，有效的降低了工程造價(jià)。目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)很多單位逐漸重視機(jī)械成孔矩形抗滑樁開(kāi)發(fā)應(yīng)用，出現(xiàn)了多種機(jī)械工藝?？偟膩?lái)說(shuō)，該工藝還是受到地層性質(zhì)、機(jī)械設(shè)備性能、場(chǎng)地條件等方面的一定限制，但也是一個(gè)具有很好發(fā)展前途的工藝。假以時(shí)日 ，機(jī)械成孔矩形樁會(huì)成為我國(guó)將來(lái)抗滑樁施工的一種主要工藝。
圖4 三種常見(jiàn)的矩形樁機(jī)械成孔設(shè)備
4、近年來(lái)，有些技術(shù)人員習(xí)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(shí)從施工工藝來(lái)說(shuō)，這種做法是沒(méi)有必要的。因?yàn)榈孛嬉陨蠄A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(shí)踐中廣泛應(yīng)用。對(duì)于此，曾有人對(duì)筆者說(shuō)，由于圓形抗滑樁的樁后掛板時(shí)不可避免的會(huì)使板與樁接觸的部位由于受力面積為“一個(gè)點(diǎn)”，必然會(huì)造成樁體受壓破壞。在此，筆者說(shuō)巖土工程是一門(mén)很“土”的學(xué)科，也就是說(shuō)不會(huì)出現(xiàn)圓形抗滑樁與掛板“點(diǎn)”狀接觸的情況，畢竟要達(dá)到“奇點(diǎn)”式的圓是多么的難，尤其是對(duì)于巖土工程的現(xiàn)場(chǎng)施工，不可能也沒(méi)有必要將圓形抗滑樁做至“極圓”。
當(dāng)然，如果確有技術(shù)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(yīng)盡量避免在滑面部位進(jìn)行接樁。且在工程接樁時(shí)應(yīng)鑿毛下部圓樁截面，并進(jìn)行有效植筋，從而將“圓、矩”接觸面進(jìn)行最大化的“擬合”。
此外，需要說(shuō)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(yīng)根據(jù)不同截面的結(jié)構(gòu)換算，可使上部的矩形抗滑樁“嵌套”于圓形抗滑樁，而不必設(shè)置過(guò)大截面的矩形抗滑樁。
以上筆者主要從抗滑樁結(jié)構(gòu)受力方面對(duì)不同截面抗滑樁受力進(jìn)行了綜述，但考慮到抗滑樁巖土工程的屬性，故抗滑樁的設(shè)計(jì)、計(jì)算是在滿足合理地質(zhì)模型基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)與計(jì)算，切忌僅從結(jié)構(gòu)方面考慮問(wèn)題。否則忽視地質(zhì)條件而單純考慮抗滑樁結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)工程實(shí)踐中常見(jiàn)抗滑樁傾倒破壞病害。畢竟巖土工程是地質(zhì)工程與結(jié)構(gòu)工程的綜合體，兩方面不可有任何偏頗。