作者:成永刚
众所周知,抗滑桩的设计需要从地质与结构两方面考虑,而桩周地质体所能提供的锚固能力对双排桩布置形式具有关键性的影响。而地层所能提供的锚固能力,在理论计算中忽略掉桩体两侧摩阻力的条件下,主要取决于桩前地层的锚固力。一旦桩前地层所提供的抗力不足,就极易导致抗滑桩出现过大的位移变形,甚至造成桩体倾斜度过大而报废,这也是目前工程实践中抗滑桩病害的主要形式。
图1 桩前岩土体抗力不足时出现的八字形压剪裂缝
图2 抗滑桩锚固力不足导致桩体倾倒
在工程中建设中,由于坡体所需要平衡的坡体下滑力(土压力)较大,而单排抗滑桩的抗力较小需设置双排桩时,目前最为常见的设置形式为双排桩前、后对齐和桩顶设置连系梁的矩形布置形式。那么,这种设置形式一定是最优的吗?答案是否定的。
图3 桩排矩形布置示意图
众所周知,在相关规范、手册中,为便于工程应用,将抗滑桩在水平推力的作用下的复杂的空间问题简化为平面问题考虑。即桩前正面的计算宽度的假定,矩形桩Bp=b+1,圆形桩Bp=0.9(d+1)(b为矩形抗滑桩正面宽度,d 为圆形抗滑桩直径)。下面以矩形桩为例,对双排桩不同布置形式的优劣进行分析。1、桩前岩土体的有效应用方面在合理的横向桩间距为5~8m(若桩径的3~4倍宽度)条件下,当前、后双排桩的间距较近时,如果采用前、后排桩对齐的桩排矩形布置,就可能会出现前、后排抗滑桩共用同一块桩前岩土体抗力的情况,而这对于双排桩的锚固力来说是相当不利的。因为,双排桩的矩形布置虽然有效提高了抗滑桩在结构方面的抗力要求,但却由于忽视了抗滑桩对地层锚固力的需求,从而导致双排桩的抗力可能没有实质性的提高。这在双排桩的最合理布置间距为3~6倍桩径的条件下,由于前、后桩之间距离较小,尤其是地质体性质较差而地层锚固能力较弱的情况下,这种双排桩共用桩前同一块岩土体抗力的问题就显得尤为突出。
图4 桩排矩形布置桩前计算宽度示意图
因此,在有效提高双排桩的结构抗滑能力同时,为有效提高桩前地层对双排桩锚固能力,工程中更宜采用双排桩的梅花形布置形式。即前、后排桩错位布置,桩顶采用筏板连接的布置形式。
图5 桩排梅花形布置示意图
因为,在合理的横向桩间距为5~8m(若桩径的3~4倍宽度)条件下,当前、后双排桩的间距较近时,将前、后排桩采用错位的梅花形布置时,将最大幅度的避免前、后两排抗滑桩共同桩前同一块岩土体抗力的情况,或者说尽量实现前、后排桩各自利用桩前不同岩土体抗力的有利情况。而这对于双排桩布置的地质方面因素是相当有利的,从而确保了双排桩的布置不但可有效提高抗滑桩结构方面的抗滑能力,也同时有效提高了抗滑桩地质方面的锚固能力。
图6 桩排梅花形布置桩前计算宽度示意图
2、双排桩先后施工时对地层的扰动方面当前、后双排桩的间距较近时,如果采用前、后排桩对齐的桩排矩形布置,则在抗滑桩施工的过程中,前期施工完成的桩前地层更易受到后期施工桩体时的扰动,从而可能降低抗滑桩的岩土体锚固能力,这是非常不利于抗滑桩稳定性的。反之,当前、后双排桩的间距较近时,将前、后排桩采用错位的梅花形布置时,将最大幅度的避免前、后排桩施工时的相互干扰,也就最大幅度的降低了后期桩体施工时对前期桩体周边岩土体锚固能力的影响。
3、双排桩顶的连续构件施作方面为有效协调双排桩体系中的前、后排桩受力,往往需在前、后排桩的顶设置连结构件。
对于前、后排桩对齐的双排桩矩形布置形式,则往往采用截面为矩形的连系梁进行连接。这在施工过程中需要以单根梁体进行支模和钢筋绑扎,施工难度相对较大。且往往由于梁体截面相对较大而需对桩头所在的场地进行较大规模的开挖,工程规模也就相对较大。
对于前、后排桩错位的双排桩梅花形布置时,则可以采用筏板形式进行连接。这在施工过程时就可以在面积较大场地中进行钢筋绑扎和混凝土浇注,这无疑对施工来说是相当方便的。且筏板厚度相对较小,故往往对桩头所在的场地进行小规模的开挖就可实现工程施作。
4、其他方面
前、后排桩错位的双排桩梅花形布置时,其桩顶的连接筏板往往可以作为道路进行使用,这是桩顶采用梁式连接所不具备的优势。
综上,双排桩的布置的布置采用矩形布置,抑或是梅花形布置,主要取决于抗滑桩所在地质条件和施工时对地层锚固能力的相互影响,并需兼顾现场施工的便捷性和其他因素共同决定。但总体来说,双排桩的布置宜尽量采用梅花形布置为佳。