抗滑桩护壁厚度计算和边坡预应力锚索作用下的护壁抗力分析（假日专题，旧文新读）
昨天有位好朋友问我，有一个坡体在采用锚索框架张拉加固后出现了变形，现需在锚索框架所在边坡的后部平台设置抗滑桩进行支挡。但对高预应力锚索作用下，抗滑桩护壁开挖是否会存在“压溃变形”存在疑问。基于此，笔者对“抗滑桩护壁厚度计算和边坡预应力锚索作用下的护壁抗力”进行分析，从而方便工程技术人员的实践应用。
为便于工程实践中的应用，本次分析计算在各个环节均尽量采用“不利”工况。
一、抗滑桩护壁厚度计算
1、计算模型
由于岩质边坡的稳定性明显好于土质或类土质边坡，甚至有的岩质坡体中有时为节约成本而不设置护壁。为便于工程实践中的应用，故本次抗滑桩护壁厚度的计算采用相对不利的土质或类土质介质。
分段现浇钢筋混凝土护壁厚度取受力最大处计算，即地下最深段护壁所承受的土压力和水压力。设护壁厚度为d，按下列公式计算
d≥KPL/2fc
孔中无地下水:P=γHtan2(45°-φ/2)
孔中有地下水:P=γHtan2(45°-φ/2)+（γ-γw）(H-h) tan2(45°-φ/2)+ (H-h)γw
式中：K-安全系数，取1.65；P-土和水对护壁的总压力（N/m2）；L--抗滑桩长边（m）；γ-土体重度（KN/m3）；γw-水重度（KN/m3）；H-抗滑桩深度（m）；h-地下水埋深（m）；fc-钢筋混凝土轴心抗压强度设计值（MPa）
2、抗滑桩护壁厚度计算案例
设计抗滑桩截面为2.0×3.0m，桩长30m，护壁采用C20钢筋混凝土，每节开挖高度为1.0m，土体重度取22 KN/m3，土体内摩擦角取20°，地下水位于地面下20m处。
则抗滑桩护壁所受最大压应力为桩深30m处，护壁所受总压力为：
P=γHtan2(45°-φ/2)+（γ-γw）(H-h) tan2(45°-φ/2)+ (H-h)γw
=22×30×tan2(45°-20°/2)+(22-10) ×(30-20) ×tan2(45°-20°/2)+(30-20) ×10
=323.6+58.8+100
=482.4(Kpa)
代入d≥KPL/2fc=（1.65×482.4×3.0）/(2×9.6×1000)=12.4（cm）
即桩长30.0m的抗滑桩护壁理论上取12.4cm的厚度是可以抵抗外界压力的，但考虑到结构要求，一般要求护壁厚度不小于20cm。
二、边坡预应力锚索作用下的护壁抗力分析
1、计算模型
1）由于岩质边坡的稳定性明显较土质或类土质边坡好，为便于工程实践中的应用，故本次边坡采用相对不利的土质或类土质介质。
2）一般情况下，采用台阶形开挖的土质或类土质边坡多采用1:0.75、1:1、1:1.25、1:1.5等坡率开挖。为便于工程实践中的应用，本次边坡采用相对不利的1:0.75坡率进行分析，并取每级边坡高度为10.0m。
3）笔者曾经做设计人员时，依据弹性地基梁对框架、地梁、锚墩或十字梁在不同地层岩土体性质条件下，不同锚索预应力作用下的结构进行了计算和配筋。故本次只取计算结论（在笔者工作过的广东省公路设计院作为标准图广泛应用，且在国内有些部院、省院和地方院中也对笔者的标准图有着较广泛的参考应用，工程实践中应用效果良好）。
一般情况下，在较密实的土质或类土质边坡中，当框架截面为50×50cm时，锚索拉力不宜大于650KN，当框架截面为40×40cm时，锚索拉力不宜大于450KN……
2、案例分析
本次分析计算取框架截面为50×50cm时，锚索拉力不宜大于650KN的框架进行分析。其计算模型和立面与断面结构如下图：
取抗滑桩截面为2.0×3.0m，护壁采用C20钢筋混凝土。由于土质坡体中抗滑桩护壁不小于20cm，护壁锁口盘宽度不小于100cm。本次取分别取最小值20cm和100cm。
取锚索框架上部对抗滑桩护壁影响最大的锚索为计算节点，且为取最不利工况，忽略了锚索框架节点扩大面积，忽略框架形成的“墙式效应”，只考虑框架梁体的受力面积。
则坡面所受的压力为P=F/S
式中：P-坡面所受压力（KPa）；F-锚索设计拉力（KN）；S—框架梁与坡面接触面积（m2）。
由此，计算框架截面为50×50cm，锚索拉力为650KN时：
P=F/S=650/[(2.5+3.75/2+1.5+1.5)×0.5]=650/(7.4×0.5)=176.3（KPa）
在考虑坡面与抗滑桩之间的土体边坡垫层效应（本次取最不利厚度100+20=120cm），则锚索压应力传至护壁处的压力为：
P/=F/S/= F/(S+2×Z×tanθ)
式中：Z-上部锚索所在坡面距护壁的厚度（m），本次计算取最小值1.2m；θ-压力扩散角（°）（本次计算取相对小值23°）。
由此得出锚索压应力传至护壁处的压力为：
P/=F/S/=F/(S+2×Z×tanθ)=650/(3.7+2×1.2×tan23°)=650/4.7=138（KPa）
而这对于最小厚度为20cm的钢筋混凝土来说，安全储备是完全足够的（参考本次分析应用的抗滑桩护壁厚度计算案例）。
基于此，在本算例中各项参数均取不利工况的前提下，正常使用条件下的锚索预应力是不影响其后部抗滑桩护壁的稳定性问题，可以放心使用。
但需要说明的是，抗滑桩的布设开挖应尽量避开锚索工程，防止开挖过程中的高预应力造成生产事故，也可防止抗滑桩开挖造成锚索预应力损失。当是，这是另外一个讨论对象了。
同样，该护壁计算也适用于其他如集水井等的开挖护壁设置。