[科普中国]-钢轨桩

钢轨桩是抗滑桩中的一种，是地面岩土工程中常用的一种加固方式，在大型滑坡加固和及大型露天矿边加坡加固时更为常用。在钻孔中放入的钢轨叫做钢轨桩，放入钢管的叫钢管桩。

概念钢轨桩属于抗滑桩中的一种，用于加固地面岩体稳定性。抗滑桩被广泛运用于滑坡防治，是应为它有多种优点，如布置灵活，抗滑效果好。在钻孔中放入钢轨的叫做钢轨桩。

抗滑桩抗滑桩是地面岩土工程中常用的—-种加固处理方法。

在大型滑坡加固及大型露天矿边坡加固时更为常用，特别是大型钢筋混凝土抗滑桩的推广应用，为地面岩体稳定性加固处理提供了—·种有效的手段。抗滑桩之所以广泛应用于滑坡防治，是因为它有很多优点。例如，它的布置灵活，可集中在有利于支挡滑坡的部位，可与其他防治措施联合使用，抗滑效果好，施工简单，与挡墙相比工程量不大，另外，桩孔本身又是一个探井或钻孔，能比较准确地控制潜在滑面的位置．为桩体设计提供可靠的工程地质资料等。在露天矿的浅层或中厚层非塑流性滑坡中，抗滑桩支挡滑坡容易获得良好效果。

抗滑桩按不同分类原则的分类如图1所示。

大断面的钢筋混凝土抗滑桩一般用于土体，松散岩体或碎裂岩体，亦可用于岩石强度较小、岩体比较完整的岩质边坡中；小断面桩是岩质边坡中主要采用的抗滑桩。小断面桩是在钻孔放人钢轨、钢管或柔性结构的钢筋，然后浇注混凝土或进行水泥砂浆的压力灌浆而成。在钻孔中放入钢轨的叫钢轨桩，放入钢管的叫钢管桩，放人事先编制好钢筋笼的叫钢筋混凝土桩。1

钢轨桩的特性钢轨桩设置时，将旧钢轨放置在事先准备好的钻孔中，放置时应使钢轨轨底正对滑坡推力方向(如图2所示)。钢轨置人钻孔以后，需用混凝土或水泥砂浆充填钢轨与孔壁间的空间，使钢轨与混凝土或砂浆以及孔壤岩石联成一体。这样可充分发挥钢轨的抗滑作用并可防止钢轨的锈蚀。钢轨桩适用于滑坡推力不大，岩体较完整的岩质边坡，它比大断面钢筋混凝土抗滑桩有轻便、灵活、便于施工等优点。因此在国内外露天矿滑坡防治工程中广泛应用。1

钢轨桩的受力状况随岩体结构不同，钢轨桩的受力状态也不同。坚硬岩体沿一很薄的滑面滑动时[如图3(a)所示]，抗滑桩主要承受剪切应力；如果岩体沿一层软弱的破碎带或一弱层滑动[如图3(b)所示]，由于在滑面处出现塑性变形，而使桩体承受弯曲产生的拉压应力；如果滑体是松散体或碎裂岩体[如图3(C)所示]，则桩体也是承受弯曲产生的拉压应力。

总的说来，到目前为止，钢轨桩的受力状态还研究得很不够，如钢轨上外力的具体分布至今仍不十分清楚，有待进一步研究分析。1

钢轨桩主要设计参数钢轨桩抗滑力计算原则

如前所述，当岩体坚硬，滑动面很薄时，桩体受剪力较大，可考虑桩体是受剪切，但在一般情况下都是受弯曲的。在计算钢轨桩抗滑力时，一般可结合现场地质情况，有条件时进行现场桩体应力测试、模型试验等，得出桩体的应力状态，分析桩体的受力形式，进而确定按剪切或弯曲条件计算。例如，阜新海州露天煤矿的钢轨桩是按受弯曲来计算的。也有人将钢轨桩视为是弹性地基上的弹性地基梁用连杆法求解桩体内力。必须说明，钢轨桩的设计计算方法目前是不成熟的。在实际工程中，必须结合具体条件分析应用。1

锚固深度和桩长

锚固深度即为桩埋人滑面以下稳定基岩中的深度，它应以桩体在滑坡推力作用下不被拔出以及在桩底不会产生新的滑面为条件。一般情况下，当滑床岩体较完整，强度较大时，锚固深度可取小些。阜新海州露天煤矿▽86站锚固深度取3～5m。

桩的锚固深度与桩在滑面以上的长度之和即为桩长。桩长应保证不会产生越过桩顶的滑坡。但在一般情况下为施工方便而易于钢轨定位，常使桩长能露出滑体表面。这样也为地面观测提供了方便条件。

桩距和排距

稳定一个滑体通常需没置许多桩。桩成排布置，而且常是双排或多排，排与排之间的桩位相互错开。

桩距取决于桩的总数和岩体强度。要防止软质土岩自桩间挤出，如滑坡推力较小，土岩强度又较大，则桩距可适当大些。

粘土岩易被水浸润而软化滑动，宜选用较大直径的钢轨桩或管桩。随桩径增大，柱后形成坚实的粘土岩楔(如图4所示)，它将阻止桩间岩土向桩外挤出。阻止岩体挤出的阻力为：

式中：

——阻止岩体挤出的阻力；

——桩后岩楔一侧的长，，为孔径；

——桩处滑体厚；

——粘土岩的蠕变强度极限，其值为该粘土岩的抗剪强度的45%～60%。

桩间岩体的稳定条件应满足：

式中：

——边坡走向长1 m地段上所需的补偿支撑力；

——桩间距。

由上式得：

阜新海州露天煤矿▽86站钢轨桩的间距为3～5m；白银露天矿为4～5m；大冶铁矿为3 m。

双排或多排孔时排距一般近似取桩距。对于露天矿采场边坡，由于施工条件的限制，一般每个台阶设1～2排桩。1

钢轨桩应力状态测试为了解钢轨桩埋设后的应力状态与评价边坡稳定状况，需进行钢轨桩的应力测试工作。

钢轨桩应力测试比较成功的方法是在钢轨上直接粘贴电阻应变片的应变测量法。该法是沿整个桩长根据具体的地质条件，在钢轨的最大受拉、受压面(即轨顶和轨底)上设若干个测点，在每个测点上粘贴电阻应变片。电阻应变片与其绝缘导线的连接处需经严格防潮处理，然后将整个钢轨放入钻孔，导线引出孔口，再用水泥砂浆或混凝土将钢轨与孔壁之间空间严密充填。此后，用电阻应变仪定期测定各测点电阻应变片的应变量，根据钢轨的弹性模量，求得测点处钢轨表面的应力：

如钢轨的截面模数为W，则测点处钢轨断面的弯矩：

阜新海州露天煤矿、大冶铁矿、白银露天矿均采用了上述方法测定钢轨桩的应力状态。图5为阜新海州露天煤矿▽86站钢轨桩抗滑工程中钢轨桩测点的结构示意图。

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学