1 概 述
传统的悬臂式护坡桩设计，桩端都有一定的入土深度，并由该深度以下的桩后岩土提供的被动土压力使桩身保持平衡。但是，在特殊的施工条件和地质条件下，桩的入土(岩)深度受到限制，给护坡桩、挡土桩的设计和施工提出了新的课题。
悬臂式护坡桩实际上是一根竖起的悬臂梁，入土部分相当于悬臂梁的固定端。通常悬臂梁有如下两种最基本的受力形式。
当悬臂梁在外荷(p1)的作用下，第一种受力形式中的悬臂梁是利用外力(砖墙的压力)使梁获得平衡(见图1a)；第二种受力形式中的悬臂梁则是利用内力(钢筋的拉力)使梁获得平衡，它不需要外部反力也能使悬臂梁正常工作(见图1b)。传统的悬臂式护坡桩受力形式与第一种悬臂梁类似，桩入土(岩)部分的被动土压力相当于砖墙的反力(见图2)。
从第二种受力形式的悬臂梁工作原理可知，只要受拉钢筋的锚固长度足够，悬臂梁便可正常工作，不必象第一种悬臂梁那样要有一定长度的入墙固定端。同理，只要悬臂桩的受拉钢筋有足够的锚固长度，悬臂桩便可正常工作，毋须桩端要有入岩深度。因此，在岩层埋藏较浅、岩质坚硬而又不允许爆破或冲孔的条件下，采用钻孔桩或人工挖孔桩难于达到需要的深度时，锚固的悬臂护坡桩便应运而生。这种将悬臂桩同桩底岩石连成一体的方法，使桩岩协同工作。它包括①整体抗弯抗倾覆；②整体抗剪抗滑移。
图1
图2传统悬臂式护坡桩受力形式
2 桩岩协同工作的设计和施工实践(工程实例)
2.1 工程概况
惠阳市教工之家高层住宅楼位于广东惠阳市承修路旁，25层，长52.7m，宽51.3m，采用箱形基础，以-6.3m处的微风化石灰岩作为持力层。北距该楼仅1.9m处有一栋七层教师宿舍楼，宿舍楼采用天然独立基础，柱基尺寸为3m×3m，埋置于-2.0m处的粉质粘土层上；南距该楼2.8m有一栋幼儿园的四层教学楼，天然浅基础；东距该楼4.6m有一栋圆形教学楼，亦为天然浅基础；西距该楼2.5m处有一根街道陶瓷下水管(该楼与周围建筑物的位置关系详见图3)。石灰岩埋藏于-5.5～-6.5m之间，岩质脆硬。地下水不丰富。
图3
2.2 桩型的选择
由于岩质坚硬，钻孔桩和人工挖孔桩入岩都十分困难，采用爆破或冲孔又容易造成邻近房屋开裂。故选用锚固于岩石的悬臂护坡桩作为支护结构。
2.3 护坡桩的设计(以北面护坡桩为例)
(1)主动土压力的计算
(2)七层宿舍楼荷载所产生的主动土压力
其中，七层宿舍楼的重量折算成填土高度为7.36m。
(3)倾覆弯矩的计算
每单位米长的土体对支护结构的根部产生的弯矩为：m＝ea1×h2＋ea2×h3＝98.9×2.1+350×1.4＝698kn.m(见图4)。
图4
(4)护坡桩的配筋计算
采用1000人工挖孔桩，混凝土等级为c20，间距1.5m，则每根桩所承受的最大弯矩为：
护坡桩试配16
25作为主筋，则必须满足(文献［1］)：
最后计算得：
m桩＜m′桩，结构抗弯抗倾覆安全。
(5)锚筋数量和锚固长度的确定
锚筋数量：经计算，主筋为16
25，锚筋数量至少也需16
25，利用主筋兼作锚筋，直接锚入岩石，水泥浆灌孔。
锚固长度的计算：锚固长度主要取决于三大因素：①灌浆材料与钢筋之间的握裹力；②锚固体与岩石之间的极限侧阻力；③锚固体端部岩石破裂面的总抗拉力。分别计算，取三个锚固长度中的最大值。
由水泥浆与钢筋之间的握裹力所决定的锚固长度(lm)，只要满足：tu≤πdlmu即可。其中，tu为单根锚筋的极限抗拔力，取tu＝152039n；d为锚筋直径，d=25；u为水泥浆对钢筋的平均握裹力，取u＝4.17n/mm2(水泥标准抗压强度的10%)。最后算出：lm＝464.6mm。
利用锚固体与岩石之间的极限侧阻力求锚固长度，只要满足：tu≤πdτzlm即可(详见文献［2］)。其中，d为钻孔孔径，τz为锚固段周边的抗剪强度，取τz＝1.2n/mm2(详见文献［3］)，取tu＝152039n(单根
25钢筋抗拉力)，钻孔孔径为30mm，代入数据，可算出lm＝1344mm，经与握裹锚固长度比较，后者起决定作用，取lm＝1500mm。
验算1500mm深处岩石破裂面总的抗拉能力是否满足(见图5)。
图5
破裂面圆台体表面积s＝9420000mm2，取石灰岩抗拉强度为其抗压强度的六十分之一。取抗压强度为60，则抗拉强度为1，破裂面岩石总抗拉力为9420000n。
全部锚筋(实际上只有受拉区锚筋)总拉力为：16×310×490＝2430400n，小于破裂面岩石的总抗拉力，破裂面安全。1500mm锚固长度足够。
(6)桩岩接触面抗剪抗滑移验算
如果忽略混凝土与岩石结合处的抗剪能力，则只能由锚筋的抗剪能力抵抗滑移和剪切。
桩底16
25锚筋的总抗剪能力为：
〔τ〕＝100×7856＝785600n，因桩的间距为1.5m，所以每桩承受的水平推力为：
f桩＝1.5×（ea1＋ea2）＝673400n
〔τ〕＞f桩，结构抗剪抗滑移安全(见图4)。
(7)桩顶设置连系梁
为使护坡桩整体协同工作，在桩顶设置连系梁一道，梁的截面为1000×400，上下各配5
16，箍筋采用双肢箍2
10@200。
北面护坡桩设计见图6。
图6
3 施工措施
3.1 人工挖孔
按一般人工挖孔桩方法挖孔，挖至岩面时，用风镐凿石，为防止基坑大开挖后桩端露脚，使桩底面比基坑底面稍深100～200mm，将孔底凿成向土体方向倾斜10°～20°角，以增加桩岩接触处的抗滑移能力。
3.2 钻孔锚筋
按桩的纵筋数量和位置在孔底钻孔，采用
30金刚钻头，钻深1500mm。钻孔完毕后，用高压水清孔，再用虹吸管吸干孔内积水，然后用1∶5(白乳胶∶水泥)配成的水泥浆灌孔，灌满后插入桩的纵筋。插入纵筋时要反复抽插，直插入孔底为止，溢出的水泥浆用吸筒吸掉。在插筋的上端绑扎一个箍筋固定，待水泥浆硬化后再绑扎桩内箍筋。
4 设计和施工效果
该工程于1993年6月动工，7月底完成护坡桩施工。四周均设同类护坡桩，12月底完成土方大开挖。由于资金不到位，至今未进行基础施工，使原来的临时(当时设想基础施工约需3个月)护坡桩变成长期护坡桩，超出了设计能力。但经多次检测，四周建筑物及护坡桩均无异常，七层教师宿舍楼最大垂直偏差只有5mm，说明锚固的悬臂护坡桩设计和施工获得成功。与传统的悬臂式护坡桩相比，缩短工期20天(约四分之一)，节约资金约三分之一。
实践证明，这是一种经济实用的桩型，适用于石灰岩或其它类似岩层。这类桩关键在于锚筋的施工，一定程度上运用锚杆技术，为增强锚固和抗剪效果，可在桩的中心附近增设一些短锚筋(作为构造措施，不参与计算)。以上经验，供各位同行参考，共同完善此类桩的设计和施工。
