1 引言

在受垂直載荷為主的地基工程中，樁的主要作用是承受垂直載荷，次要功能是承受水平載荷【水平載荷作用下樁的受力和變形分析方法；樁基礎的分類(Classification of Piles)】，例如建筑物、橋梁樁和塔站使用的樁。樁也可用來阻擋純的水平壓力，例如排樁，在基坑開挖之前先在周邊打一排樁，以此阻擋基坑開挖后的土的水平土壓力。此外，樁也可用來支護邊坡，即有一定傾斜角度的自然形成或人工開挖形成的非垂直邊坡，如下圖所示，通常我們把這種類型的樁稱之為邊坡的抗滑樁。抗滑樁與排樁不同之處在于確定滑移面以上的壓力以及可以模擬錨固在巖石中的樁。

2 術語區分

當“抗滑樁”這個術語應用在地基工程和邊坡工程以及英文翻譯時常常會引起一些混淆和誤解，因此在討論抗滑樁的支護機理之前，有必要對這個術語進行概念上的解釋。

(1) 在中文里，我們形象地把這種類型的樁稱為抗滑樁，相應的英文翻譯為Anti-Slide Pile，假如用這個關鍵詞搜索，就會發現使用這個詞的論文作者幾乎全部來自中國國內，不過也有個別例外，例如巖土工程軟件GEO5中有一個模塊就稱作Anti-Slide Pile，專門進行抗滑樁穩定性分析，但在其它國家，由于抗滑樁的主要功能是穩固巖土體，因此通常把抗滑樁稱為Anchored Pile，翻譯成中文就是“錨固樁”。工程師們按照不同的支護類型，抗滑樁經常稱作“Anchored Sheet Pile” 或"Anchored Soldier Pile"。下圖所示的是我以前為了方便設計編寫的一個抗滑樁穩定性分析Sheet，計算原理使用的是AASHTO建議的設計方法[NYDOT (2007) Geotechnical Design Procedure for Flexible Wall Systems]。

(2) 特別注意的是，在地基工程中有一種類型的樁稱作“微型樁(Micropile)”。按照地基工程學科的本義，Micropile通常指的是直徑100mm~250mm，長度不超過30m的樁，我們在機器地基設計中使用的鋼管樁就是典型的微型樁。不過，在一些邊坡穩定性分析軟件中，例如Slide和PLE，為了與其它支護類型相區別，有一種支護類型使用的是micro pile或micro-pile，在這些特定的計算環境中，它指的不是地基工程中的微型樁，而是指邊坡工程中的抗滑樁Anti-Slide Pile。

3 支護機理

抗滑樁的支護機理與其他類型的支護機理不同，力的作用垂直于支護方向，而不是平行于支護方向。如同其他支護類型一樣，滑動面必須與樁相交，這樣支護才會對滑動面的安全系數產生影響。無論樁的方向如何，樁的破壞模式不考慮拉伸或拔出，唯一的破壞模式是穿過樁的橫向剪切力(Shear)，如下圖所示。

邊坡每單位寬度施加的載荷F等于樁的剪切強度除以平面外的間距。樁的抗剪強度(Pile Shear Strength)，是指導致穿過樁的剪切破壞所需的剪切力, 是以力的形式(kN)輸入的。這個值是根據樁的橫截面尺寸和橫截面單位面積的抗剪強度計算出來的樁的總抗剪能力。如同土釘的模擬一樣，施力方式通常選擇"被動"。當滑動面與樁相交時，所施加的力(即樁的抗剪強度)的默認方向(Force Direction)與假定的滑動面方向一致(Parallel to Surface)。

抗滑樁的破壞模式除了剪切破壞外，還有兩種輔助的破壞理論：Ito & Matsui和EFW。

(1) Ito & Matsui(1975)---塑性變形

破壞模式假定樁被塑性變形的地層包圍，作用在樁上的側向力通過從樁頂到與滑動面相交處的積分來計算。這個力取決于土的粘聚力和內摩擦角，樁的直徑和垂直有效應力。因此，對于單一材料，力將隨著深度的增加而增加，然而如果樁與多種材料相交將有所不同，因為它取決于材料的特性。

(2) FEW---等效流體重量

EFW(Equivalent Fluid Weight)等效流體重量破壞模式主要用來分析擋墻底部的破壞，壓力沿著樁長按梯形分布，以后再進行詳細討論。

4 分析例子

一個邊坡的地層如下圖所示，擬使用兩根抗滑樁支護邊坡。地層劃分為5層，由三種材料組成。

計算的最小安全系數如下所示，詳細過程可參看【抗滑樁支護邊坡的穩定性分析(Stability of Pile/Micro Pile Reinforced Slope)】。

(1) 簡化的Bishop = 1.346

(2) GLE/M-P = 1.315

(3) 簡化的Janbu = 1.214

(4) Spencer = 1.315