抗滑樁設(shè)計與計算

抗滑樁設(shè)計與計算1抗滑樁設(shè)計的要求和步驟抗滑樁設(shè)計的要求整個滑坡體具有足夠的穩(wěn)定性，即抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足設(shè)計要求值，保證滑體不越過樁頂，不從樁間擠出。樁身要有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。樁的斷面和配筋合理，能滿足樁內(nèi)應(yīng)力和樁身變形的要求。樁周的地基抗力和滑體的變形在容許范圍內(nèi)。并使工程量最省。尺寸、埋深、配筋、材料和施工要求等。這是一個簡潔的問題，常常要經(jīng)過分析爭論才能得出合理的方案?？够瑯对O(shè)計計算步驟首先弄清滑坡的緣由、性質(zhì)、范圍、厚度，分析滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)和進(jìn)展趨勢。依據(jù)滑坡地質(zhì)斷面及滑動面處巖土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，計算滑坡推力。依據(jù)地形地質(zhì)及施工條件等確定設(shè)樁的位置及范圍。①依據(jù)滑坡推力大小、地形及地層性質(zhì)，擬定樁長、錨固深度、樁截面尺寸及樁間距。②樁的計算寬度，并依據(jù)滑體的地層性質(zhì)，選定地基系數(shù)?！拨粱颚隆臣捌溆嬎闵疃取瞙或h性樁來設(shè)計。依據(jù)樁底的邊界條件承受相應(yīng)的公式計算樁身各截面的變位〔位移，內(nèi)力及側(cè)壁應(yīng)力等，并計算確定最大剪力、彎矩及其部位。校核地基強(qiáng)度。假設(shè)樁身作用于地基的彈性應(yīng)力超過地層容許值間距，重計算，直至符合要求為止。依據(jù)計算的結(jié)果，繪制樁身的剪力圖和彎矩圖。對于鋼筋砼樁，還需進(jìn)展配筋設(shè)計。2抗滑樁設(shè)計的根本假定作用于抗滑樁上的力系作用于抗滑樁上的外力包括：滑坡推力、受荷段地層〔滑體〕抗力、錨固段地層抗力、樁側(cè)摩阻力和粘著力以及樁底應(yīng)力等。這些力均為分布力?；峦屏ψ饔糜诨嬉陨暇植康臉侗成希杉俣ㄅc滑面平行。所承受的滑坡推力等于樁距〔中至中〕范圍內(nèi)的滑坡推力。推力的分布及其作用點(diǎn)位置，與滑坡的類型、部位、地層性質(zhì)、變樣子況及地基系數(shù)等因素有關(guān)。對于液性指數(shù)小、剛度較大和較密實的滑體，從的狀況可假定推力分布圖形為梯形。依據(jù)設(shè)樁的位置及樁前滑坡體的穩(wěn)定狀況，抗滑樁可分為懸臂1所示。1抗滑樁受力示意圖式可慮；而當(dāng)樁前滑坡體能保持穩(wěn)定，抗滑樁將按全埋式樁可慮。此〔剩余抗滑力或被動土壓力作為外力彈性抗力來可慮，一般是難于消滅此種狀況的。埋于滑床中的樁將滑坡推力傳遞給樁周的巖土大小與巖土變外形態(tài)有關(guān)，處于彈性變形階段時，按彈性抗力計算；處于塑性變形階段則抗力近似地等于該地層的地基系數(shù)乘以相應(yīng)的值?？够瑯督孛娲?，樁周面積大，樁與地層間摩阻力、粘著力必定也大，由此產(chǎn)生的平衡彎矩對樁明顯有利。但其計算簡潔，所以，一般不予考慮?？够瑯兜幕讘?yīng)力，主要是由自重引起的。而樁側(cè)摩阻力、粘著力又抵消了大局部自重。實測資料說明，樁底應(yīng)力一般相當(dāng)小，為簡化計算，對樁身應(yīng)力通常也無視不計。計算略偏安全，而對整個設(shè)計影響不大?？够瑯兜挠嬎銓挾瓤够瑯妒芑峦屏ψ饔卯a(chǎn)生位移，則樁側(cè)巖土對樁作用著抗力。外確實定范圍內(nèi)的土體也受到影響〔空間應(yīng)力，同時對不同截面外形力，并考慮樁截面外形的影響，將樁的設(shè)計寬度〔或直徑〕換算成相當(dāng)于實際工作條件下的矩形樁寬Bp，此Bp稱為樁的計算寬度。試驗說明，對不同尺寸的圓形樁和矩形樁施加水平荷載時，直d0.9d的矩形樁，在其兩側(cè)土體被擠出的極限狀態(tài)下，其臨界水平荷載值相等。所以，矩形樁的外形換算系數(shù)Kf=1，而圓形樁的外形換算系數(shù)Kf=0.9。同時，由于將空間受力狀態(tài)簡化成為平面受力狀態(tài)，在打算樁Ka。由試驗資b1m的矩形樁受力換算系數(shù)為1+1/b,對于直徑d1m1+1/d樁的計算寬度為：矩形樁： Bp=Kf*Ka*b=1.0*(1+1/b)*b=b+1圓形樁： Bp=Kf*Ka*d=0.9*(1+1/d)*d=0.9(d+1)樁的截面外形應(yīng)從經(jīng)濟(jì)合理及施工便利可慮2~3m1.5×2.0m2.0×3.0m兩種尺寸的截面較為常見。樁側(cè)巖土的彈性抗力系數(shù)度以內(nèi)，單位面積的土產(chǎn)生單位壓縮變形時所需要的側(cè)向壓力。計算彈性地基內(nèi)的側(cè)向受荷樁時，有關(guān)地基系數(shù)目前有兩種不同的假定：⑴認(rèn)為地基系數(shù)是常數(shù)，不隨深度而變化，以“K”表示之，相應(yīng)的計算方法稱為“K”法，可用于地基為較為完整巖層的狀況y處的C=m*yCH=A+m

*y，豎直方向的地基系數(shù)為H H H HC=m*y或C=A+m*AAmm分別表V V V V V H V H V為“m”法，可用于地基為密實土層或嚴(yán)峻風(fēng)化裂開巖層的情形。水平及豎向地基系數(shù)的比例系數(shù)應(yīng)通過試驗確定；當(dāng)無試驗資1K2及3確定。1

非巖石地基mm值H V序號序號土的名稱H和(KN/)序號土的名稱H和(KN/)1〔I≥，L淤泥3000~5000425000~100005半堅硬的粘性土、粗砂礫砂、角礫土、礫石土、碎石土、卵石土20230~30000軟塑粘性土〔1>IL≥0.5，粉砂30000~80000硬塑粘性土3〔0.5>>0，細(xì)砂、中砂10000~202306塊石土、漂石土80000~120230mH和mV10m時，mH值接近垂直荷載作用下的垂直方向地基系數(shù)CV值，故CV10mV。K值V序號飽和極限序號飽和極限抗壓強(qiáng)度V(KN/)序號飽和極限抗壓強(qiáng)度V(KN/)序號飽和極限抗壓強(qiáng)度(KN/)R(kPa)R(kPa)R(kPa)11.0×104(1.0~2.)543.0×1044.0×10576.0×10412.01521.5×1042.5×10554.0×1046.0×10587.0×104(15.0~25.532.0×1043.0×10565.0×1048.0×10598.0×104(25.0~28.5R=10~20Mpa的半巖質(zhì)巖層或位于構(gòu)造裂開影響帶的巖質(zhì)巖層v，依據(jù)實際狀況可kH=A+mHy；②一般側(cè)向kH為豎向kv0.6~0.8倍，當(dāng)巖層為厚層或塊狀整體時kH=kv。剛性樁與彈性樁的區(qū)分是樁的位置和樁軸線同時發(fā)生轉(zhuǎn)變，即樁軸和樁周巖土同時發(fā)生變形。產(chǎn)生前一種變形特征的樁，由于樁在變形的過圍巖分類及物理力學(xué)指標(biāo)圍巖類別主要工程地質(zhì)條件圍巖類別主要工程地質(zhì)條件容重彈性抗力系數(shù)〔地基系主要工程地質(zhì)特征構(gòu)造特征和完整狀態(tài)(KN/m3)數(shù)K(KN/m)3Ⅵ硬質(zhì)巖〔Rb>60000kpa，〔或夾層；層狀巖層為厚層，層間結(jié)合良好構(gòu)造26~28〔18~23〕×105硬質(zhì)巖〔Rb=30000~60000kpa，受地質(zhì)構(gòu)造Ⅴ〔或夾層〕很少有分別現(xiàn)象；或為硬質(zhì)巖層偶夾軟質(zhì)巖構(gòu)造25~27〔12~18〕×105軟質(zhì)巖Rb≈30000kpa良好構(gòu)造硬質(zhì)巖〔Rb=30000~60000kpa，受地質(zhì)構(gòu)造Ⅳ為軟硬巖石互層被切割成塊〔石、碎〔石〕狀鑲嵌構(gòu)造23~25〔5~12〕×105軟質(zhì)巖Rb=5000~30000kpa厚層，層間結(jié)合一般被切割成大塊狀砌體構(gòu)造ⅢⅢ硬質(zhì)巖〔Rb=30000~60000kpa，受地質(zhì)構(gòu)造被切割成碎石狀壓碎構(gòu)造被破壞軟質(zhì)巖Rb=5000~30000kpa響嚴(yán)峻，節(jié)理發(fā)育土：⑴略具壓密或成巖作用的粘性土及砂類⑷大塊石土Ⅱ石質(zhì)圍巖位于擠壓猛烈的斷裂帶內(nèi)，裂隙雜亂，呈石夾土或土夾石狀卵、礫石土及黃土石質(zhì)圍巖位于擠壓極猛烈的斷裂帶內(nèi)，呈角礫、砂、泥質(zhì)軟體被切割成塊〔石、碎〔石〕狀鑲嵌構(gòu)造⑴⑵呈大塊狀壓密構(gòu)造；⑶呈巨塊整體構(gòu)造散構(gòu)造粘性土呈松散構(gòu)造松軟構(gòu)造粘性土呈蠕動的松軟松散構(gòu)造19~22〔老黃〔不包括黃土用土〕17~18〕17~20〔黃不包括黃土〕Ⅰ15~16<1×105軟塑狀粘性土及潮濕的粉細(xì)砂等等程中保持著原來的外形，尤如剛體一樣，僅產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動，因此可稱它為剛性樁；而后者稱為彈性樁。試驗爭論說明，當(dāng)側(cè)向受荷樁埋入穩(wěn)h定地層內(nèi)的計算深度〔樁的埋置深度即樁的錨固段長度 與樁的變h2形系數(shù)的乘積〕為某一臨界值時，可視樁的剛度為無窮大；在側(cè)向荷別剛性樁或彈性樁的標(biāo)準(zhǔn)。臨界值規(guī)定如下〔剛性樁或彈性樁的判別：當(dāng)βh2≤1.0時，抗滑樁屬剛性樁當(dāng)βh2<1.0時，抗滑樁屬彈性樁其中，β—為樁的變形系數(shù)，以m-1計，可按下式計算：1β=kH.Bp41 4 22h—樁的錨固段長度βh—樁的計算深度22Hpk—側(cè)向地基系數(shù)，不隨深度而變化〔B—樁的正面計算寬度；—樁的彈性模量kP；I—樁的截面慣性矩4，HpI=ba3/12；對于圓形樁，I=πd4/64。a、b分別為矩形樁的長度和寬度，d為圓形樁的直徑；22當(dāng)αh≤2.5時，抗滑樁屬剛性樁當(dāng)αh>2.5時，抗滑樁屬彈性樁22其中，α—為樁的變形系數(shù)，以m-1計，可按下式計算：1α=m .B 51H p EI 2αh—樁的計算深度；2Hm—水平方向地基系數(shù)隨深度而變形的比例系數(shù)其余符號同前。H抗滑樁的要素設(shè)計入深度問題。這是抗滑樁設(shè)計的主要參數(shù)，它的合理與否，直接關(guān)系到抗滑樁效用的成敗?，F(xiàn)將國內(nèi)以往的做法和考慮的原則分述如下：樁的平面位置及間距小、滑動面坡度、滑坡厚度、施工條件、樁截面大小以及錨固深度等因素綜合確定?；w的上部，滑動面陡，拉張裂縫多，不宜設(shè)樁；中部滑動面往往較深且下滑力大，亦不宜設(shè)樁；下部滑動面較緩，下滑力較小或系抗滑地段，常常是較好的設(shè)樁位置。實踐說明，對地質(zhì)條件簡潔的形穿插布設(shè)，必要時，還可考慮承受其它型式的抗滑樁?？够瑯兜拈g距受很多因素的影響得土體能形成土拱效應(yīng)的樁間距值，并結(jié)合實踐閱歷來考慮樁的間距。一般狀況下，當(dāng)滑體完整、密實或滑坡推力較小時，樁距可取大些；反之，應(yīng)取小些。此外，滑坡主軸四周樁距應(yīng)小，兩側(cè)邊部樁距6~10m的樁距。樁的錨固深度樁埋入滑面以下穩(wěn)定地層內(nèi)的適宜錨固深度，與該地層的強(qiáng)度、關(guān)。原則上由樁的錨固深度傳遞到滑面以下地層的側(cè)向壓應(yīng)力不得的容許承載力。小錨固深度的目的。樁側(cè)支承條件樁身對地層的側(cè)壓應(yīng)力σ〔kPa〕應(yīng)符合以下條件：maxσ≤4 htgcmax

cos式中：γ—地層巖〔土〕KN/m；φ—地層巖〔土〕c—地層巖〔土〕的粘聚力kP；h〔。錨固深度或樁的截面尺寸、間距，直至滿足為止。樁身對圍巖的側(cè)向壓應(yīng)力σmax〔kPa〕應(yīng)符合以下條件：σ≤K／.K／.Rmax 1 2 01／0.5~1.0；12K—折減系數(shù)，依據(jù)巖層的裂開和軟化程度，取20.3~0.5；0RkP。0直至滿足為止。用。常用的錨固深度，從以往的實踐閱歷來看，對于土層或軟質(zhì)巖層1/3~1/21/4樁長。樁底支承條件抗滑樁的頂端，一般為自由支承；而底端，由于錨固深度不同，可以分為自由支承、鉸支承和固定支承三種，通常承受前兩種。圖2 樁底支承條件圖〔a〕自由支承〔b〕鉸支承〔c〕固定支承⑴自由支承如圖〔a〕所示，當(dāng)錨固段地層為土體、松軟裂開巖時，現(xiàn)場試驗說明，在滑坡推力作用下，樁底有明顯的位移和轉(zhuǎn)動。這種條件，樁底可按自由支承處理，即令剪力Q=0、彎矩M=0。B B⑵鉸支承如圖〔b〕AB段巖層堅硬，但樁嵌入此層不深時，樁底可按鉸支承處理，即令x=0、M=0。B B⑶固定支承如圖〔c〕所示，當(dāng)樁底巖層完整、極堅硬，樁嵌入此層較深時，樁身B處可按固定端處理，即令x=0、φ

=0。但抗滑樁消滅此種情B B況是不經(jīng)濟(jì)的，故應(yīng)少承受。4剛性樁的計算為彈性體計算側(cè)向應(yīng)力和土的抗力，從而計算樁的內(nèi)力。4.1單一地層系數(shù)〕值，樁底自由，滑面處的彈性抗力系數(shù)為A及A，且各為某1 23H為滑坡推力與剩余抗滑力之差；h0為H作用點(diǎn)距滑面的垂直距離。單一地層剛性樁計算公式如下表〔表—。單一地層剛性樁計算公式表水平位移水平位移(?x)側(cè)向應(yīng)力(σ)y剪力(Q)y彎矩(M)yy≤y0時y≤y0時y≤y0時My=H(h0+y)-1/12Bpm?A1法σ=m(y-y)?φQ=H-1/6Bm?φy2(3y-2y)yp0φy3(2y-y)0∑H=0?x=(y-y)?φy y 00y≥y時y≥y時0y≥y時00σ=(A+my)(y-y)Q=H-1/6Bm?φy2(3y-2y)yp0M=H(h+y)-1/12Bm?y0pH-1/6∑M=y20+1/2AB?φ(y-y)22 p0φy3(2y-y)+1/6AB?02 pH(h+y≤y0時φ(y-y0)3y≤y0時y≤y時Q=H-1/2BA?φy(2y-y)-M=H(h+y)-1/6BA?yp 100yφ0p 10?φh3A1法y2(3y-y)-1/12Bm?∑H=0