抗滑桩采用C20混凝土

岩土支挡与锚固课程设计一、工程概况K168+680〜K168+770滑坡位于甘孜州道孚县成城北方向约28km,滑坡区前缘为现有省道303线，交通便捷。滑坡主滑方向3°,纵向长约63m,滑体中部横向宽约52m,滑坡面积约3300m2,滑体厚约15m,滑坡方量约4.9X10卅，其规模较小，属小型中层滑坡。据现场调查，K168+680〜K168+770滑坡现状整体稳定，仅存在局滑现彖。为分析评价滑坡坡稳定性及其对拟设线路的危害性，本次主要工作内容为工程测量及地质测绘，并辅以控制性钻探、采样测试等。工作中，主要依据以下规程、规范展开：《公路工程地质勘察规范》(JTJ064—98)；《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)；《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)；《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)；《工程测屋规范》(GB50026—93)。完成实物工作屋详见表lo完成工作量一览表表1项目数量备注工程测量控制测量1*15图根点平面测量km20.011:500断面测量m/条200/21:500地质测绘工程地质测绘km20.011:500断面测绘m/条200/21:500工程钻探m/YL88.03/3水质分析组1通过本次勘察，基本达成了以下预期目的与任务：调查滑坡区地质环境，详细查明滑坡范I韦I、成因、滑动史、活动迹象：了解滑坡结构组成、空间分布特征：初步分析评价滑坡稳定性，预测滑坡发展趋势及其可能规模；提供了滑坡防治设计所需的岩土物理力学参数。二、滑坡基本特征2.1滑坡平面形态特征设计路线中桩位于滑坡体中前部，路线距离滑坡后缘45〜50m。该滑坡主滑方向3°,纵向长5（P55m,前缘宽约100m,后缘与前缘高差约44m,堆积厚度8.7〜17.18m,堆积方量约4.9万in'。滑坡在平面上为“圈椅状”斜坡地形，滑坡后缘可见宽5〜30cm,深0.5〜1.0m的拉裂缝，中部也可见拉张裂缝，滑坡壁两侧町见纵向张拉裂缝，前缘剪出II位于公路外侧陡坡中部，滑坡边界清晰。滑体的组成物质为碎石土。滑动面近似于船底形，滑体主要沿土层内部和卜•伏基岩面滑动。2.2滑体特征据钻探揭露，根据地面调查和钻孔揭露，滑体组成物质为碎石土，灰色，灰黄色，稍湿，松散〜稍密，碎石成分主要为板岩，粒径一般0.5~10cm,少量大于15cm,含量50〜60%,其余为粉土，局部粉土较纯，与卞伏基岩面接触处粉土土体较为湿润，呈可塑〜软塑状态。2.3滑床特征滑床的起伏状态受卜•伏基岩面及构造侵蚀作用控制。滑体表面呈折线状起伏。后缘壁为碎石土，稍密〜中密，后缘壁坡度55〜60°。滑床下伏基岩面卧坡坡度7.2〜48°，据ZK1、ZK2、ZK4号孔揭露，岩体风化节理发育，岩层视倾坡内，岩体具较强的亲水性，力学强度较低，沿此容易发生滑动。2.4滑面（带）特征滑面（带）以ZK1号孔为界，上部沿砾卵石土、卞部沿下伏强风化基岩面发育，滑带土具有颗粒组成较细，力学强度较低的特性。滑面（带）埋深8.7〜17.18m不等，组成物质主要为粉土，可塑~软塑，具揉皱现象，沿滑坡壁及滑床表面可见清晰的擦痕。2.5滑坡变形特征除滑坡区地形地貌宏观变形特征有所指示外，该滑坡变形特征不明显（已遭后期破坏），因此从以下几方面对滑坡的滑动之初的运动特征予以综合分析：1） 滑坡纵向长约50m,滑坡堆枳层厚约8.7^17.18m,堆积物以碎石土为主且其颗粒粒度具有由上至下变细的趋势，滑体物质与后缘坡洪积物质相同，说明该滑坡最初的滑坡物质由坡洪枳层组成。2） 其主滑方向约3°,与区内岩层走向相当，说明了该滑坡为顺岩土界面的滑动，其滑移方式为牵引一推移复合式。3） 滑体前缘叠于坡残枳层之上，故滑坡属于近代滑坡；同时，滑坡细部整体变形特征已遭后期剥蚀、掩埋等破坏，可见其发生时间较早。综上所述，该滑坡为顺层发生的近代牵引一推移复合式堆积层滑坡。近年来，该滑坡前缘及滑体内冲沟两侧还发生了浅层溜滑(照片1),其成因为降雨浸润及地表水对其前缘坡脚的冲刷。三、滑坡成因及稳定性3.1滑坡成因分析滑坡体组成物质为结构松散的角砾土，因该滑坡位于四川省著名的活动性断裂一鲜水河人断裂附近，历史上该断裂带地震频繁，受断裂影响，岩体风化破碎，基岩面倾角较陡，前缘受鲜水河河水冲刷，致使岩体上覆土体失稳垮塌，加之公路开挖后形成的土质边坡，未进行支护，土体前缘临空，加之雨季地表水犬量渗入土体，土体抗剪强度急剧降低后，向下滑动形成滑坡。3.2滑坡稳定性定性分析经现场调查，滑坡目前处于相对稳定状态。但在雨季有大量地表水渗入，在动水压力、静水压力作用下，滑面抗剪强度降低，必然引起滑坡体的变形进一步加快，最终导致整个边坡的快速滑动而完全失稳。3.3滑坡稳定性计算4.3.1计算公式1)稳定性计算基本公式n-ln-1Z(Rills)+RnZ(Tin^j)+Tni=lj=iTj=Wj(cosai+Phcosai)+TDiRi=(Wi(cosaj-PhSinai)-NwrRDi)tan(f)汁CLj=cos(ai-ai+i)-sin(ai-ai+i)tan(|)i+i式中：Kf 稳定系数Tj——作用于第i块段的下滑力(kN/m)；——作用于第i块段的抗滑力(kN/m)；Wj一一第i块段滑体的重力(kN/m),暴雨时为该块段的饱水自重；Ph一一地震力(kN/m),Ph尸GzgWiNwi 孔隙水压力(kN/m),Nwi=YwhiwLjTDi一一渗透压力平行滑面的分力(kN/m),TDi=ywhiwLicosaiSinPiCOs(arPi)RDi 渗透压力垂直滑面的分力(kN/m),Roi=Vv/hjWLicosajSinBjSin(a厂Bi)Cj一一第i块段土的粘聚力(kPa)；4>i一一第i块段土的内摩擦角(°);h——第i块段滑动面的长度(m)；8——第i块段滑动面与水平面的夹角(。)：Pi——第i块段地下水位线与水平面的夹角(。)；Gz为综合影响系数，取0.25：Kh为水平地震力系数，VIII度地震带取0.2：Vw一一水容重；hM——第i块段水位线以下滑体的重力(kN/m)；3——第i块段的剩余下滑力传递至i+1块段的传递系数(冃)2)推力计算基本公式Pi=Pj-iXipj+FstxTj—Rj式中:Pi、Pi-i一一分别为第i块、第i-1块滑体的剩余下滑力(kN/m)；Fs——推力计算安全稳定系数，本次滑坡推力计算釆用=1.10.1.15.1.20及1.25四种状态进行；其余符号意义同式3.3.2工况选择由滑坡的成因分析可知，人气降雨和地震是诱发滑坡的主要因素，故本次选取以下3种工况进行滑坡稳定性验算及推力计算。工况1：天然状态；工况2：暴雨状态：工况3：地震状态。3.3.3参数釆用该滑体土类型主要为碎石土。根据经验数据，本次计算对滑体重度取值为：天然重度20kN/m\饱和重度为22kN/mSo3.3.4滑坡稳定状态划分根据《工程地质勘察规范》滑坡稳定状态划分见下表:滑坡稳定性系数KfKf<1.001.00<Kf<1.051.05<Kf<1.15Kf>1.15滑坡稳定状态不稳定欠稳定基本稳定稳定3.3.5滑坡稳定性计算工况一：天然状态下滑坡稳定性分析根据反算结果，考虑该滑坡目前处于大滑动过的状态，将C、（p值按85%打折，取（P=25°,C二13Kpa；滑坡体天然容重y=20KN/ms,滑坡安全系数取K=l.15,滑坡推力计算成果见表：工况二：在暴雨不利工况下（边坡土体呈饱和状态）考虑动水压力增人、滑面抗剪强度降低等因素，采用安全系数K二1.10,滑面抗剪指标（P=23°、C二12Kpa；滑坡体天然容重Y=22KN/m3,推力计算成呆见表：工况三：在地震不利工况下（VI度地震）考虑滑坡处于鲜水河活动人段裂附近，地震活动十分强烈，采用安全系数K二1.10,滑面抗剪指标二25°、C二13Kpa；滑坡体天然容重Y=20KN/ms,推力计算成果见表：3.3.6计算结果分析滑坡稳定性验算及推力计算结呆详见表。由计算结果可知，滑坡在各种工况状态下均处于不稳定状态。注：计算中，根据《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）,在训度地震状态下计算时水平地震系数KpO.20,稳定性系数K二0.85,采用安全系数K二1.05,剩余卜•滑力为1292,4KN,坡体处于不稳定状态。四、抗滑桩的内力计算根据岩性情况，滑面处的地基系数采用A=400000kNM滑床的地基系数随深度变化的比例系数采用m=120000kN/m',桩附近的土层厚度是9.5m左右，该处的滑坡推力E=2O44kN/m,桩前抗滑力965.7kN/m,抗滑桩采用C20混凝土，其弹性模量Eh=26.5*106kPa,桩断面为b*a=2m*3m的矩形，截面F=6m2,截面模量W二ba2/6二3加；截面对桩中心的惯性矩I=ba3/12=4.5m2；相对刚度系数EI二0.8*26.5*106*4.5=95.4*106kN*m2；桩间距（中至中）1二5m：桩的计算宽度坷二b+1二3m；桩的埋深h=9.5m，试用初参数（普通法）法的m法，计算桩身的内力。（1）计算桩的刚度桩的变形系数a95.4x106120000X3=0.328m-1mBpEIa95.4x106120000X3=0.328m-1mBpEI桩的换算深度ah=0.328x9.5彩3.11,,故可按弹性桩计算。(2)荷载计算每根桩承受的水平推力：每根桩前的剩余卞滑力：桩前被动土压力：Ep=扣tan(45T=2044.31*5=10221RNP=965.27x5=4826.35kN+导)=1x21x9.5^^(450+^=1516.52kN/m桩前的抗力取剩余卜•滑力和被动土压力的小值，桩前抗力为1516.52kNo滑坡推力和剩余抗滑力均安矩形分布：(11=^=詈1=1076kN/m：T哉讐=159.6kN/mT哉讐=159.6kN/m滑面处的剪力：Qo=T-P=10221一1516.52=8704kN滑面处弯矩：(T-P)xhMo= =(10221-1516.52)X4.5=39170kN*m(3)求虎点高度血A^h=3.3m400000X9.5A^h=3.3m(400000+9.5X120000)-400000⑷求虎点的％、Qa、Xa>%值由桩面及桩底为自由端的边界条件，可建立计算方程。根据滑面处和桩底处的换算深度，查m法无量纲影响系数表，用内插法求得卅、卅B半、C半、Dt\店、肺、C?、H各值带入在滑面,y==3.3m,换算深度ay‘=0.328x3.3=1.082Ht,查得虫二-0.2116; B3=-0.1150;C3=0.9625;D3=l.0729A4=-0.8540; B4=-0.4231;C4=-0.1724;D4=0.9500代入公式a2EI[xa(-0.2116)+牆(-0・1150)+焉y(0・9625)+艄(1・0729)1=29421a3EI[xa(-0.8540)+-^-(-0.4231)+导-(0・1724)+华(0・9500)1=5884a 0.328 a2El a^EI桩底，y'二h+3・3二12.8m,ay'=0.328x12.8=4.2力3二T・6143 町二Tl・7306 C3二一1了.9186D3=-15.0755A4=9.2437 F4=-0.3578 C4=-15.6105久二-23・1403代入公式有xG(T・6143)+旦(-11.7306)+导-(T7.9186)+警-(-15・0755)]=00«328 ctEI

如(9如7)+歳(一。・3578)^(-15.6105)^(-23.1403)1=0联立①②③④四个方程解得xa=Q.036163(pa=~Q.0035645Ma二13534.5kN*mQa二9120.38kN(5)求桩身内力及侧向应力锚固段内任意一点侧应力ay=myxy,；Xy=xaA1^B1+^C1+^D1计算点的剪力：计算点的弯距：M〉，^a2EI^aA3-^-B3+^C3+^D3)计算的各点的桩侧应力、剪力、和弯矩图如下:(6)桩身受荷段的内力计算:距桩顶距离(m)剪力(kN)弯矩(kN•m)距桩顶距离(m)剪力(kN)弯矩(kN•m)0628419.5计算结果如图:(7)地基强度校核:计算换算深度:有桩侧应力公式的：4「2(hi+y)8S(4>2)hi=—xH=x10=7.92m有桩侧应力公式的：4「2(hi+y)8S(4>2)tan(i>2)=°% tan(44°)=1525kPa

由桩侧的各点应力状况可知，桩侧的最人应力是/kPa，是小于该点的桩侧的容许应力值，其他各点的应力也是满足要求的。五、抗滑桩的构造设计：(1)＞根据设计弯矩计算纵向受力钢筋：该抗滑桩的设计总长19m,计算可按两个控制截面考虑配筋。控制截面1一1取桩身最大弯矩截面，控制截面II-II取地下6m深处截面；结构的重要性系数取2.0,则控制截面【一【处的设计弯矩为 kN・m,II-II截面设计弯矩为 kN・mo混凝土的保护层厚度取SOinm,若为单排布置，则取桩截面的有效高度ho^29OOinnu①、计算I一I截面受力钢筋截面积；混凝土的受压区高度：gfcbho+la^fc^ho2—2fcbMx= n fcb_1X9.6X2000X2900±y/12x9.62x20002x29002-2X9.6X2000xx106= 9.6x2000=(mm)I-I截面受力钢筋截面积：300X(2900-y)x300X(2900-y)x106(mm)按简化方法计算则的：M x106 (2、As= =0.9X300X2900=仙)简化计算结果下于按混凝土结构梁承载力计算的结呆，但两者相差不是很人，可以接受。选用46根036,实有As=48859mm2,满足要求。可三根一束布置在桩受拉侧，考虑对钢筋净距的要求，实际布置按两排，靠近桩边的一侧一排10束，靠桩的一排布置内6束。若重新按实际布置后的桩截面的有效高度核算，承载力仍能满足要求。②、计算II-II截面受力钢筋截面积；混凝土的受压区高度：ttifcbho±J(Xi2fc2b2ho2—2fcbM

_1x9.6x2000x2900±Vl2x9.62x20002x29002-2X9.6X2000xx106= 9.6X2000=(inm)H-H截面受力钢筋截面积：300X(2900-x300X(2900-x106(mm)按简化方法计算则的：(mm2)a_M_x10(mm2)As=0•叫11。=0.9x300x2900=简化计算结果人于按梁受弯承载力结算结果，偏于安全。选用10根e36+10根e26,实有As=15488mm2,满足要求，采用一根①36和一根①26两根一束，共10束布置在受拉侧。（2）、根据设计剪力配箍筋从剪力图知道，桩身剪力极值位于滑面处的 kN和地面下 m处的kN处的kN,同样结构性重要系数取1.0,则设计剪力首先按kN考虑，是否需要配箍筋抵抗剪力验算：O.7fibho=0.7x1.x2000x2900=4466kN从计算结果可知，设计剪力人于混凝土提供的设计剪力，需要配置箍筋抵抗：As_V-O.7ftbho_（v-4466）x103_/nmi2/xT_1.25切ho_1.25x210x2900_V/nmi/采用4肢箍，取间距300mm,则箍筋直径 iran,选用HPB235级020,满足要求。从桩身多的剪力分布情况来看，在地F0-7m内，桩身混凝土即能抵抗剪力，因此从计算角度该段不需要配箍筋，该段可按构造配箍筋取4016@400.根据上诉结果和相应的构造要求作出两个界面的配筋图；六、滑坡发展趋势预测根据滑坡的成因及稳定性分析可知，对滑坡影响较人的主要因素为地震工况。滑坡处于地震区内，地震活动频繁。地震可引起土层中水位及孔隙水压力变化，抗剪强度降低，动荷载增人，从而促使斜坡岩（土）体产生滑动。所有影响因素中，地震对滑坡破坏性最人，地震易引起人规模滑坡，但地震对滑坡的影响具有短期性和不可预见性。因此,滑坡在未来将趋于不稳定，其最主要的影响因素为地震，滑坡存在整体复活的可能性。拟拟建公路K168+680〜K168+770里程段自滑坡中前部通过，由滑坡稳定性分析可知，

滑坡体地震情况卜，滑动面抗剪强度急剧卜•降，滑坡体易沿滑面临空剪出，会给拟建公路带

来危害，必须对其采取适当的整治措施。鉴于滑坡处于鲜水河断裂带附近，且该断裂为区域

性活动人断裂带，历史上地震频发，建议设计采用工况三作为控制工况进行整治设计依据。七、建议处理措施从总的趋势上看，该滑坡还没有形成人的变形，在天然状态和暴雨状态下处于稳定状态，但在训!度地震条件下处于不稳定状态。根据这种状态，建议采用支扌当工程+截排水综合治理措施设计和施工。从表可见，在工况三情况卞，当安全系数K二1.05时，剩余下滑推力为2044KN/mo建议以该卞滑推力作为抗滑桩设计依据。1） 、支挡措施：支挡措施是分别在公路外侧一带布设钢筋混凝土抗滑桩，布设间距为5—6米，应根据卞滑力的人小和结构检算结果确定抗滑桩的截面尺寸，共12根，平面支扌当线长90米，单排布设，桩长10-18米不等（根据基岩面埋深确定，一般桩端嵌入基岩面以下5—7米即可），抗滑桩之间用桩板墙连接，避免土体沿抗滑桩之间剪出。首先保证坡体停止蠕动变形，恢复到平衡状态，这样也避免前部施工治理时再引起进一步的滑移。2） 、截排水措施在滑体后缘设置截水沟，把地表水截排于滑体之外，并与公路边沟相结合，避免地表水的渗入，影响坡体的稳定性。八、处治工程地质评价8.1场地稳定性评价该路段为滑坡，路线沿滑体中前部通过，滑坡各种工况卞均处于不稳定状态，因此该路段地面稳定性差，需对滑坡采取抗滑处理，由于外侧的岩层宽度达不到稳定性要求，且外侧的滑体的有相对的稳定性，预设计拟在公路内侧设置抗滑桩。8.2地基岩土体物理、力学性质以试验成果为基础，经工程类比分析提出本段滑坡及抗滑桩的物理力学指标建议值如卜•表建议指标岩土类型密度Pg/cm3地基承载力基本容许值fa。KPa变形模量MPa抗剪强度(P(°)CMPa碎石土2.10250"30025~3026°0强风化灰岩2.60800〜10001500〜2000tg(p=0.55〜0.600.1弱风化灰岩2.652000〜30004000〜5000tg(p=0.60〜0.650.308.3基础方案及建议处理措施拟建抗滑桩位于滑坡体中前部，地基土上部的碎石土承载力低，压缩变形人，不能作抗滑桩基础持力层：其卞伏的强风化带灰岩风化裂