抗滑桩课程设计--滑坡治理工程抗滑桩设计.docx

目录：题目：李家坪滑坡治理工程抗滑桩设计11.前言12.设计资料及设计要求12.1自然地理及地质背景12.2滑坡基本特征22.21地形地貌22.22滑坡体主要物质组成及结构特征3a滑体3b滑带3c滑床32.3滑带、滑体及滑床主要物理力学参数42.4滑坡稳定性及滑坡推力计算结果42.5设计要求53.抗滑桩要素设计53.1抗滑桩整体布置53.2单桩的桩型74.抗滑桩的内力计算74.1剖面2-2处型桩的内力计算8（1）计算桩的刚度8（2）荷载计算8(3)滑面至旋转中心的距离8(4)桩的转角8（5）桩侧抗力9（6）桩身各处剪应力9（7）桩身各处弯矩值10(8)地基强度校核114.2剖面66处型桩内力计算13（1）计算桩的刚度13（2）荷载计算13(3)滑面至旋转中心的距离13(4)桩的转角14（5）桩侧抗力14（6）桩身各处剪应力15（7）桩身各处弯矩值16(8)地基强度校核165桩的结构计185.1型桩结构设计计算18（1）桩身截面受弯承载力计算配置纵向受力筋18（2）根据设计剪力布置箍筋195.2型桩结构设计计算20（1）桩身截面受弯承载力计算配置纵向受力筋20（2）根据设计剪力布置箍筋216结语22参考文献：2221题目：李家坪滑坡治理工程抗滑桩设计1. 前言滑坡是一种常见的因斜坡失稳而放生的地质灾害，它的发生会给人民的生财产和国家的建设带来重大的损失。尤其是在交通、水利和城市建设中，由于大量的工程开挖和施工不当等因素，破坏了山体自身的稳定性，进而引起滑坡的发生和发展。由于其出现的地域广阔，造成的威胁和灾害极大，因而人们对滑坡进行了多方面的研究和治理，并取得了较好的效果。李家坪滑坡位于开县丰乐镇。该滑坡属于巨型土质滑坡，滑坡范围涉及周围大量居民，滑坡后部有云开公路通过。三峡工程蓄水至175m后，滑坡前缘将被淹没，稳定性计算及分析表明，滑坡虽可维持基本稳定，但安全储备不足，因此，开展该滑坡治理是非常必要的。2.设计资料及设计要求2.1自然地理及地质背景李家坪滑坡位于开县丰乐镇境内，小江支流彭溪河左岸。所在地区属于亚热带季风气候，春早夏热、秋雨绵，冬暖而多雾，无霜期长，气候温暖湿润，雨量充沛。年降雨量在1149.31213.5mm，5至9月份降雨量占全年的70%，冬季降雨较少，仅占4.2%。地处大巴山迎风面，单日最大雨量220.5mm（19820711），三日最大降雨量357.7mm。滑坡地处剥蚀低山谷地貌区。高程170以下为彭溪河河谷阶地，地势平缓，170以上为低山斜坡地貌，坡度一般10度20度；中部平缓，后部较陡，一般坡度大于15度。滑坡所在地区主要出露第四系残破积（q4el+dl）、冲洪积物（q4al+pl）。局部如冲沟沟底出露侏罗系沙溪庙组（j2s）砂质泥岩、砂岩，岩层产状近水平。滑坡所在地区地下水主要为松散介质空隙水、基岩裂隙水。地下水埋深一般310米；基岩裂隙水主要赋存于沙溪庙厚层砂岩与粉砂岩中。区域基本地震烈度为vi度，震动峰值加速度为0.05g。2.2滑坡基本特征2.21地形地貌李家坪滑坡为土质滑坡，滑坡平面为宽箕形。滑坡西侧边界为齐家喝够，东侧边界为邹家河沟，前缘高程170m，后缘高程245m，滑体长240360m，宽560750m，滑坡面积21.5*104m2,体积约356*1404m3。2.22滑坡体主要物质组成及结构特征a滑体滑体物质组要为黄褐色、红褐色含碎石粉质粘土，碎石粒径一般为25cm，偶见35m的块石。碎石及碎石成分主要为泥岩及砂岩。滑体局部可见50%60%的碎石层，该层呈透镜体，在竖直及水平方向上均无固有规律，碎石呈棱角状，分选性差。滑体总体厚度呈东厚西薄，东部厚约2.018.0m，西部厚约2040m。b滑带滑带主要为红褐色粉质粘土组成，可塑，局部软塑，含5%10%的碎石，粒径一般为12cm。在滑坡中后部，滑带位于基岩覆盖面。滑带中可见擦痕，具有挤压特征。在滑体前缘，滑带位于覆盖层内，分布高程在180m以下。主要亦为红褐色粉质粘土，可塑，局部硬塑，含少量碎石，粒径12cm，偶遇块石，。c滑床滑床中上部为侏罗系沙溪庙（j2s）紫红色粉砂岩、泥质岩组成，岩层产状为n6070e/nw,46度，强风化带 厚度约为0.51.5m，其下为中等微风化2.3滑带、滑体及滑床主要物理力学参数滑体天然重度为21.2kn/m3，饱和容重为21.3kn/m3。表 一：滑带土稳定计算参数指标天然（水上）饱和（水下）参数c（kpa）（）c（kpa）（）采用值18.889.5513.47.3滑床：土层的c、分别为31.5kpa和12.8度。岩石的单轴抗压强度为r=10.37mpa。2.4滑坡稳定性及滑坡推力计算结果根据三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求（三峡库区三期地质灾害防治工作指挥部，2004年12月），确定的工况稳定安全系数以及本次课程的要求，本次系数选择如下：工况二：自重+地表荷载+水库坝前175m水位+非汛期20年一遇暴雨，抗滑稳定安全系数fst=1.15.表二：滑坡稳定状态分级表滑坡稳定系数fs=1.001.00fs=1.051.05fs=fst稳定状态不稳定欠稳定基本稳定稳定表三：李家坪滑坡稳定性及剩余下滑力计算成果表工况二（fs=1.15）稳定系数稳定状态剩余下滑推力（kn/m）剖面1-11.065基本稳定1072.3剖面2-21.057基本稳定1120.7剖面3-31.253稳定0剖面4-41.355稳定0剖面5-51.073稳定1089.5剖面6-61.043稳定1142.2 2.5设计要求在满足提高坡体稳定系数，防治滑坡体从桩顶和桩间滑出，并且不产生深层滑动的前提下，本次设计必须还得满足下列要求：1）选择正确的计算方法和公式完成抗滑桩的设计及计算；2）提交设计报告书一份，设计图件一套。图件内容包括：平面布置图；剖面布置图；立面布置图（底图可根据布置位置，利用6条纵剖面进行图切）；桩身配筋图；桩孔配筋图；3）设计附图中包括材料用量、工程量表;3.抗滑桩要素设计3.1抗滑桩整体布置根据资料中给出的平面图、剖面图以及剖面处的剩余滑坡推力可知，在滑坡的中间部分土体是稳定的，故把抗滑桩群分成两块布置，第一部分通过11剖面185m高程和22剖面185m高程相连而成，第二部分由55剖面185m高程和66185m高程相连而成。考虑到两个桩群向中间延伸土体稳定性都逐渐提高，而向外延伸稳定性都还较差，故而11剖面和66剖面向外延伸60m范围内仍需布置抗滑桩，22剖面和55剖面向内延伸30m范围内仍需布置抗滑桩。抗滑桩平面布置位置概图图见图3.图4.详图见附图中的李家坪边坡治理工程平面布置图。剖面处的相关信息见表4.表四：剖面处的相关信息表剖面1-12-25-56-6高程（m）185185185185滑体厚度（m）18131418之间距离（m）12090由上表可知，滑体在不同位置处其厚度是不一样的，且相差比较大，故考虑用两种桩型，两种桩型只是锚固段和自由段的长度不一样。桩型的自由段长14m，锚固段长8m；桩型锚固段长10m，自由段长18m。抗滑桩的具体布置信息图见表五。表五：抗滑桩的具体布置信息图剖面1-12-25-56-6位置向外延伸间距1内部延伸内部延伸间距向外延伸距离60m120m30m30m90m60m布桩数1020551510桩型x10 x15+x5 x5 x5 x10+x5x103.2单桩的桩型型状和型桩除了长度不一样外，其他尺寸都保持一致，桩身混凝土用c20和c25，弹性模量eh=26.5x106kpa，横断面尺寸都为为2mx3m的矩形，截面面积s=6m2，洁面模量w=ba2/6=3m3，截面对桩心的惯性矩i=ba3/12=4.5m4,相对刚度系数ei=0.8ehi=0.8x26.5x106x4.5=95.4x106kn*m2间距l=6m，桩的计算长度bp=2+1=3m。4.抗滑桩的内力计算根据设计，须分别对型桩和型桩进行内力计算，分别取最不利位置处进行验算。型桩在2-2剖面处的下滑力最大，型桩在6-6剖面处的下滑力最大，考虑到滑床中上部主要为紫红色砂岩，泥岩，下部为中-微风化岩体，故抗滑桩锚固段内力计算选用“m”法，滑面处的地基系数a取78000kn/m3,m=39000。现分别对2-2剖面处的型桩和6-6剖面处的型桩进行验算。4.1剖面2-2处型桩的内力计算（1）计算桩的刚度桩的变形系数有=5m*bpei=0.247桩的换算深度*h=0.247*8=1.96762.5，故按照刚性桩计算。（2）荷载计算由已知条件知每根桩承受的最大滑坡推力t有:t=1120.7*6=6724.2kn故滑面处的剪应力有： q0=t=6724.2kn滑坡推力按照矩形分布考虑，则滑面处的弯矩m0有：m0=t2*h=6724.2*7=47069.4kn*m(3)滑面至旋转中心的距离y0=h2a3m0+2q0h+mh4m0+3q0h23a2m0+q0h+mh3m0+2q0h=8*2*78000*3*47069.4+2*6724.2*8+39000*8*4*47069.4+3*6724.2*82*3*78000*2*47069.4+6724.2*8+39000*8*3*47069.4+2*6724.2*8=5.2711m(4)桩的转角=123a2m0+q0h+mh3m0+2q0hbph36aa+mh+m2h2=12*3*78000*2*47069.4+6724.2*8+39000*8*3*47069.4+2*6724.2*83*83*6*78000*78000+39000*8+390002*82=0.003133263 rad（5）桩侧抗力y=(y0-y)(a+my)=(5.2711-y)(78000+39000y)*0.003133263=1288.2279+399.7194y-122.1926y2桩侧应力分布表见表六表六：桩侧应力分布表滑面以下深度（m）桩侧应力（kpa）01288.227911565.75471.6(最大)1614.96621598.896331387.65274932.02395232.00996-712.38937-1901.17378（最大）-3334.3433（6）桩身各处剪应力qy=q0-12abpy(2y0-y)- 16bpmy2(3y0-2y)=6724.2-0.5*78000*3*0.003133263*y*(2*5.2711-y)-0.5*39000*0.003133263 *y2(3*5.2711-2y)=6724.2-3864.683*y-599.5788*y2+122.1972*y3桩身各处剪力详见表七。表七：桩身剪力分布表滑面以下深度（m）剪应力（kpa）06724.212382.13542-2425.90363-6966.73384-10507.1725-12314.0355.2711(最大处)-12409.66-11654.13967-7794.302680经试算得，当y=5.3时qy取得最大值，为-12408.4kpa.（7）桩身各处弯矩值my=m0+q0y-16abpy2(3y0-y)-112bpmy3(3y0-y)=47069.4+6724.2*y-0.5*78000*y2*0.003133263*(3*5.2711-y)-0.25*39000*0.003133263*y3*(2*5.2711-y)=47069.4+6724.2*y-1932.3419*y2-199.8595*y3+30.5493*y4桩身各处弯矩值见表八表八：桩身各处弯矩表滑面以下深度（m）桩身各处弯矩值（kn/m）047069.4151691.94791.5（最大弯矩处）52288.06074251678.3452346929.2097438078.3424526492.7275614272.532474251.107780经试算得最大弯矩在距离滑面1.9m处，其值为33562.84kn/m.(8)地基强度校核考虑到锚固段是比较完整的岩层，抗滑桩的截面为矩形，故而抗滑桩的横向应力应满足：maxkhr 式中：kh在水平方向换算系数，根据岩层构造取0.51.0； 折减系数，根据岩层裂隙、风化以及软化程度取0.30.45； r岩石单轴抗压强度；由已有资料可知，r=10.37*103kpa,根据滑床岩层的具体情况，此处岩层风化程度较弱，所以选取kh=0.85，=0.4.故有max3525.8kpa;地基强度校核具体信息见表九；表九：地基强度校核表桩埋深（m）侧应力（kpa0容许侧应力（kpa）备注01288.22793525.811565.75471.51612.87365最大弯矩处1.61614.965884最大侧应力21598.896331387.65274932.02395232.00995.27110最大剪力处6-712.38937-1901.17378-3334.3433由上侧应力强度校核表可知，桩侧各点的侧应压力均满足要求。桩身的内力图见图5、图6、图7.4.2剖面66处型桩内力计算（1）计算桩的刚度桩的变形系数有：=5m*bpei=0.247桩的换算深度*h=0.247*10=2.472.5，故按照刚性桩计算。（2）荷载计算由已知条件知每根桩承受的最大滑坡推力t有:t=1142.2*6=6853.2kn故滑面处的剪应力有： q0=t=6853.2kn滑坡推力按照矩形分布考虑，则滑面处的弯矩m0有：m0=t2*h=6853.2*9=61678.8kn*m(3)滑面至旋转中心的距离y0=h2a3m0+2q0h+mh4m0+3q0h23a2m0+q0h+mh3m0+2q0h=10*2*78000*3*61678.8+2*6853.2*10+39000*10*4*61678.8+3*6853.2*102*3*78000*2*61678.8+6853.2*10+39000*10*3*61678.8+2*6853.2*10=6.6458m(4)桩的转角=123a2m0+q0h+mh3m0+2q0hbph36aa+mh+m2h2=12*3*78000*2*61678.8+6853.2*10+39000*10*3*61678.8+2*6853.23*103*6*78000*78000+39000*10+390002*100=0.001837907 rad（5）桩侧抗力y=(y0-y)(a+my)=(6.6458-y)(78000+39000y)*0.001837907=952.7203+333.0034y-71.6784*y2桩侧应力分布表见表十。表十：桩侧应力分布表埋深（m）侧应力（kpa）0952.720311214.048921332.02792.3(最大值)1339.46831306.657341137.93715825.86736370.44797-228.32118-970.43979-1855.907910(负向最大值)-2884.7257当深度为2.4时，正向侧应力取得最大值，为1024.2323kpa.（6）桩身各处剪应力qy=q0-12abpy(2y0-y)- 16bpmy2(3y0-2y)=6853.2-0.5*78000*3*0.001837907*y*(2*6.6458-y)-0.5*39000*0.001837907 *y2(3*6.6458-2y)=6853.2-2858.1605*y-499.5054*y2+71.6784*y3桩身各处剪力详见表十一表十一：桩身剪力分布表埋深（m）剪应力（kpa）06853.213567.212521438.1373-4281.51334-7984.11085-10965.43756-13161.96.6(最大值处)-8822.4303417-13043.99698-11281.08889-7076.6283100（7）桩身各处弯矩值my=m0+q0y-16abpy2(3y0-y)-112bpmy3(3y0-y)=61678.8+6853.2*y-0.5*78000*y2*0.001387907*(3*6.6458-y)-0.25*39000*0.001837907*y3*(2*6.6458-y)=61678.8+6853.2*y-1429.0809*y2-166.5018*y3+17.9196*y4桩身各处弯矩值见表十二。表十二：桩身弯矩分布表埋深（m）弯矩值（kn/m）061678.8166954.33691.9(最大值处)68632.39268623.5756366332.6109460157.608550604.8025638610.5004725541.0781813192.982493792.7305100(8)地基强度校核同理有maxkhr=3525.8kpa地基强度校核表见表十三。表十三：地基强度校核表埋深（m）侧应力（kpa）容许侧压力（kpa）备注0952.72033525.811214.04891.91326.681弯矩最大处21332.02792.31339.468侧应力最大处31306.657341137.93715825.86736370.44796.60剪应力最大处7-228.32118-970.43979-1855.907910-2884.7257从上表可知，桩身各点的桩侧应力都是满足要求的。桩身内力分布图见图8，图9，图10.5桩的结构计5.1型桩结构设计计算（1）桩身截面受弯承载力计算配置纵向受力筋根基型桩的内力分布图，纵向受力筋选用hrb335(级)带肋筋，控制截面选取弯矩最大截面处，即滑动面以下1.5m，mmax=52288.0607kn/m,混凝土选用c20，保护层厚度为80mm，设为双层布筋，则有效高度h02800mm；计算控制截面处混泥土的受压区高度x=1fcbh0-12fc2b2h02-2fcbmfcb结构面重要性系数取1.0，代入相关参数，则有：x=1.0*9.6*2000*2800-12*9.62*20002*28002-2*9.6*2000*52288.0607*10619200=1252.96mm;计算控制截面受力钢筋截面积：a=mfy(h0-x2)=52288.0607*1063000*(2800-1252.962)=80189.5mm2选择66根40钢筋，则实有as=82938mm2;满足要求；验算：xb*h0=0.55*2800=1540x=1252.900.2%，故满足要求。布置方式按照3根一束，共22束，靠近桩边一侧布置12束，内侧布置10束。（2）根据设计剪力布置箍筋先对是否需要配箍筋抵抗剪力进行验算：0.7ftbh0=0.7*1.1*2000*2800=4312kn12409.6kn所以需配置箍筋，选择hpb235级钢筋进行配置：asvs=v-0.7ftbh01.25fyvh0=12409.6-4321*1031.25*210*2800=11mm2/mm选用四肢箍，间距为250mm，则箍筋的单肢面积有：asv1=11*250/4=687.5mm2选用30hpb235级钢筋，则实际asv1=706.8mm2此时，h0b=280020001.44,必须满足条件v0.25*c*fc*b*h0=0.25*1.0*9.6*2000*2800=1.344*107v=1.24096*107n0.1257%满足要求。上述计算的纵向受力筋布置于截面的受拉侧，即近山侧，远山测配置构造筋以形成骨架，此处选用12根hrb级30，另外各选10根hrb335级30布置于抗滑桩两侧边，详图见附图中的抗滑桩结构设计图。5.2型桩结构设计计算（1）桩身截面受弯承载力计算配置纵向受力筋考虑到此桩所受的弯矩较大，采取三排布置钢筋，混凝土选择c25，钢筋则有效高度h0=2760mm;计算控制截面处混泥土的受压区高度x=1fcbh0-12fc2b2h02-2fcbmfcbx=1.0*11.9*2000*2760-12*11.92*20002*27602-2*11.9*2000*68632.39