岩土锚固与支挡工程》课程设计.docx

目录1滑坡概况31.1地形地貌31.2气象水文31.3地层岩性31.4滑坡边界特征31.5滑体物质组成41.6滑带特征41.7滑床特征51.8滑坡潜在危害52.治理工程总体设计52.1等级划分、工况及安全系数52.2设计依据规范及相关教材及参考书62.3设计标准62.4设计参数72.5稳定性计算82.5.1剖面计算82.5.计算模型82.5.3计算结果92.6治理工程总体布置92.7治理工程分项设计92.7.1分项工程设计92.7.2工程量103.附件-设计计算书113.1稳定性计算书（包括稳定性计算与设计推力）11剖面-工况一滑坡推力计算11剖面-工况二滑坡推力计算12剖面-工况三滑坡推力计算12剖面-工况一滑坡推力计算13剖面-工况二滑坡推力计算13剖面-工况三滑坡推力计算143.2支挡结构计算书143.2.1确定抗滑桩的位置143.2.2拟定桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距143.2.3计算作用在抗滑桩上的各力153.2.4确定地基系数，选择K法或者M法163.2.5判断桩的性质173.2.6受荷段内力计算173.2.7锚固段内力计算183.2.8地基强度校核193.2.9根据计算结果，绘制内力图203.2.10配筋计算20（1）根据设计弯矩计算纵向受力钢筋21（2）根据设计剪力配箍筋22岩土锚固与支挡工程课程设计 题I-(抗滑桩设计) 1滑坡概况1.1地形地貌该滑坡位于成都地区某河左岸某村，海拔高程位于235270m之间，相对高差35m，坡度变化较大，约530，呈阶梯状，前缘、后缘及台地之间交接部位较陡，发育多条“V”型冲沟，深度110m。滑坡区纵向长约110m，横向宽约200m，面积约1.7104m2，平均厚度约10m，体积约17104m3。设计基本地震加速度为0.10g（抗震设防烈度为7度）。1.2气象水文该区域属亚热带季风气候区，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。多年平均气温16.618.7，极端最低气温-4.5（1961年1月17日），极端最高温42（1961年7月24日），相对湿度80%左右；年降雨量1149.31213.5mm，其中59月降雨量占全年降雨量的70%，9月份出现高峰值，占全年降雨量的15.6%，冬季（12月至次年2月）降雨量最少，仅占全年降雨量的4.2%，日最大雨量220.5mm(1982年7月11日)，三日最大雨量357.7mm。根据当地水文资料，设计暴雨强度为0.153mm/min。1.3地层岩性勘察区地层由坡积物、滑坡堆积物及侏罗系上统沙溪庙组（J2s）组成。坡积物（Q4dl）：厚约13m，为紫红色粉质粘土夹块碎石，块碎石直径0.10.5m，含量约1520，主要分布于山间凹地、平台及斜坡坡脚地带。滑坡堆积（Q4del）：粘性土夹碎石或碎块石夹粘性土，厚度不均，约830m。1.4滑坡边界特征滑坡后缘以处于陡坡上部的平缓台地与田坎交界处为界，陡坡上部平缓处可见地面裂缝；前缘直至坡脚；两侧以冲沟为界。滑坡范围内，田地里可见长度约50m，宽约3-5cm裂缝，走向185；某居民住宅地坪可见裂缝长7.0m，宽宽1-3cm，走向175，地面下沉约210cm，该裂缝于2004年9月出现，以后逐年加宽；某居民房屋可见拉张裂缝、地面裂缝等现象，裂缝走向约195。1.5滑体物质组成含碎块石粉质粘土：表层为耕植土，含少量碎石及植物根系，褐黄色褐红色，硬塑可塑状，结构略显松散，韧性干强度中等，刀切面稍有光泽，碎石主要成分为强风化砂岩，棱角状，粒径0.20.5cm，块石主要成分为砂岩，棱角状，直径0.33m不等。该层土石比一般8:27:3，大重度平均值为19.68kN/m3。块碎石土：紫红色、褐色、灰色，块石主要成分为砂岩，偶见中风化泥岩，碎石主要成分为强风化砂岩，块碎石间充填有褐黄色红棕色，粉质粘土呈可塑硬塑状，结构较密实。该层土石比一般4:62:8，大重度平均值为20.80kN/m3。1.6滑带特征滑带土为含碎石角砾粉质粘土，呈紫红色、褐黄色，褐灰色，厚0.10.3m。粉质粘土以可塑状为主，局部呈软塑状，干强度中等，韧性中等，手捻滑感明显。分布在滑体底部与基岩接触面之间。其主要物理力学指标如下：土体设计参数表序号项 目单 位滑带土滑体土1重度天然kN/m3-19饱和kN/m3-202抗剪强度然天CkPa20（剖面1）22（剖面2）32度15（剖面1）17（剖面2）20饱和CkPa15（剖面1）17（剖面2）24度11（剖面1）13（剖面2）133地基承载力kPa-3004基底摩擦系数0.30天然含水量在18.122.8%之间，平均值为19.96%；天然重度19.621.2kN/m3，平均值为20.47kN/m3；饱和重度20.421.3kN/m3，平均值为20.81kN/m3；天然孔隙比在0.5110.665之间，塑性指数10.316.8，液限指数0.120.48。滑带土天然抗剪峰值强度：内聚力C=2466kPa，内摩擦角=11.216.5；天然抗剪残余强度：内聚力C=1536kPa，内摩擦角=7.111.9；饱和快剪峰值强度：内聚力C=1436kPa，内摩擦角=6.710.8；饱和快剪残余强度：内聚力C=1128kPa，内摩擦角=4.07.0。1.7滑床特征滑床为侏罗系中统上沙溪庙组中风化砂岩，较完整，强风化层基本不可见。砂岩天然重度23.23-25.19kN/m3。表1岩石设计参数表序号项 目单 位中风化砂岩1重度天然kN/m324饱和kN/m3252抗压强度天然MPa17饱和MPa133锚固体与砂岩粘结强度kPa10004地基承载力MPa2.005锚杆与砂浆粘结强度kPa砂浆标准抗压强度10%6地基系数（K）MN/m31507岩石侧应力容许值kPa30008基底摩擦系数0.401.8滑坡潜在危害危害人数为1105人，可能直接经济损失约1550万元。2.治理工程总体设计2.1等级划分、工况及安全系数 表2 一般滑坡防治工程分级级别 危害对象县级和县级以上迁建城市，或重要桥梁，国道专项设施主要迁建集镇县级和县级以上工矿企业，省道以及一般专项设施一般迁建集镇。乡镇工矿企业，重要的农民居民点受灾程度危害人数（人）25025030100010005005000500010001000100由于该工程危害人数大于1000人，直接经济损失大于1000万元，所以该滑坡为级防治工程。表3 防治工程等级及安全系数说明表工程等级级级级工况1.351.251.15工况1.251.201.10工况1.151.101.05该工程工况一：自然;安全系数取1.35该工程工况二：自然+暴雨；安全系数取1.25该工程工况三：自重+暴雨+地下水；安全系数取1.152.2设计依据规范及相关教材及参考书滑坡防治工程勘查规范（DZ/T 0218-2006）；滑坡防治工程设计与施工技术规范（DZ/T 0219-2006）；岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）；建筑边坡工程技术规范（GB 50330-2002）；建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）；公路路基设计规范(JTG D30-2004)；铁路路基支挡结构设计规范（TB 10025-2006）；混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)；岩土支挡与锚固工程（教材）2.3设计标准岩土支挡和锚固工程对暴雨，地震作用的荷载强度标准，可参照滑坡防治工程设计与施工规范（DZ/T0219-2006）中的相应规定，即：暴雨强度按10100年重现期计；地震荷载按50100年超越概率为10%的地震加速度计。 表1 滑坡防治工程荷载强度标准滑坡防治工程级别暴雨强度重现期/a地震荷载（年超越概率10%）/a设计校核设计校核50100501002050501020由以上可以得出决定工程的使用年限为50年。 2.4设计参数土体设计参数表序号项 目单 位滑带土滑体土1重度天然kN/m3-19饱和kN/m3-202抗剪强度然天CkPa20（剖面1）22（剖面2）32度15（剖面1）17（剖面2）20饱和CkPa15（剖面1）17（剖面2）24度11（剖面1）13（剖面2）133地基承载力kPa-3004基底摩擦系数0.30表1岩石设计参数表序号项 目单 位中风化砂岩1重度天然kN/m324饱和kN/m3252抗压强度天然MPa17饱和MPa133锚固体与砂岩粘结强度kPa10004地基承载力MPa2.005锚杆与砂浆粘结强度kPa砂浆标准抗压强度10%6地基系数（K）MN/m31507岩石侧应力容许值kPa30008基底摩擦系数0.402.5稳定性计算2.5.1剖面计算2.5.2计算模型一般是利用地质勘探的方法来确定滑面的位置后，即可进行稳定性评价和滑坡推力的计算。如果沿着滑面上的滑体的滑动力大于滑面上的抗滑力，就会发生滑坡，这是推力的计算结果可为所需设置的支挡结构提供设计荷载，稳定性分析和滑坡推力计算的一种比较简单而又实用的方法，就是条分发，该方法将滑面以上的土体分成若干垂直土条，对作用在个土条上的力进行力与力矩的平衡分析，这种方法有很多，下面我们用众多规范推荐的方法，就是传递系数法。剩余下滑力：Fn=Fn-1+tGnsinn-Gncosntann-cnln传递系数：=cosn-1-n-sinn-1-ntann式中，Fn，Fn-1第n块、n-1块滑体的剩余下滑力； 传递系数； Gn第n块滑块的自重力； n第n块滑块沿滑动面土的内摩擦角标准值； cn第n块滑块沿滑动面土的粘聚力标准值； ln第n块滑块沿滑动面的长度。2.5.3计算结果由附件的剖面计可以看出经由取剖面-的工况二的剩余下滑力为最大值，取剩余下滑力为1168.95KN2.6治理工程总体布置见附图2.7治理工程分项设计2.7.1分项工程设计（1）施工准备：按工程要求进行备料，选用材料的型号、规格符合设计要求，有产品合格证和质检单。钢筋应专门建库堆放，避免污染和锈蚀。使用普通硅酸盐水泥。砂石料的杂质和有机质的含量应符合混凝土结构工程施工及验收规范的有关规定。（2）桩孔开挖：当采用人工挖孔桩时要遵循下列原则：开挖前应平整孔口，并做好施工区的地表截、排水及防渗工作。雨季施工时，孔口应加筑适当高度的围堰；采用间隔方式开挖，每次间隔12孔；按由浅至深、由两侧向中间的顺序施工；每开挖一段应及时进行岩性编录，仔细核对滑面的情况，综合分析研究，如实际位置与设计位置有较大出入时，应将发现的异常及时向建设部门和设计人员报告，及时变更设计；松散层段原则上以人工开挖为主，孔口做锁口处理，桩身做护壁处理，在滑动面附近的护壁应予加强。（3）钢筋笼的制作：钢筋笼的制作与安装可以根据场地的实际情况按下述要求进行：钢筋笼尽量在孔外预制成型，在孔内吊放竖筋并安装。孔内制作钢筋笼时必须考虑焊接时的通风排烟，竖筋的接头采用双面搭接焊、对焊或冷挤压。接头点错开。竖筋的搭接处不得放在土石分界和滑动面出。井孔内出现渗水量过大时，应采取强行排水、降低地下水位措施。（4）桩芯混凝土灌注：桩孔应经检查合格后方可进行混凝土的灌注，所准备的材料应满足单桩连续灌注。当孔底积水厚度小于100mm时，可采用干法灌注；否则应采取措施处理。当采用干法灌注时，混凝土应通过串筒或导管注入桩孔，串筒或导管的下口与混凝土面的距离为1m3m。桩身混凝土灌注应连续进行，一般不留施工缝。当必须留置施工缝时，应按混凝土结构工程施工验收规范有关规定进行处理。桩身混凝土，没连续灌注0.50.7m时，应插入振动器捣密实一次。对出露地表的抗滑桩应及时拍专人用麻袋、草帘加以覆盖并浇清水进行养护，养护期应在7天以上。桩身混凝土灌注过程中，应取样做混凝土试块。每班、每百万立方米或搅白百取样应不少于一组。若孔底积水深度大于100mm，但有条件排干是，应尽可能采取增大抽水能力或增加抽水设备等措施进行处理。若孔内积水难以排干，应采用地下水灌注方法进行混凝土施工，保证桩身混凝土质量。水下混凝土必须具有良好的和易性，其配合比按计算和实验综合确定。水灰比宜为0.50.6，坍落度宜为160mm200mm，砂率宜为40%50%，水泥用量不宜少于350KN/m3。灌注导管应位于桩孔中央，底部设置性能良好的隔水栓。导管直径宜为250mm300mm。导管使用前应进行实验，检查水密、承压及接头抗拉隔水性能。进行水密实验的水压不应小于孔内水深的1.5倍压力。（5）施工安全注意事项：监测应与施工同步进行。当滑坡出现险情并危害到施工人员安全时，应及时通知人员撤离。孔口必须设置围栏，用以防止地表水、雨水流入。严格控制非施工人员进入现场。人员上下可用卷扬机和吊斗等升降设施，同时应准备软梯和安全绳备用。孔内有重物起吊时，应有联系信号，统一指挥。升降设备应由专人操作。井下工作人员必须带安全帽，不宜超过两人。每日开工前必须检测井下的有害气体。孔深超过10m后，或10m内有CO、C0_2、NO、NO_2甲烷及瓦斯等有害气体含量超标或央企不足时，均应使用通风设施向作业面送风。井下爆破后，必须向井内通风，把烟尘全部排出后，方能下井作业。井下照明必须采用36V安全电压。进入井内电气设备必须接零接地，并装设有漏电保护装置，防止漏电触电事故。井内爆破前必须经过设计计算，避免药量过多造成孔壁坍塌。须由已取得爆破操作证的专门技术工人负责。起爆装置宜用电雷管，若用导火索时，其长度应能保证点炮人员安全撤离。另外，抗滑桩属于隐蔽工程，施工中，应做好各种施工和检验记录。对于发生的故障及其处理情况，应记录备案。2.7.2工程量本次工程共布置抗滑桩42根，每根长10m，锚固段长度取4m，桩截面为3m2m，用钢量为3086kg。故，总共所需要的钢筋数为：123.65 t；总共需要挖方体积为：2400m；总共需要的混凝土体积为：2520m。3.附件-设计计算书3.1稳定性计算书（包括稳定性计算与设计推力）剖面-工况一滑坡推力计算剖面-工况二滑坡推力计算剖面-工况三滑坡推力计算剖面-工况一滑坡推力计算剖面-工况二滑坡推力计算剖面-工况三滑坡推力计算3.2支挡结构计算书3.2.1确定抗滑桩的位置根据稳定性计算所得结果，以实际较为平缓地区确定抗滑桩位于第10条块的位置，即为据前缘12.95m处，高程约225.5m处，剩余下滑力为1168.95KN3.2.2拟定桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距桩长和锚固深度1.抗滑桩的放置，应注意尽可能利用岩土体本什么的潜在强度，以求经济合理，抗滑桩一般设置在滑坡体前沿抗滑地段，桩埋入滑面以下。稳定地层内的适宜锚固深度，与该地层的强度，桩所受的滑坡推力，桩的刚度，以及如何考虑滑面以上桩前的抗力有关，桩的长度和锚固深度需经过计算确定。2.桩的位置确定以后，桩的全长等于桩在滑体内的长度加上桩的锚固深度。桩的锚固深度不确定时，桩就有被推倒的危险，锚固深度太深即增加施工困难，又不经济。一般锚固深度约为桩长的1/21/43.抗滑桩的桩长宜小于35m，对于滑面埋深大于25m时，采用抗滑桩阻滑时，应充分论证其可行性桩间距桩间距一般决定于滑坡推力大小，滑土体的密度，和强度，桩的截面的大小，桩的长度和锚固深度，以及施工条件等因素。通常在滑坡主轴附近间距小，两侧间距较大，一般采用桩间距6m10m，对于较潮湿的滑体和较小的截面桩，可布置成23排，按品字形或梅花形交错布置。多排桩中每桩所受的滑坡推力，可从滑体土的密实程度，和潮湿程度，以及施工便利方面来考虑，选定，一般上下排的间距可用桩截面宽度的23倍。桩的截面尺寸钢筋混凝土抗滑桩的截面尺寸有矩形，圆形，挖孔桩多采用矩形截面，当滑坡力方向难以确定时，采用圆形桩，设计中一般采用矩形为主，受力面为短端，侧面为长边。桩的截面尺寸根据滑坡推力大小，桩间距以及锚固地段的横向容许抗压强度等确定。为了便于施工挖孔桩最小边宽度不宜小于1.25m，长边一般为2m4m。根据规范，拟定抗滑桩各项参数如下截面尺寸：长X宽=3mX2m桩间距：6m桩长：10m，其中，埋置深度：4m，受荷段长度：6m3.2.3计算作用在抗滑桩上的各力剩余下滑力：1168.95 KN计算被动土压力：EP=0.51h12tan2(450+/2)EP=0.52062tan2(450+1102）=436.71KN该土压力按矩形分布，因此每延米的土压力为q=Ep6=72.79KN/m桩前的抗力取剩余抗滑力和被动土压力的小值，由于传递系数法只传递推力不传递拉力，经过以上计算得出桩前图抗力为0kN每根桩所承受的水平推力为T=1168.956=7015.65Kn滑坡推力按照矩形分布q1=Th,=7015.656=1168.95kN/m滑面处剪力Q0=T-P=7745.28-0=7015.65KN滑面处弯矩M0=（T-P)h,2=7015.653=20146.95kNm3.2.4确定地基系数，选择K法或者M法岩石设计参数表序号项 目单 位中风化砂岩1重度饱和kN/m3252抗压强度饱和MPa133地基承载力MPa2.004地基系数（K）MN/m31505岩石侧应力容许值kPa30006基底摩擦系数0.40由上表得出地基系数为150 MN/m3。，因此确定使用K法计算抗滑桩的内力。3.2.5判断桩的性质计算宽度BP=b+1=2+1=3m截面对桩中心惯性矩 I=ba312=23312= 4.5m4 =4cBP4EI=41500003495.4106=0.185 h=0.1855=0.9251 相对刚度系数E=0.8EI=0.826.5106=95.4106KN/m3确定该抗滑桩为刚性桩3.2.6受荷段内力计算因为该抗滑桩上面计算出来我们确定为刚性桩，该刚性桩的滑坡推力按矩形分布，即作用在桩体为均布荷载，且剩余抗滑力为0，因此该受荷段内力计算可按悬臂梁计算。其中，滑面处为固定端，桩顶为自由端。滑坡推力按矩形分布q1=Th,=7745.286=1168.95kN/m剪力Q=q(l-y)=1168.95 (6-y)=7015.65 -1168.95y剪力最大点为y=0，Q=7015.65KN/m弯矩M=q(l-y)22=1168.95(6-y)22=20146.95-7015.65y+584.47y2当y=0时，Mmax=20146.95KN/m3.2.7锚固段内力计算y0=h(3M0+2Q0h)3(2M0+Q0h)y0=4(320146.95+27015.654)3(220146.95+7015.654)=2.27j=6(2M0+Q0h）BPAh3j=6(220146.95+7015.654)315000053=0.0073rad侧向弹性抗力为sy=(y0-y)jA sy=2.27-y0.0073150000=2485.65-1095y桩侧抗力最大点位置：y=0m sy=2485.65kN/mm2桩身各点剪力QY=Q0-12ABPjy(2y0-y) Qy=7015.65-1215000030.0073y22.27-y =1642.5y2-7456.95y+7015.65剪力最大点为y=2.27 Qy=-1446.97KN/m y=0 Qy=7015.65KN/m经验算，剪力 Qy=0即弯矩的极值点 y1=1.33; y2=3.2桩身各点弯矩 My=M0+Q0y-16ABPjy23y0-y =20146.95+7015.65y-1615000030.0073y232.27-y =20146.95+7015.65y-3728.48y2+547.5y3y1=1.33; MY=24170.24 KN/my2=3.2；My=22357.87KN/m所以Mmax=24170.24KN/m3.2.8地基强度校核已知，岩石侧应力容许值为3000kpa,smaxkHhR 其中kH在水平方向的换算系数，根据岩层取0.51.0 h折减系数，根据岩石裂隙，风化及软化程度取0.30.45 R岩石单轴抗压强度kHhR=10.413000=5200kpasy max=2485.65kpa3.2.9根据计算结果，绘制内力图3.2.10配筋计算根据抗滑桩内力计算结果，采用C20混凝土，HRB335钢筋配置此抗滑桩桩长10m，锚固段4m，受荷段6m，抗滑桩截面长x宽=3x2（1）根据设计弯矩计算纵向受力钢筋取两个控制截面考虑配筋。-截面为弯矩最大值处y=1.33; MY=24170.24KN/m。II-II截面取为地下4m深处截面MY=9427.18若结构重要性系数取1.0，混凝土保护层厚度取80mm,若为单排布筋，截面有效厚度约为2900mm钢筋受压区高度为x=a12fcbh0a12fc2b2h02-2fcbMfcb按简化得到 As=Mfy(h0-x2)桩身截面受弯承载力计算I-I截面配筋计算:x=a12fcbh0a12fc2b2h02-2fcbMfcb =129.620002900129.622000229002-29.6200024170.241069.62000 =485.2mmAs=Mfy(h0-x2)As=24170.24106300 (2900-485.22)=30192