（地质工程专业论文）双排桩的特性与工程实例分析.pdf

桂林工学院硕士学位论文 ! ! 竺烹墨m h i ii _一i i i i |i l l l l l l l l i l l l l l l l l l l l l l l l 。! = = = = ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 捅姜 双排桩是一种新型的支护结构，它是由两排平行的钢筋混凝土桩以桩间的联 系梁形成的空间门架式结构体系。它利用超静定刚架结构随支撑条件及荷载条件 的变纯丽露动调整结构内力的特性，解决支护闻题，具有适应性强、安全度高、 施工方便等多种优点。双排桩特殊的空间组合类悬臂支护结构使得它近年来在深 基坑、道路边坡工程中得到了广泛运用。 本文首先阐述双排桩的四种最常见的布桩形式及结构特征，药后面工程实例 中双排桩采用并列式的结构作了铺垫；分析了双排桩的作用机理和计算方法，之 后利用有限元的原理讨论其受力特点和影响因素，最后指出了双排桩的优缺点。 第三章结合实例讨论双排桩在治理滑坡中的应用，分别讨论了单排悬臂桩、 锚拉桩与双排桩在治理残坡积滑坡堆积层及残坡积粘性土层为主的滑坡中在设 计与施工上的差异性，分析了前期治理方案及施工情况，指出前期治理不可行的 主要原因是三次锚索试验孔施工的失败从丽导致路基开挖时淆坡严重失稳。在此 基础上采用双排桩法对该滑坡进行补充治理，并探讨了双排桩的施工工艺，采取 跳桩法进行施工，并讨论了跳桩法施工的主要原理。 第四章主要分析了双排桩在施王期间及工后滑坡的变形特征，认为在施工过 程中出现局部变形过大且有持续变形产生的主要原因是双排桩新增第二排桩在 施工中对滑坡进行路基开挖以及开挖质两排桩之间未用顶梁联接造成的。监测数 据显示滑坡治理后各项变形量很小，坡体不存在蠕动现象，最终证明了悬臂桩和 锚拉桩的不可行性以及双排桩的可行性。 论文在最后总结了以上各章的内容，突出了文章的主旨及研究意义。 关键词：双排桩；滑坡治理；作用机理：稳定性评价；实例分析 桂林工学院硕士学位论文 ! ! ! 慰烹! m i i i i i 一m - - 一ii i i | i i i i i i i i i i i i i i i i 一- - ! ! ! 竺竺苎苎竺! ! ! 竺! ! 竺 a b s t r a c t d o u b l e r o wi san e wt y p eo fs u p p o r ts t r u c t u r e ，i ti sb yt w or o w s p a r a l l e lt ot h ep il eo fr e i n f o r c e dc o n c r e t ep il e si nt h eli n kb e t w e e nt h e d o o rb e a mf o r m i n ga i rs p a c es t r u c t u r e i tu s e su l t r a - f r a m es t r u c t u r ew i t h t h es u p p o r tc o n d i t i o n sa n dt h ec h a n g e si nl o a dc o n d i t i o n sa n d a u t o m a t i c a l l ya d j u s tt h es t r u c t u r eo ft h ei n t e r n a lf o r c et or e s o l v e s u p p o r tp r o b l e m s ，as t r o n ga d a p t a b i1it ya n dh i g hs e c u r it y ，c o n s t r u c t i o n a n do t h e rc o n v e n i e n c ea d v a n t a g e s d o u b l e r o wc o m b i n a t i o no fs p e c i a ls p a c e c a n t i l e v e rs u p p o r t i n gs t r u c t u r em a k e si td e e pp i ti nr e c e n ty e a r s ，r o a d s l o p ee n g i n e e r i n gh a sb e e nw i d e l yu s e d 。 t h i sp a p e rf i r s td u a lp i l eo nt h ef o u rm o s tc o m m o nf o r mo ft h ep i l e a n d + s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c s ，f o re x a m p l ew o r k sb e h i n dap i l eo fd o u b l e p a r a l l e ls t r u c t u r em a d ef o r e s h a d o w i n g ：p i l eo fd u a lm e c h a n i s ma n dt h er o l e o fc a l c u l a t i o nm e t h o d ，a f t e rt h ep r i n c i p l eu s eo ff i n i t ee l e m e n td i s c u s s i t sc h a r a e t e r i s 专i e sa n d t h ei m p a c to ff a c t o r s ，p o i n t e do u tt h ea d v a n t a g e s a n dd is a d v a n t a g e so fad o u b l er o wp i l e 。 c h a p t e ri i id i s c u s s e dw i t he x a m p l e so fd u a lg o v e r n a n c el a n d s l i d ep i l e i nt h ea p p li c a t i o nw e r ed i s c u s s e ds i n g l er o wc a n t i l e v e rp il e ，a n c h o rp i l e s a n dp il e sd o u b l ei nt h eg o v e r n a n c eo fr e s i d u a ls l o p el a n d s li d el a y e ra n d t h er e s i d u a lc l a ys l o p eo ft h ep l o tb a s e dl a n d s l i d ei nt h ed e s i g na n d c o n s t r u c t i o no ft h ed i f f e r e n c e s ，o ft h ep r e c o n s t r u c t i o na n dg o v e r n a n c e p r o g r a m m e ，p o i n t e do u tt h a tt h em a i nr e a s o nf o rp r e t r e a t m e n ti s n o t f e a s i b l et h r e e - a n c h o re x p e r i m e n tr e s u l t i n gi nt h ef a i l u r eo ft h e c o n s 乞r 疆e 专主。鞋e x c a v a t i o n ，s u b g r a d el a n d s l i d es e r i o u si n s t a b i l i t y 。0 nt h i s b a s i s ，t h eu s eo fd o u b l e r o wp i l el a n d s l i d ea d d e dg o v e r n a n c e ，a n dt o e x p l o r et h ec o n s t r u c t i o no ft h ed o u b l e r o wp i l e ，j u m p e dt oap i l eo f c o n s t r u c t i o n ，a n dd i s c u s s e dt h ec o n s t r u c t i o no fp i l ej u m p e dt h em a i n p r i n c i p l e c h a p t e ri vo ft h ed o u b l em a i np i l ed u r i n gc o n s t r u c t i o na n d p o s t - l a n d s li d ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c st h a t ，i nt h ec o n s t r u c t i o no f l o c a ld e f o r m a t i o no c c u r r i n gi nt h ep r o c e s so fal a r g ea n ds u s t a i n e d d e f o r m a t i o ni st h em a i nr e a s o nf o rt h en e wd o u b l e r o wd i l ei nt h es e c o n d r o wp i l ec o n s t r u c t i o ns u b g r a d ee x c a v a t i o no ft h el a n d s l i d ea n de x c a v a t i n g t h ep il eb e t w e e nt w or o w so fu n u s e dr o o fc o n n e c t e dt oi t l a n d s li d e m o n i t o r i n gd a t as h o wt h a ta f t e rt r e a t m e n tt h ed e f o r m a t i o no fs m a l ls l o p e c r e e p i n gp h e n o m e n o nd o e sn o te x i s t ，a n du l t i m a t e l yp r o v e dc a n t i l e v e r p i l e sa n da n c h o rp i l e sn o tf e a s i b i l i t ya n dt h ef e a s i b i l i t yo fd o u b l e ”r o w p i 主e p a p e r sf i n a lc h a p t e r sw i t hm o r et h a nd o u b l et h ec o n t e n to ft h ep il e as u m m a r yo ft h eu t i l i t y ，h i g h li g h t e dt h em a i nt h r u s to ft h ea r t i c l ea n d r e s e a r c hsig n if ic a n c e k e yw o r d s ：d o u b l ep il e ：l a n d s li d eg o v e r n a n c em e c h a n i s m ，s t a b i1i t y e v a l u a t i o n ：c a s ea n a l y s i s l l 桂林工学院硕士学位论文 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在包惠明教授指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文 中作了明确的说明并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ：a 叠壶垡 签字日期：坦笸：互j 版权使用授权说明 本入完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照 学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学校有权保存学位论文的印刷本和 电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它 复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部 内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 学位论文作者( 签字) ： 指导教师签字： 签字目期： 塑垃 髭丝 0 丸晒器。 桂林工学院硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究意义以及国内外研究现状 1 1 。1 课题的研究意义 滑坡，它与由崩、泥石流一样，惫害相当大，破坏性极强。它破坏道路、桥 梁，堵塞河道，毁坏工厂、矿山、农网、工程设施和居民住地，同时还严重破坏 生态环境。滑坡给国家经济建设和入民生命财产造成了巨大的损失。目本九州发 生嚣一起大滑坡，使l5000 入丧生；瑞士的次滑坡，有so00 入死亡； 意大利北部发生的一起大滑坡，因3 亿立方米的岩层滑入一座水库，而摧毁了水 库设施，导致下游50 00 个村镇被淹没，20 00 多入丧生这种自然灾害 凡乎每年都有发生。因此滑坡静治理不仅对全国包括全超赛都具有十分重要的研 究意义n 1 。 对滑坡治理通常采用削坡、减重爱压、设置抗滑挡墙、抗滑桩、链固和预应 力锚固、抗滑键等方法。其中抗滑桩的原理就是抗滑桩系穿过滑体深入于滑床的 桩柱，用以支挡滑体的滑动，已在国内外广泛采用。 双排楗是一种新型的支护结构，它是由两排平行的钢筋混凝主桩以桩闻的联 系梁形成的空闻门架式结构体系。这种结构具有较大的瘸向剐魔，可以有效地限 制围护结构侧向变形，因而其围护深度比一般悬臂式围护结构深。与单排悬臂结 构、内撑式圈护结构相比，其具有施王方便，不用设置蠹支撑，挡土结构受力条 件好等优点，因琵在工程中得到了广泛的应用溯。 双排桩作为一种特殊护坡结构在于它的前桩坷后桩之问用刚性节点和刚性 横粱联成一个整体单元，是三次超静定结梅，它利用超静定疆絮结构随支撑条件 及荷载条件的变纯丽自动调整结构肉力的特性，解决边坡支护润题，具有适应性 强、安全度商、施工方便等多种优点。与常用的悬臂桩和锚拉桩相比，双排护坡 桩具有下列特点： 王) 双排护坡桩有较大的侧向剐度，可以有效地限制支护结构的侧向变鼯，不 需设置锚杆或支撑。在一定范围内用双排护坡桩代替悬臂式单桩，可降低材料用 料3 0 以上；在不能采雳褥抒酶工程场地移地质条件下焉双排护坡桩筏替锚挝桩 更显示其独特的优越性。 桂林工学院硕士学位论文 2 ) 双排护坡桩可以随下端支承情况的变化自动调整其土下端的弯矩，丽时可 以自动调整结构各部分内力，以适应复杂多变的载荷作用位置。 3 ) 双排护坡桩的接点为刚性节点，桩梁之间不能相互转动，可以抵抗弯矩。 综上所述，双排桩特有的结构模式与其它桩楣比具有很多优势，在实践中充 分利用它的优势来治理滑坡往往会达到事半功倍的效果。 1 1 2 双排抗滑桩的发展历史及研究现状 欧美冒家麸1 9 世纪中时就开始了对滑坡灾害防治的研究，但由于对滑坡的 性质和变化规律认识不深，对大、中型滑坡只能采取绕避，对小型滑坡则采取削 方减载、反压以及抗滑挡土墙等措施进行治理。第二次世界大战结束后，随着各 国技术和经济发展，挡壤成为滑坡治理靛主要支挡结构形式。上世纪一7 0 年代，抗滑桩得到广泛应用，欧美国家和前苏联多采用钢筋混凝土灌注桩，日本 则多采用钻孔钢管灌注桩。7 0 年代中后期，在深入研究抗滑桩的受力状态和设 计理论的霹时，研究开发了双排桩等薪的结构形式泓疑嘲。 我国对滑坡灾害进行系统研究和治理，始予2 0 世纪年代，主要学习原苏联 的经验，在滑坡治理中首先考虑地表和地下排水工程，支挡工程主要是各种形式 的挡土墙。鼹重力式挡主墙治理大型滑坡常常工程浩大，施工网难，有时还会造 成滑坡加速滑动，危及施工安全。6 0 年代中期，在成昆线建设中，采用大截面 挖孔钢筋钢轨混凝土抗滑桩获得成功，由于它抗滑力大，施工方便，很快在铁路 及其它彳予业褥到广泛应用。? 0 年代中后期，在深入研究抗滑桩的受力状态和设 计理论的同时，又研究开发了排架桩、刚架桩、椅式桩墙等新的结构形式。 由于双排桩支护结构在工程中的优异表现，引起理论和工程界的重视，先后 有较多相关文献探讨其受力特点与计算方法。例如，黄强疆1 在文章深基坑支护工 程设计技术中，假定桩后土体为刚塑体，不考虑土与桩之间的摩擦力，运用极限 平衡原理计算主动土压力，分析了由于后排桩的存在及桩排距对桩后土体剪切角 的影响；余恚成，施文华转在文章深基坑支护设计与旎工中，根据两摊桩之闽的滑 动土体重量占桩后滑动土体总重量的比例关系确定前后排桩所受的侧土压力，并 对不同的布桩形式给出了相关的计算关系式；张弘啪1 在文章深基坑开挖中双摊桩 支护结构的应用与探讨中，考虑了桩顶盖梁与前后排桩铰接的情况，运用经验系 数调整前后排所受的侧土压力等。另外，根据顶粱设置的位置、桩间距、桩埋深 2 桂林工学院硕士学位论文 ! ! 竺烹! 烹苎m i i i i i 一i_ ii|iiiilllllllll 。 i i i i i i i i i 。= = = = = = = ! = ! ! ! ! ! ! ! = = 等的因素，利用有限元创建出各种计算模型。例如，w i n k l e r 地基模型， d u n c a n - c h a n g 非线性模型等。 另外，万智乜3 在论文双排桩支护结构的分析与计算中对双排桩的特点做了 较详细的分析。翘对双排桩作受力分析与计算时将其看作一门式框架，考虑桩 共同作用。在计算土压力时，以假定的土体滑裂面为分界面，将土拱原理用于对双 排桩滑裂面以上侧土压力的分析和计算，滑裂面以下土对桩的侧向抗力，采用将 地基土看作独立弹簧的w e n k l e r 假定，其值为桩的计算宽度、侧扁位移和地基系 数三者的乘积。编制双排桩支护结构的计算程序时考虑了支护结构整体水平位移 和桩端的实际受力情况，使计算结果更符合实际情况。应宏伟订在论文双排桩支 护结构的计算方法研究及工程应用中认为，基坑开挖后，支护结构向基统一侧发 生水平位移，后排桩的桩背土压力，将从静止土压力逐渐向主动土压力发展；前、 后排桩的桩间土受两排桩的制约，可近似认为其侧向应变为o ，故前排桩的桩背 土压力一般可按静止土压力考虑。通过室内模型试验分析了双摊护坡桩的内力、 变形和土压力分布特性，提出根据桩间滑裂土体在整个滑裂土体中所占的重量比 分配作用在前、后排桩上的土压力，并根据平面布桩形式列出了压力计算公式； 对于土噩力的作用深度，刘有沿整个撼长范围侔焉和仅在开挖面以上范围作糟两 种方法。 目前，对双排桩的受力与变形理论虽然进行了一些研究，但还不够全面。关 于前后排桩的压力分布、结构的内力与位移的计算方法、基坑支护中各因素对 结构侧向变形及内力的影响等问题都还有待于做进一步的研究。 _ 1 2 研究目标及内容 1 ) 研究西标：利用双排桩解决滑坡治理中的实际闯题。 研究内容： a 、双排桩的特点、作用机理及受力特征； b 、双排桩支护的优异性： c 、双排桩在治理滑坡中的应用； d 、双排桩施工工艺： e 、双排桩施工及工后变形特征。 3 桂林工学院硕士学位论文 1 。3 研究的剖蕤点以及可行性分析 文章的创新点可分为以下几点： l 、利用有限元原理分析了双排桩的受力特点和影响因素。 2 、利用桩顼位移观测、深部位移监测孔震测、桩顶顿斜役观测这尼辩方法 来对采用双排桩治理后的滑坡进行稳定性评价。 工程实例中的施工如在2 0 0 7 年年初完工，经过相关监测数据分柝证明该方 法可行，并盥至今治理蜃的滑坡都缀稳定。 | 嘻 桂林工学院硕士学位论文 第二章双摊桩结构特点及计算分析 2 1 双排桩的结构与布桩形式 双排桩支护结构是一瓣空间组合类悬臂支护缩橇，近年来在深基坑、道路边 坡工程孛褥到了广泛运用。双排桩支护结捣是将密集的单摊悬臂桩中酶部分桩商 后移，并禚桩顶用刚性联系梁一盖粱把前后排连接起来，沿长度方向形成双排支 护的空闻结构体系。它是在没有锚杆( 或走支撑) 的情瑟下，发挥空间组合桩的整 体嚣# 度和空闻效应，并与桩闻土协弱王作，支挡阑拜挖弓l 起的不平衡力，达到保 持坑壁或坡体稳定、控制变形、满足施工和相邻环境安全的目的。 双排桩支护结构可以理解荛将密集的单排悬臂桩中的部分棱向后移菰缀合 成的，因此，双排桩支护结构的布桩形式就非常灵活，常见的形式常见的有并列 式( 也有称矩形格构式) 、梅花式，还宥折线式、连拱式、双三角式、丁字式，这 些可以看佟是蓊两种形式的衍生式。其常见组合形式如表2 一量所示。 厂、 、 ( ，一 、h 。 ，、 。 ，、 壤藐巍 舞楚粪 簧线武 丁字莲 图2 1 双排桩支护平_ 鼢形式 从双排桩特殊的结构形式我们可以看出： ( 圭) 在双排桩支护结构孛，蓠蜃摊攘均分燕主动土压力：健前摊桩主要起分挺 士压力的作用，而后排樾兼起支挡和挝锚双重作用： ( 2 ) 双排桩支护结构形成空问格构，增强支护缕构自身稳定性和整体刚度： ( 3 ) 双捺桩充分裂用桩共同箨用效应，改变体侧压力分布，增强支护效罴。 2 2 双排桩的作用机理 5 桂林工学院硕士学位论文 双排桩支护结构作为一种新型的支护结构是蠢两排平行的钢筋混凝土桩，以 及在桩顶的压顶梁或联系梁形成的空间门式维护体系。这种结构具有较大的侧向 刚度，可以有效地限制支护结构的变形，其支护深度比一般支护结构深，同时有 施工方便、不设置支撑挡土结构和受力条件好等优点，因而是支护结构的优选方 案之一。目前，这种支护结构在实际工程中得到了广泛的应用，但其实际受力机理 还需要进一步研究。 传统方法中，要确定岩i 压力在支挡结构上的分布时，作用在桩上的岩压 力分布形式是假定的，不同的分布形式会使桩身内力计算结果出现很大差晃，焉 且这也表明滑坡与支挡结构是分别进行考虑和计算的。为便于陈述，本文指定： 处于滑坡后部，首先受力的桩排称为第一排桩，另一排为第二排桩。 实际上，对于双排桩模式而言，滑坡推力经由第一排桩桩后滑体作用于第一 排桩，使其向滑坡前缘运动，必受到桩排之间的滑体抗力作用；同时，桩排间滑 体也对第二排桩产生推力，进而引起第二排桩的受力和变形。按极限平衡理论， 第一排械以上滑坡推力全部作用于第一排桩，并不存在由两摊桩分担滑坡推力的 问题，但第二排桩的存在，事实上提高了第一排摭桩前的滑体抗力，使第一排桩 的抗滑能力有所提高，即起到了“分担 上部滑坡推力的作用。实质就是经桩排 间滑体传递而来的第一排桩桩前抗力的反作用力。可见，在双排桩体系中，桩排 之间的滑体起到了能量传递的作用，导致推力与抗力在桩排之间的分布形式复杂 化，进而引起桩身内力的分配复杂化汹3 。 2 3 双排桩支护设计计算 2 。3 。1 目前现有的计算方法 一般情况下，在滑体适当位置设置一排抗滑桩鼯可老瓣露滑体。僵当滑体规模 较大、滑坡推力巨大，设置一排抗滑桩需较大截面，成本偏高或者难以有效支挡， 结构物的受力不合理时，可考虑设置两排或多排抗滑桩进行滑坡治理。这时，甄排 或多排抗滑桩内力的合理计算是设计的关键。 目前，尽管在实际工程中已大量应用了双排桩支护结构，但是在桩的内力计 算中缺少统一规范，一般假定多排桩分别承担滑坡推力，对于每排桩承担的推力 大小及其分布形式，不同的设计者采用的假定不尽相同。这样，导致桩身内力计算 6 桂林工学院硕士学位论文 的结栗出现很大差异，一方瑟实际工程中设诗过手保守，造成工程浪费：另一方面， 在特殊情况下，如果设计安全系数太小，还会引起工程不安全。目前国内外常见的 计算方法肖n 2 1 ： 王) w i n k l e r 缝基粱法 该方法采用w i n k l e r 假定的计算模型进行分析，即以w i n k l e r 假定为基础， 考虑桩与土的共同作用确定出前、后排桩在开挖筒以上的土压力荷载及地基士的 水平基床系数，按照弹链地基粱帮结构力学分析的方法隽基础即可求窭门式刚架 挡墙结构的内力。 2 ) 土体积比例系数法 此方法假定摸型为：a 、将蘸焉排桩与桩顼连梁看俸一个蔗端嵌露，预端隽 直角刚结点的刚架门式结构；b 、连粱为没有变形的绝对刚体；c 、基坑开挖后， 在土压力作用下，连梁不产生转角只能平移，并且前后排桩在连梁标高处的水平 位移楣等。 3 ) 等效抗弯刚度法 该方法是以桩间排距沟计算基准。假定当前赢排桩距大于8 倍桩径时按锚拉 结搀计算；当前后排桩距在4 8 髂摭径时按框架结携计算；对于排闻距小于霾 倍桩径的双排支护结构，给出了等效抗弯刚度的计算方法。 4 ) 桩闻土刚塑性分析法 该法掇据经典獒朗肯土蘧力理论，把掰研究酶桩阀薅律为独立的嚣l 塑性体 来进行分析。由于后排桩的存在，改变了土体剪切破坏面，因而土压力分布与无 后排桩的情况是不同的，两者的相冈之处为：土体均为雕塑性体、两且都不考虑 土体与援瓣的摩阻力：主动土压力均按极羧平衡孤理计算。两者不霜之处在予： 由于后排桩的影响将使剪切角发生改变，从而剪切破坏面不同：而桩排距b 对剪 切角的影响导致主动土压力的变化，两且其影响是非常显著的。 s ) 系数修正法 该法计算基本假定：基坑开挖后，双排桩将发生位移，桩间土受到定程度 的扰动。考感到两排桩的整体刚度及其对土体的约束作震，近似她将桩闻土褫麓 受侧禹约束的无限长弹性体，同时考虑裂壶予双撵桩顶都嚣粱的作用，可认为 深度z 处相对于水平位移而引起的横向应变为零，故作用于前排桩桩背的土雁力 7 桂林工学院硕士学位论文 莎隽： 。j l ，z( 2 1 ) 2 而y z ( z l 式中t ，一桩背土的滚松比。 2 3 2 双撵桩中弯矩的计算方法 2 3 2 1 设计计算假定 该假定模型类似于体积比铡系数法蹿，其体皴下： 王) 将前、后摊桩与桩项盖梁看成一个底端嵌固的刚架结构，结点可着为童角 刚结点。 ( 2 ) 电子与桩长相比连接盖粱很短，恧实际工程采用酶盖粱截面剐度缀大，所 以可将盖粱看作没有变形的绝对剐体，只能平移，不产生压缩或拉伸变形。 2 3 2 2 前排桩的计算分析 根据雕架桩的实际变形及受力机理，蓠撵裢裢背压力按弹性筮力( 处于 静止土蘧力和主动土压力之闯) 计算，前排桩桩翁士压力按折减的被动土藤力考 虑，计算简图如图2 2 。 其中， 图2 。2 蓊辩柱诗算简圈 髟= e p l + 髟2 一狲：k ，厉+ 三砌；郴p 疋一丢 哟扫羔 8 ( 2 2 ) ( 2 。3 ) 桂林工学院硕士学位论文 式孛：k 一被动土祗力折减系数； m 一土的泊松比； k p 一主动土压力修正系数。 稳定安全系数墨，为： 如警一 e 毒黛l 磊2 ) ( 2 4 ) 霆一毛一嚣尹一三黛，娩) 2 ，尚一( 2 c r 瓜h 2 + 三施；砗邋 ( 2 5 ) 前排桩任意桩身截面z 处的弯矩m 为： 当z h i 时，m - r z 一1 6 一，而m 当矗1 z 变纯觏律。 分析表明，当桩径较小时，增加桩身刚度可显蔫减少桩身侧向位移：但随着 桩径增大，桩身刚度变化对桩身侧移的影响逐渐减小。前、后排桩最大弯矩值均 随羞柱身嚣度薛增大丽增加，只有在会理挂径范圈内适当提高桩身磷度才霹有效 减少侧移。摊高前排桩桩身刚度对围护结构的影响效果比提高后排桩桩身刚艘显 1 5 桂林工学院硕士学位论文 爨2 ，1 2 摭身溅鹰对后辫柱霉矩的影响 著。在围护工程中前后排桩可以选用不同的桩径，使前后排桩能均衡地发挥作用， 并获得较好的经济效果。 2 4 。鑫连粱的影晌 有连梁的双排桩水平位移较无连粱要小，随连粱的刚度增加桩身水平位移减 小，随深度增加，连梁对桩身侧向变形的影响减弱。但从无连梁到连梁刚度为 0 。5 e i ，再舞1 e i 对，桩身最大短移减小较快，毽飙董2 e i 时，桩身最大位移减 小并不明显。连梁的刚度增加，虽然使前后排桩的桩顶位移差进一步减小，从而 使桩身侧越变形减小，但土体的被动土压力也随之减小，主动士压力随之增大， 导致拄身应力增大，使摭身位移有增大煦趋势，这就粼弱了桩身位移减枣的幅度。 这说明连梁刚度增加到一定程度时，对桩身水平位移的影响较大，但继续增加， 效果并不明照。 2 。毒。7 桩长的影晌 桩越长，前后排桩的最大水平位移越小，但减小的程度趋于平缓。增加桩的 嵌固深度，霹以增加被动压力，从聪达到减小桩身侧向变形的酲的。因此，为 了能有效逸控镧双蒜桩熬铡怒变形，必须要有是够的嵌露深度。健是超过一定的 入土深度继续增加时，对抑制桩身变形的效果并不明显，反而会增加桩身折断的 可能性，露时也掩盖了被动区土体破坏的可能性。 嚣时献计算分辑看臻，增翘后摊桂长度对前摊桩蠹力变形影响甚微，前排援 弯矩、位移曲线基本重合；后排桩桩身位移在中部略有减小，弯矩则略有增加。 1 6 桂林工学院硕士学位论文 霹冕，适当的减夺后搏桩的长度对前蜃 桩蠹力变形影响不大，僵可鞋降低工程 造价。 2 5 双排桩结构的优缺点 蔓、双撵柱结构优点 ( 1 ) 单排悬臂桩完全依靠弹性嵌入基坑土内的足够深度来承受桩后的侧压力 并维持其稳定性，坑顶位移和桩身本努变形较大。懋臂式双排支护桩嚣由冈性联 系粱与前爱捧茬组成一个超静定结构，整体剐度太；麓上蔫爱摊桩彩成与侧蔗力 反向作用的力偶的原因，使双排桩的位移明显减小，同时桩的内力也有所下降， 并变成交变连力。 2 ) 悬篱式双排支护桩为一超静定结构，在复杂多变的外荷载作用下麓巍动调 整结构本身的内力，使之适应复杂而又往往难以预计的荷载条件，而单排悬臀桩 菇一静定结构( 多数楚弹性支承悬臂绩橡) 则不其备此种功能。 3 ) 当工期、造翁、施工技术或场地条徉等限制时，如果滑坡条件或基坑深度 合适，往往可采用悬臂式双排支护桩。实践表明，其施工简便速度快、投资省。 毒) 在同样采用锚杼( 或支撑) 的情况下，锚秆( 支撑) 双摊桩篦锚杆( 支撑) 单攘桩要经济褥多，豢为箭者桩的燕径小，施工方便并且造价低。 2 、双排桩结构缺点 ( 1 ) 双摊支护楗鲍设谤计算方法还不够成熟，实测数据还不多，受力机理不够 清楚。 ( 2 ) 施工场所周边要有一定空间，以利于双排支护桩的实施。 2 。6 小结 双排桩体系是一个复杂系统，采用桩土共同作用有限元模型能较好地模拟 滑体和双排桩相互作用机理，它考虑了双排桩与桩周滑坡体的相互作用和变形， 傻我艇可以更热深入地理解两桩之闻疲力美及弯矩的变拖；由予娶前双摇桩间受 力机理沈较复杂，因此本文只是给予简单的计算方法供大家参考。 对于双排桩的主要特点的分析，我们可以知道在滑坡治理设计中，当滑坡推 力耨抗滑桩弯矩过大时，可考虑设置双摊抗溪桩。以下第3 章就是双搀桩在实际 工程中的应用，以及通过方案对比突出其优越性。 1 7 桂林工学院硕士学位论文 第三章、双排桩在滑坡治理中的实例应用 3 1 治理滑坡的地质状况以及前期治理效果分析 3 。 。1 滑坡蠡勺地质状兄 考塘吉滑坡溺位子龙岩至长汀( 阕赣赛) 高速公路矗l 合弱段愆+ ? 9 0 k 3 巾0 2 0 左侧边坡内，共分为两个滑坡，滑坡面积为2 1 4 5 0 m 2 ，滑坡体平均厚度约1 3 m ， 士石方量约2 8 嚣费，为中层牵弓l 式大型滑坡。其中小滑坡体在 ( 2 玛1 5 l ( 3 + 0 2 0 段，宽约1 3 0 米，长约豹米，高差4 0 米左右，坡钵地质情况为：主层残坡积滑 坡堆积层，厚度约为8 1 4 米；下层为残坡积粘性士层，厚度约为1 0 2 3 米； 下铰为厚层砂土状强风化花爨岩，花陡岩风化剧烈。其中大滑坡在k 2 + 7 9 0 - - k 2 + 9 1 5 段( 蒸平面及断瑟圈见鹜3 1 、3 2 ) 为滑坡主 搴，也是主要治理对象；坡 体地质情况为：上层为残坡积滑坡堆积层，厚度约8 1 5 米；下层为残坡积粘性 士层，厚度约先1 5 - - - 2 5 米；其下伏为厚度不均的全风纯花岗嚣，花岗岩体风他 剧烈。通过窳缝调查发现，由于滑坡体她质主要为砂土状强风纯石英岩层，量现 砂土，大部分以强风化砂土为主，表层大部分为硬塑残积粘性砂土，含水率很离， 并带有流砂现象；坡体冲沟发育，为凹耱地表水汇集部位，坡脚体呈现软塑饱 和状，地下水极力丰富；导致路基在歼挖过程中土体发生严重变形蠕动，坡体上 部部分建筑出现明显变形，因此在开挖前必须对滑坡进行治理。 3 。 。2 滑坡治理的前期方案及麓工情况 3 1 。2 前期的治理方案 由于路线从滑坡体上通过，综合考虑滑坡体规模及滑动面位鼹及滑坡体稳定 情况，对两滑坡进行综合治理。设计方案采用动态设计嘲； l 、对小滑坡体k 2 + 9 1 5 k 3 + 0 2 0 段采用框架粱与锚索稆结合的设计方案。其 中小滑坡体k 2 + 9 1 5 k 3 十0 2 0 段锚索框架梁位于高边坡第三、四级，土体含水量 小，锚霞端进入砂土状强风纯花岗岩，较易残孔，施工完成后验收合格。这就表 明利用锚拉桩对小滑坡体进行治理是可行的。 2 、大滑坡体k 2 + 7 9 0 k 2 + 9 1 5 段是考塘滑坡的主要治理对象，其上边坡地层 主要为砂土状强风纯石英籍屡，呈现砂土，大部分以强风讫砂土兔主，表蘧大部 分为硬塑残积粘性砂土，禽水率很高，并带有流砂现象，前期的治理方案主要采 1 8 桂林工学院硕士学位论文 田呕中峭恃 迥霹嚣鹄髯孵舞督晕埘群”h吼志瞳。a譬譬匣奄h辞冬蚪惺举栽h“囹 桂林工学院硕士学位论文 蕞菇 。 料胃 on 回呕塔。办志：i喊培避暑霉鹭群艇爨糖蕈巡”1【6+鐾占南罕nfc曼i奄_【曹冬斟惺攀nn匝 一萋 拳曩一嚣嚣一 披越誊匾蹲锥蜷_f童 攀奏姆峰 萋璐哦 品一禽 讯憾鋈蠖蒜q督a 嚣牙_ 一科警枣婆：j莓1a 7，、 焉c 一科et攀桀嚣：口 。、 一 ，潼萝， 紫番 ， 引 桂林工学院硕士学位论文 1 r 阿一 录1 r 飞啊 一号r智古爆峨一密域梧爨艇嬉楚纂鼙姆零督器簿=昏志平。m“i辞匠如【蛰冬科帽一昧凄匿一上5华埘献cn圆 o 小 y o o 西+ 心y o + 刚y o + 叫y 皤寸+ 刚y o州+叫、1 + 国y o o 小+ 触y o + 叫y o 荡国+ 砌y 寸+ 叫y o刚十刚丘 桂林工学院硕士学位论文 震撬潺桩支挡戳及锚索褶结合的方法对滑坡进行治理。 3 1 2 2 抗滑桩设计和施工情况 滑坡治理设计方案为第一阶为浆砌片石挡土墙，第二级坡面加固设计为预应 力锚索抗滑棱共圭8 掇( 篡设计为1 3 校) 。萁孛，锚圆段长王4 米，倾惫2 擎3 妒、 横向成“八 字布置，每孔锚索设计拉力为7 0 0 k n ，为三单元共六束压力分散型 锚索( 后经设计院变更为八束四单元拉压复合型锚索，每孔锚索设计挝力为 9 0 0 k n ) 。其中滑坡锚索撬滑桩布置豳、撬潺桩柱身结构萋疆及钢筋臻维表与材料 汇总表详见阑3 3 、图3 4 、表3 1 。 工程于2 0 0 5 年1 月份开始该段滑坡体抗滑桩挖孔施工，髑时对滑坡体进行 稳定性蕊测。藏工蓑闻发现地质条件复杂，滑坡稳定性差，抗滑桩禳数出量3 根 增加到1 8 檄，见图3 。3 ，桩间距由原来的6 m 变更成现在的n l 、n 2 和2 间躐4 m ， 其余桩间距为4 5 m 的做法。之所以变更原来的设计方案是因为，大滑坡表层 俸大部分为瀛鎏状砂主，禽拳率狠舞，莠带有流砂现象；先前采用原设计方案施 工抗滑桩后，进行路基开挖，发现坡体上部部分建筑出现明显戮形裂缝，有的甚 至出现坍塌。这说明原设计中抗滑桩搬本无法提供足够的抗滑力，失了达到效果， 只好在矗l 合同段嚣2 + 8 2 0 一 ( 2 坞重g ( 此段舞考塘滑坡抗滑挂的主要毒桩嚣域) 蠹 缩短桩间距，增加桩数。从图3 4 中可以看出，抗滑桩桩身采用中2 5 m 圆形截 面，面不采用矩形截蕊。分析其原阪走，原设计本来是抗滑桩桩身是采用 重。8 x 2 2 m 矩形截面，并逶过入工开挖成魏；餐在人工开挖抗滑桩对孔底甑鼹较 厚流砂层，孔底渗水过火，孔壁坍塌严重，采用人工挖孔施工根本无法成孔；且 圆形截面有利于坡面部分预应力锚索的施趣。因此蔚来采用枧械钻机圆形成毪， 为了保证抗滑柱抗嚣效果，桩身选取2 。5 m 圆形截面。 大滑坡k 2 + 7 9 0 k 2 十9 1 5 段抗滑桩支挡、锚索位于高边坡第二级( 高度仅为 4 5 米) ，其上为原地袭。由于坡体冲沟发育，为凹槽地表水汇集部位，滑坡 体中上部鸯泉泰涌露，坡脚体呈软塑饱和状，且有缝下末渗蹈，滑坡谆地下永 极为丰富，又是地表水汇集部位，施工难度极大。工程在2 0 0 5 年台风暴雨较多 等不利因豢下，完成抗滑摭施工。 桂林工学院硕士学位论文 h三二g 口 一 掂曼咭构尽 i ：1 0 0 l ：s 0 2 2 、! i 篓一 l l o = o 一 0 3 图3 4 抗滑桩桩身结构图( 单位：姗) 2 3 、 l 山倒 广，l。iid耻箍；l 桂林工学院硕士学位论文 ! ! 竺黑! m l l l l l i i - - 一一inin m l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 。! ! ! ! 竺竺篡烹竺! ! ! ! ! 竺竺 表3 1 钢筋明细表与材特汇总表 钢筋明 细 表 材料正总表 编号 草图 型号 长 度 根数 总长 型号 合计单位重重量 ( n n ( n t n ， n ) f k 0 ， k 矿 瓣l 2 3 9 0 0 。誊 3 22 9 ，霹l j 41 5 8 8 。4 2 3 22 4 1 5 。9 7 专，3 ll 。j d 一4 4 。8 n 2 2 3 9 0 0 影誊市3 2 2 9 4 i s2 77 9 4 2 i 建) i 8 7 4 0 1 2 0 ，0 0 i 4 8 0 ，2 4 n 3俨 鱼1 8 7 4 7 69 97 4 0 1 2 垒1 4 4 3 4 9 6 1 2 l5 2 6 3 n 4g 芦 鱼1 4 6 2 1 96 03 7 3 1 4 桩弯插高4 米，迸a 琏砸2 4 米|一 n 5 5 5 5 7 鱼3 2 5 。5 5 763 3 3 4 要缓钢蓥l7 2 5 1 tc 2 5 暹凝土t 4 2 + 7 5 m 3 n 6| 5 1 6 j c 2 1 4 1 |1 4 5 4 6 4 1 2 1 8 2 辇药燕方t i7 7 s 秘3 3 。1 。2 3 锚索设计和施工情况 2 0 0 5 年4 月份开始考塘滑坡抗滑桩锚索施工，由于诸多因素的影响，分别 在2 0 0 5 年5 月份、1 1 月份和2 0 0 6 年1 月进行了三次试验孔施t ( 孔深2 0 r e ) ， 其中第一次施工过程中由于退管后孔壁高含水量流塑状粘性土迅速包裹钢绞线， 致使注浆聪锚固段握裹力和摩阻力达不到设计要求，第一次试验孔失败。分析这 次的失败原因，主要是由于，该段线路从原考塘滑坡坡脚通过，设计主要采用锚 索抗滑桩、锚素框架、半挡墙及坡体排水等综合治理措旄：但幽予滑坡体极为 松散，地下水丰富，加上近期连降暴雨，抗滑桩施工慢，滑坡体监测变形较大， 预应力锚索试验抗拔力不能满足设计要求。 2 0 0 5 年圭王嚣慈工单位在2 # 进行第二次链索试验孔施工，试验孔成孔过程中 采用全程跟迸钢套管，并改用风吹、水洗并用排渣，但后来由于钻头阻力过大而 卡钻，最终导致钻杆多次扭断，钻头脱落，成孔失败。后来在重复多次的凿孔施 工焉最终勉强成功，但在进行锚索安装时发现孔内残篷缀多无法吹净的粘土，镰 索无法安装到位。采取风、水并有的方法进行二次冲刷排净孔内残留粘土，锚索 安装成功，但因孔壁摩擦力太大，套管拉出困难，部分套管断裂。在考虑到锚固 段有套管存在时将影响到锚固端锚匿质量，所以哭能再一次将锚索拉出。但是在 拉拔锚索时无法抽动，最后强制拉出锚索，锚索破坏严重。总结这次失败的原因 如下： 圭、在试验孔施工过程中，由于锚露端缝质为坡残积土层，地下水丰富， 体含水量过大，因此钻进中孔内出现大量流砂，流砂给套管跟进带来很大困难， 桂林工学院硕士学位论文 ! ! ! ! 懋! ! ! ! ! ! 竺兰i i ； = i ：= i i i i m 一一i ! i i ! ! ! ! ! ! ! 黧! ! ! ! ! ! 竺苎 造成钻孔阻力很大，冲击器无法冲击。 2 、施工中排渣困难丽产生盼大面积的管内滞留物，导致钻秆多次扭断，钻 头脱落，施工多次失败。 3 、风吹、水洗并用排渣的方法是不可行的，水洗排渣会造成塌孔，对于此 类流塑状砂土而言，即使凿孔成功，也无法保证锚索的锚固质量。 第三次试验孔将三单元六束压力分散型锚索变更为四单元八束拉压复合型 锚索，并增j j n - - - 次高压劈裂注浆工艺；同时在滑坡体地表增加凡道截排水系统。 劈裂注浆汹3 是一项经验性极强的工艺，它受地层条件、气温及浆体状况等因素影 响，劈裂注浆注浆成功需要有大量的试验经验为基础，并需要具有丰富施工经验 的专业的施王队伍进场。对于其施工的难点，可以从以下几个方面来认识： l 、= 次劈裂注浆浆管要求采用三根，一根为普通注浆管，另一根为= 次劈 裂注浆管( 一般采用镀锌钢管) 。二次注浆管要求按5 0 a m 的间距在管身打2 - 3 排出浆眼，并采用强度适中的封堵措施。封堵措施过弱，则一次注浆时浆体可能 将其挤破，进入并堵住二次注浆管；若过强，则可能二次劈裂时浆体不能将其冲 开，而进入土体达到劈裂效果。