抗滑桩最大桩间距确定方法.doc

抗滑桩最大桩间距确定方法第29卷第8期2006年8月合肥工业大学(自然科学版)JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVo1.29No.8Aug.2006抗滑桩最大桩间距确定方法卢坤林一,韩晓雷,杨扬(1_合肥工业大学土木与建筑工程学院,安徽合肥230009;2.西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055)摘要:利用传递系数法计算出临界状态下抗滑桩前后土体的滑坡推力,进而计算出最大桩一土荷载分担比;从桩间土拱的研究中发现,影响桩一土荷载分担比的主要因素为土性和桩距,由此建立关系式得到最大桩距;通过工程实例验证了该法的可行性与合理性,并与其他算法进行了比较分析.关键词:抗滑桩;土拱;最大桩间距中图分类号:TU753.3文献标识码:A文章编号:10035060(2006)08102904ResearchonmaximalspacingtweenadjacentantislidepilesLUKun-lin,HANXiao-lei.,YANGYang.(1.SchoolofCivilEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China2.SchoolofCivilEngineering,XianUniversityofArchitecture&Techno1ogy.Xian710055,China)Abstract:Thedownslideforcebeforetheantislidepileandthatbehindtheantislidepileunderthecriticalconditionandthemaximalloadsharingratiobetweenthepileandthesoilareobtainedbythecarryoverfactormethod.Themainfactorsinfluencingtheload-sharingratiobetweenthepileandthesoilaresoilindexesandpilespacing,andthemaximalspacingbetweenpilescanbeobtainedthroughsettinguprelationequations.Thefeasibilityandrationalityofthismethodareprovedbyapracticalexampleandthismethodiscomparedwithothermethods.Keywords:antislidepile;soilarch;maximalspacingbetweenadjacentpiles0引言抗滑桩是滑坡防治工程中最常用的结构体系之一.大量的治理实践发现j,分散布置的抗滑桩是通过桩间土拱作用将滑坡推力传递到桩上,再通过桩传递到下部稳定地层中.因此,要保证抗滑桩充分发挥作用,就必须满足3点:桩体不能破坏;桩体有足够的锚固力以抵抗坡体整体滑动;桩间土体不滑出或绕流.其中,前2点在目前的抗滑桩设计,研究中得到了充分的考虑,而对于第3点,由于与诸因素有关,目前仍处于探索研究阶段,尚无与之对应的成熟的设计方收稿日期:20050901;修改日期:20051017作者简介:卢坤林(198O一),男,安徽庐江人,合肥工业大学助教法_2j.虽然也有不同的学者给出了不同的确定方法L3,但或多或少存在一定的缺陷L,尚没有达成统一,确定的方法.因此,目前抗滑桩桩间距的确定仍然主要依赖专家经验.对桩间土拱的研究表明_8j:土拱作用并不能把滑坡推力完全转移到桩体上,而是残留部分滑坡推力由土体承担(土体分担滑坡推力);土体分担滑坡推力的大小主要由土体的C,以及桩间距与桩径比S/d确定.对于给定的工程,土体的c,一定,土体分担滑坡推力的大小由S/d确定,随着S/d的增大,土体分担滑坡推力增大,一旦S/d大于某一值时,坡体在土体分担滑坡推力1030合肥工业大学(自然科学版)第29卷作用下产生滑动,抗滑桩失效,此时的桩间距称之为最大桩间距.本文将从这一思路出发,给出了最大桩间距的确定方法,并结合工程实例说明该方法的合理性.1基本假定(1)抗桩具有足够的强度,能够提供稳定的拱脚,桩体不破坏.(2)通过土拱作用传递到桩体上的滑坡推力完全传递到稳定地层,不对滑坡体有影响.2计算方法及过程常见的抗滑桩截面形状有矩形,圆形等,为了简化讨论的问题并重在说明原理,本文主要讨论圆形截面的情况.对于矩形桩,则可以把矩形截面换算成相当的圆形截面.试验表明:不同尺寸的圆形桩和矩形桩,施加水平荷载时,直径为d的圆形桩与边长为0.9d的矩形桩,在两侧土体开始被挤出的极限状态下,其临界水平荷载值近乎相等.如图1所示,天然情况下的滑动面曲线为0123imn,抗滑桩位于断面,利用传递系数法计算可得抗滑桩所在位置的滑坡推力P,具体如下:图1计算示意图图2所示是任意一滑动土条,其两侧条间合力的作用方向与上一土条底面相平行,由静力平衡,得NWcosaP卜1sin(a1一口)一0(1)+P一WsinaP卜1cos(a卜1一a)一0(2)由摩尔一库伦准则,得TiCi+Ntanq(3)整理(1)(3)式,得P一P一1cos(口卜1一口)一tanqsin(a一1一)+Wsina一(cZ+Wcosatanq)(4)通过(4)式可以求出抗滑桩断面处的滑坡推力P.D,/l一.1.图2土条上作用力示意图另外,土条间不能承受拉力,所以任何土条的推力P如果为负值,则P不再向下传递,而对下一土条进行分析时,取P一O.由于抗滑桩的存在,离桩越远土体变形越大,从而使滑动土体内部产生了相对位移,桩间土体形成土拱把大部分的滑坡推力传递到抗滑桩上,仅有较少的一部分剩余推力(土体分担滑坡推力)继续向下传递(记为P),直至最后一土条(剩余推力记为P).当滑坡体处于临界状态,此时P一0(5)对(4)式整理,得P一Pti-cili+Wicosaitanq-Wisinaicos(a卜1一a)一tanqsin(a1一a.)(6)从最后土条出发,利用(5),(6)式逆向求解出抗滑桩断面处,经土拱作用后的最大土体分担滑坡推力P.引入参数,定义为土体分担滑坡推力百分比,由定义与引言分析可知D,一古10O一f(c,S/d)(7)式中函数厂(c,S/d)由试验或数值方法确定.表1表5列出了有限元计算结果,方便查用.滑坡体处于临界状态时,有D,一100(8)利用表1表5,即可解出最大桩间距S.第8期卢坤林,等:抗滑桩最大桩间距确定方法1031表1桩间土体承担滑坡推力百分比(9=0.)()表2桩间土体承担滑坡推力百分比(一1O.)()表3桩间土体承担滑坡推力百分tL(一20.)()表4桩间土体承担滑坡推力百分比(9=30.)()表5桩间土体承担滑坡推力百分比(9=40.)()3实例对比分析已知某滑坡在进行下滑力计算时,共分为5段(如图3所示),抗滑桩位于第4段,桩断面为:2.5m2.5m,滑坡体土性参数C.=15kPa,一17.58.,7=19kN/m.,抗滑桩处滑动体厚h一7.5m,经文献4计算得下滑力曲线为abcclef,确定抗滑桩最大桩间距.口,0l2C广图3滑坡体计算示意图3.1按本文方法计算由下滑力曲线可知,抗滑桩断面处的滑坡推力可表示为P=4231kN/m临界状态时,最后计算段的剩余推力P50取a=0.,运用(6)式,可得P丌皿一W5tang+cS45=0.5197.519.5tanl7.85+1519.5732.7kN/m则p,一100%一17.32%当一17.32,由土体参数查表2与表3得Sm,/d一3.14S一3.14(2.5/0.9)一8.72m考虑一定安全系数后,可应用于设计中.3.2与其他方法比较分析采用同样的算例,分别用当前几种常用算法进行计算,结果列于表6.表6各算法计算结果对照表m(下转第1056页)1056合肥工业大学(自然科学版)第29卷(上接第1031页)由表6知,不同的计算方法所得到的桩间距差别很大(排除计算原因).对于截面为2.5m2.5m抗滑桩,滑坡推力为4231kN/m作用下,其最大桩间距采用(5),(6),(7)3种方法所得的结果偏大;而采用(1),(2)两种方法的结果又似乎过于保守.(3),(4)两种算法比较接近.一般认为,桩距设为桩宽的2.43.6倍(即69m)是比较合适的,本文方法计算的最大桩间距为8.72m,佐证了本文方法比较符合实际工程情况.4结论本文的计算方法考虑了土拱传递滑坡推力的能力,土性对桩间距确定方法的影响,使最大桩间距的确定更趋全面,合理.实例对比计算结果表明,本文的计算方法更符合工程实际,本文的研究成果可供抗滑桩的设计时参考.但仍需在桩一土荷载分担比与土性,桩距的关系上作更深一步的研究.参考文献1常保平.抗滑桩的桩间土拱和临界间距问题探讨:滑坡文集(十三集)M.北京:中国铁道出版社.1998.7378.23铁道部第2勘测设计院.抗滑桩的设计与计算M.北京:中国铁道出版社.1983.231.3王成华.陈永波.林立相.抗滑桩间土拱特性及最大桩间距分析J.山地.2001.19(6):556559.4王士川.陈立新.抗滑桩间距的下限解J.工业建筑.1997.27(10):3236.5胡敏云.深基坑桩排式支护桩侧压力及设计方法研究D.成都:西南交通大学地下工程与岩土工程系.1998.6陈富坚,廖黎明.抗滑桩临界间距的基兹布尔格算法的改进J.工程力学,2003,(增刊):61O.73周德培,肖世国,夏雄.边坡工程中抗滑桩合理桩间距的探讨J.岩土工程.2004.26(1):132135.83卢坤林.被动桩桩间距的合理确定方法的研究与对无限条分法的探讨D.西安:西安建筑科技大学土木建筑工程学院.