陡坡路基桩板墙有效锚固深度计算.pdf

4 5 0 2 0 1 0 年现场技术交流会论文集 陡坡路基桩板墙有效锚固深度计算 李群 董志勇 余祥宏 曾超 中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉市4 3 0 0 5 6 摘要 桩板墙是山区高速公路常用的支挡结构 其内力计算沿用了以前抗滑桩的计算方法 但是位于陡坡地 段的抗滑桩 由于桩前一定深度范围的楔形体在桩推力作用下可能产生滑动 使得实际的锚固段变短 影响桩板墙的 抗滑效果 本文利用楔形体的极限平衡条件计算其深度 据此确定抗滑桩的有效锚固深度 关键词 桩板墙 楔形体 极限平衡 有效锚固深度 1 前言 山区高速公路由于地形较陡 路基存在沿地面或岩土接触面整体滑动的可能 支挡结构设计计算时 除 考虑填土的土压力外 还需要考虑滑坡推力 当推力较大或高差较大时 常规的挡土墙难以保证路基稳定 经常采用桩板墙方案 桩板墙利用深埋入稳定地层的桩体与桩周岩土体的相互嵌制作用 将上部岩土体剩 余下滑推力 或土压力 传递至稳定地层 能够利用稳定地层的锚固作用和被动抗力来保证路基整体稳定 目前桩板墙的内力计算采用抗滑桩计算的地基系数法 K 法 n 法 挡土板设计根据库仑土压力理论 或卸荷土拱理论 1 但是地基系数法计算的一个基本假设是 桩前的滑床水平 即稳定的滑床为弹性半无限 空间体 滑面以下的岩体能够提供有效的抗力 对于陡坡路基上的桩板墙 由于地面存在一定的坡度 桩前 岩体较薄且临空 在路堤推力 或土压力 作用下 地面以下一定深度 蛳 范围内的楔形体易产生滑动 不能 提供有效抗力 起不到锚固作用 出现实际悬臂段 h 7 比计算取值 大 而实际锚固段 7 比计算取值 I l l z 小的状况 图1 从而影响桩板墙的抗滑效果 因此 计算楔形体深度 蛳 确定有效锚固深度就显得 尤为重要 塑性区域 l h 1 桩首永早 么 少 j j h h I l Z 一 罐 一 一 叫卜 一 单位 m 圉l 计算模型的差异I 桩前水平与桩前较陡 公路路基设计规范 J T GD 3 0 2 0 0 4 条文说明之5 7 3 给出了地基为土体 砂砾状岩层的横向承载 力计算方法 可用其调整锚固段长度 但适用范围有限 且计算中采用了土体综合内摩擦角 参数选取较困 难 最近出版的 公路挡土墙设计与施工技术细则 2 1 给出了土压力作用下Y 计算公式 详见 细则 之 9 3 6 但是 当路基沿地面或岩土接触面滑动时 作用于桩板墙上的力为滑坡推力 往往假设这种推力为矩 形分布 这种假设超出了 细则 中公式的应用范围 受其启发 根据楔形体的平衡条件推导出在受滑坡推力 作用时的楔形体深度 镕I 2 楔形体高度计算 2 1 基本思路 值设楔形体能够提供抗力 则计算模型与常规的抗滑桩相同 此时桩前岩体受到桩推力作用 倒墟力 使得桩前一定范围岩体受压 产生沿一斜面的楔形滑动 楔形体受到的主要力系有 桩推力 底面摩擦力 侧 壁摩擦力等 将这些力沿滑动面 与水平面成 角 分解 有些为抗滑力 有些则为下精力 n f 根据檄限平衡条 件求出攥形体探度 2 2 基本假设n 楔形体破坏宽度等于抗滑桩计算宽度 与 细剜 中规定楔形体破坏的扩散角为3 0 不同 用为本 次计算借用抗滑桩对桩前岩体的侧应力 在抗滑桩计算巾 已 7 一 经将这种扩散等效到B 1 l 范围内的矩形区域 B 为抗滑桩截 一1 77 一 面宽度 从而转化为平面应变问题 简化计算 本次计算延 l1 i 续上述假殴 取楔形体计算宽度B 8 1 H 2 楔形体受桩推力呈矩形分布 一 常规的抗滑桩计算其锚同段岩体受到的侧戊力分布见罔 J 一 2 一般为弧彤 根据面积相等假设为矩形分布 R d o 妇 B 目2 n g 体 目 t t 3 楔形体底面f 滑动面j 与水平面夹角a 4 5 q o 2 0 2 同 细则 为桩前岩体的内摩擦角 2 3 计算过程 如图3 所示 目3 楔 力目 z B c 2 詈一日 L A B c w 么8 A C 号 口a 根据正弦定理 i i 之面旺一i 五 Y 疏a 则 z 秽 丽8 i n 丽 n 2 0 一蒜尚一 s 一一s i n a 3 翡 止 S n5 f B S1 1 y a B p 楔形体体积 V 驴s n m 2 躺饵 正 慰 P 2 0 1 0 女 e 寨 一v r 丽蔷等南 卜F VS w2 躺 型竺竺竺 二三墨墨 兰 丽1 0 s 0 可s l t 扣m 时 饵 c 3 茸倒 厦蓉高速公路责州境水E l 桂黔界 榕江格龙段位干黔东南山区 地形起伏太 且措坡鞍陡 桥隧占 7 14 7 余下的占2 85 3 约1 4k m 路基巾高填撵挖段工点迭7 0 处 多处高填方及陡坡路基采用桩扳 墙支挡 选取其中一址搬为算倒 浚处地表横坡约3 8 右线左僦路基边缘与地面高 差1 0 m 圆4 表层残坡积碎石土厚2 m t 下伏强 弱风 化变余砂岩 窖重2 3k N m 3 内聚力2 0 0k P a t 内摩攘 角3 s 作用于支抟结构的推力按土压力与精坡推力两种 工况计算 取其中较大者 经计算 设计时取滑坡推力 约为5 0 0k N m 矩形分布 采用m 法计算抗滑桩内力 桩问距5m 截面宽度 16 24m 初趺计算取悬臂段臣跎m 地面高差 藿盖层厚度 锚固段取1 2m 计算得滑面处平均翻应力 值为3 8 0k P A 代 式 1 2 计算得楔形体深度 I 3 9m 因此 实际的悬臂高度约1 33 9m 为安全起 见 结构计算时取l4m 由于悬臂段较长 谀工点最终 采用顶应力锚索桩扳墙方案 4 如果根据 公路路基设计规范 条文说明573 地 层为岩层的桩佣地基的横向容许承载力公式 5 7 知 K 口 R 验算锚同深度 计算得地基横向客许 承藐力为8 2 0k P a 岩石单轴抗压强度4 1 M P a 日取04 R 取05 大于锚同蜃展太水平慑应力值 即锚固 段满足要求 不需要蝇彗锚周段长度 对位于斜坡上的抗滑桩 利用 规范 条文说明的方法验算锚呵段长度 时 设计偏于不安全 对 r 霄 U 道路工程 如果根据 公路路基设计规范 条文说明5 7 3 地层为土层或 风化成土 砂砾状岩层且地面横坡较大时桩侧地基的横向容许承载 力公式 5 9 计算横向容许承载力 将计算所得的滑动面以下各点 横向容许承载力与地基所受的横向侧应力绘制于同一张图 图5 内 可以看出 在滑动面以下2 4m 范围内侧应力大于容许承载力 即该段横向承载力不满足要求 利用该方法调整的悬臂段长度 2 4m 大于本文中的方法 1 3 9m 综合内摩擦角根据 规范 附 表5 6 取 不坚硬砂岩 的值 为7 0 但该值对容许承载力的影响 较大 且不能通过试验方法得到 4 应用范围的延伸 以上计算针对施工图设计阶段 在工可或初步设计阶段 各工 点计算深度有限 不能一一确定楔形体所受到的侧应力 这时 可 根据桩侧地基的横向容许承载力计算公式确定楔形体的极限深度 因为当侧应力超过横向容许承载力时 即使桩前岩体水平 也需要 调整锚固深度 横向容许承载力 H K H 1 7 R 相关参数见公路路基设计 规范 4 侧应力 l P a 3O o o 2 0 0 0 10 0 00 U 一地基横向侧应力 i 一地基横向容许承载力 j i o O 一1 l V 鑫 一 矿 聪 以一 弋 1 一一 l 图5 侧应力与窖许承载力对比 令式 9 中口 盯H 代入式 1 2 则只需要地面坡角 桩前岩体容重 抗剪强度 单轴饱和抗压强度等参 数即可确定楔形体极限深度 需要注意的是 一般情况下楔形体的实际深度要小于极限深度 但是在工可或 初步设计阶段 仍然可以为路线 路基方案提供一个重要的参考 用以控制填方高度 另外 多数情况下滑坡的滑面也有一定的坡度 同样可以利用上述方法计算实际锚固段 细微的差别在 于 楔形体多受一个上方滑体的重力作用 许多桥梁桩基也位于斜坡上 如跨峡谷的高墩大跨桥梁 沿山坡展线的高架桥等 当需要进行桩基抗倾 覆验算时 也可以采用上述方法 5 结束语 支挡结构关系到路基的稳定性 合理的计算模型是方案成立与否的关键 对陡坡路基上的桩板墙 须重 视桩前岩体水平向的承载能力 确定有效锚固深度 采用不同的方法对比分析 保证支挡结构设计安全 合理 参考文献 1 李海光 等 新型支挡结构设计与工程实例 M 北京 人民交通出版社 2 0 0 4 2 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 公路挡土墙设计与施工技术细则 M 北京 人民交通出版社 2 0