边坡抗滑桩计算.doc

地质灾害理论与制课程设计报告学院名称 河海学院 专业班级 地质一班 学生姓名 蒲春林 学 号 10480120 指导老师 叶四桥 起讫日期 2013年6月15日6月30日 目录1.工程概况31.1工程概况31.2 场地条件31.2.1 气象水文31.2.2 地形地貌31.2.3 地层岩性31.2.4 地质构造41.2.5 水文地质条件41.2.6 人类工程活动42计算依据52.1 计算参数52.2 计算工况及安全系数确定53.滑坡稳定性及滑坡推力计算53.1 计算剖面53.2 计算方法53. 3 计算结果63.4 稳定性评价84.抗滑桩结构设计84.1 抗滑桩拟定84.2 抗滑桩参数计算84.3 抗滑桩计算模式选取94.4 受荷段内力计算94.5 锚固段内力计算104.5.1 计算转动中心的深度及转角104.5.2 求锚固段内力及侧向应力104.6桩侧应力验算124.7抗滑桩配筋计算134.7.1正截面受弯计算134.7.2斜截面受剪计算144.7.3 纵筋的截断设计155.抗滑桩间挡土板设计155.1 挡土板的拟定155.2 荷载确定165.3 板墙配筋设计176.排水工程186.1 排水沟设计187工程量统计表197.1 材料用量197.2 挖方量计算197.3 填方量计算207.4 模板的方量计算201.工程概况1.1工程概况 该边坡体位于重庆市巫溪县安子平K96+030K96+155段公路的斜坡体上，滑坡体段的公路路基已填筑至高程727m左右。该路段为早期修建的乡村机耕道路，先为经济发展需要将公路拓宽至7m,使边坡的稳定性降低，需针对其可能诱发滑坡而对其治理。1.2 场地条件1.2.1 气象水文本区属中亚热带季风气候。月平均气温最高是8月，平均气温为28.5，最低气温为零下1.8。多年平均相对湿度为79%。年平均降雨量1082mm，降雨多集中在59月，尤其是68月多暴雨，日最大降雨量达192.9mm，小时最大降雨量超过65mm。雨季，尤其是暴雨期往往是滑坡的活动期。据工程地质调查，斜坡坡顶、坡脚无塘、田、水库、河流等地表水体分布1.2.2 地形地貌本区属构造侵蚀中山斜坡地貌，地势总体东南高西北低，地面高程为720.846m741.70m，设计线路左侧地形较平缓，为阶梯状旱地，斜坡坡向310320，坡角1020，局部达25，斜坡由上至下坡度变缓，区内见少量杂草灌木。1.2.3 地层岩性拟建段出露地层有第四系全新统筑填土层（Q4me）、残坡积层（Q4dl+el）及三叠系中统巴东组（T2b）泥岩、灰岩，现分述如下：筑填土层（Q4me）：灰褐色、灰黑色，松散，稍湿，主要由碎石，粉粒、粘粒及少量生活垃圾组成，土石比3：2，该层仅在ZK64附近有分布，层厚2.50m。含碎石粉质粘土（Q4dl+el）：黄褐色、土黄色，稍湿，稍密，主要由粉质粘土、碎石及风化岩屑不均匀混合组成，粉质粘土含量约8090%，可塑状，碎石含量约1020%，成分以泥岩为主，呈强风化状态，粒径25，棱角状，区内有分布，层厚4.25m。泥岩（T2b）：主要由粘土矿物组成，网状方解石脉发育，泥质细粒结构，薄层状构造，按风化程度可分强弱风化两亚层，现分述如下：强风化泥岩：青灰色，节理裂隙发育，大部分原生结构已被风化破坏，表面可见铁锰质氧化膜，层厚2.20m。弱风化泥岩：青灰色，节理裂隙发育，部分原生结构已被风化破坏，节理裂隙光滑平直，本次勘察最大揭露厚度0.70m。1.2.4 地质构造区内构造属朝阳官阳背斜南翼，出露三叠系中统巴东组泥岩。区内基岩呈单斜产出，走向及倾向沿公路略有变化，产状为16141，主要发育二组节理，L1：产状31951，节理面光滑平直，张开度12，充填泥质，延伸1.006.00m，穿层，密度1条/0.8m；L2：产状为18553，节理面粗糙，闭合，密度1条/0.6m。1.2.5 水文地质条件场地地层具松散土层与下伏基岩的双层结构，区内水文地质条件简单，地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。该类地下水主要赋存于第四系土层中，区内地下水主要受大气降雨补给。场地斜坡坡度较陡，大气降雨主要运移方式为顺坡向下以地表水形式排泄，部分地表水下渗至第四系土层以分散潜流方式运移向低处排泄。区内分布的紫红色泥岩为区域性相对隔水层。简易水位观测：勘察期间对勘探孔作简易水文观测，所有钻孔中均未见地下水，在勘察深度范围内地下水贫乏，场地水文地质条件简单。但在雨季第四系土层可能存在松散堆积层孔隙水，基岩中存在少量风化裂隙水。综上所述，场地内地表水类型为大气降水斜坡面流，地下水类型为第四系残坡积松散层孔隙水、基岩裂隙水，受季节控制。 1.2.6 人类工程活动 场地主要人类工程活动为修建道路，由于公路拓宽斜坡堆载，对坡体土体稳定性产生不利影响，是诱发该滑坡的主要因素之一。区内及周边人工切坡及堆填最大高度约5.0010.00m，破坏地质环境的人类工程活动中等强烈。2计算依据2.1 计算参数(1)土的主要物理力学指标 天然重度（）：20.00kN/m3；天然状态：C=36kPa，=18.6； 饱和重度（）：21.00kN/m3；饱和状态：C=29kPa，=15.5; (2) 岩石的主要物理力学指标强风化泥岩: 承载力基本容许值 =600 kPa 中风化泥岩：弱风化泥岩天然抗压强度标准值24.00 Mpa，饱和抗压强度标 准值17.30 Mpa ，承载力基本容许值 =1600 kPa2.2 计算工况及安全系数确定根据地质灾害防治工程勘察规范（DB50/143-2003）：该滑坡防治工程等级为二级，其稳定性安全系数取1.15。计算工况如下：工况：正常情况工况：暴雨或久雨状态饱和情况3.滑坡稳定性及滑坡推力计算 3.1 计算剖面根据K96+030K96+155工程地质详细勘察报告及图件，本次计算以滑坡剖面为计算剖面，对其进行了稳定性计算，以分析其剖面的稳定状态。3.2 计算方法滑动面呈折线型，滑坡稳定性计算适宜采用传递系数法。按折线滑动面将土体分成条块，假定条间力的合力与上一条土条底面平行，然后根据各分条力的平衡条件，逐条向下推求，直至最后一条土条。根据滑坡体地质条件情况，水作用效应仅考虑对岩土强度参数的削弱。抗滑力： 下滑力： 剩余下滑力： 传递系数公式： 稳定系数：推力传递系数；：第个条块末端的滑坡推力（kN/m）;：抗滑稳定安全系数：第个条块地下水位线以上土体天然量（kN/m）； ：第个条块所在滑动面上的内摩擦角（）；：第个条块所在滑动面上的倾角（）；：第个条块所在滑动面上的单位粘聚力；：第个条块所在滑动面上的长度； 3. 3 计算结果滑坡体稳定性计算，以剖面的滑动模式有以下两种：模式一：填筑土体沿填筑界面滑动破坏；模式二：填筑土体和坡积土体沿岩土界面整体滑动破坏；滑坡体稳定性计算简图见下图（图1） 图1 计算简图 （在填筑土体与坡积体整体稳定性情况下）按填筑土体与坡积土体界面滑动、坡积土体与岩层界面滑动情况，分别在天然工况、暴雨工况下计算得到四种相应的结果。(详尽计算结果参见附表计算表)稳定性计算结果如下表1，填筑土体与坡积土体整体在暴雨工况下为不稳定，稳定系数最小。 表1 滑坡稳定系数 天然工况暴雨工况填筑体的稳定性1.4201.128填筑体与坡积土体稳定性1.2120.988设计工况下剩余下滑力计算计算结果见表2表2 设计工况下的条块剩余下滑力 滑块编号暴雨工况填筑体条块的剩余下滑力滑块编号暴雨工况填筑体与坡积体整体条块的剩余下滑力1 -51.431 17.882 -195.072 -28.283 -201.553 -11.684 285.384 103.885265.735205.976382.656192.03732.767306.238252.738416.299105.829502.303.4 稳定性评价 由上两表看出：填筑土体稳定，不会沿填土界面发生滑移失稳。填筑土体与坡积土体整体不稳定，会沿岩土界面发生滑移失稳。因此斜坡可能在暴雨状态下诱发沿岩土界面发生滑坡灾害发生，需要利用其最不利状态设计防护措施。 4.抗滑桩结构设计4.1 抗滑桩拟定参考重庆市地质灾害防治工程设计规范（DB50/5029-2004）抗滑桩设计要求，进行抗滑桩拟定设计。在剖面的第9个条块处设置钢筋混凝土抗滑桩，采用C30 混凝土，查资料得，其弹性模量= Pa抗滑桩截面为矩形，断面尺寸ba =2m3m抗滑桩桩长：=8m，其中受荷段=9.23m，锚固段=5m；桩间距（中至中）：L=5m4.2 抗滑桩参数计算桩截面的惯性矩： 4.5 m4桩截面模量：3 m3桩的抗弯刚度：EI0.85EI11.475m2 桩的计算宽度：Bp=b+1=3m地基系数计算： 受荷段的地基系数： 根据岩性及地层情况，由于在滑面以上还存在有筑填土层（Q4me）和含碎石粉质粘土（Q4dl+el）层厚约为9.23m，取该土层的抗滑地基系数的比例系数为m=7000KN/，则滑面处的地基系数采用 A=70009.23=64610KN/ 锚固段的地基系数： 泥岩（T2b）由强风化泥岩厚为2.20m和弱风化泥岩厚为0.70m组成,桩的埋长为5m。强风化泥岩取抗滑地基系数为m=80000KN/，弱风化泥岩取抗滑地基系数m=100000KN/。根据多层土的地基系数的比例系数的取值可得4.3 抗滑桩计算模式选取 桩的变形系数= 0.368桩的换算深度为= 0.3476= 2.21 2.5 故按刚性桩计算。4.4 受荷段内力计算 桩后荷载：滑坡推力=502 .3 kN/m， 主动土压力=434.50 kN/m (计算过程见5.2) 桩前荷载：剩余抗滑力=0 kN/m 抗滑桩桩悬臂端作用的力系仅滑坡推力 则作用在每根桩上的力： 桩承受的水平向推力： 垂直推力不考虑（有利效应且力较小） 作用在滑坡的水平推力按矩形分布,如下荷载分布图（图2） 滑动面以上桩按悬臂梁计算： 滑面处的剪力：Q0=2257.32 KN 滑面处弯矩： M0=2257.329.23/2=10417.53 KN.m图2 荷载分布图4.5 锚固段内力计算4.5.1 计算转动中心的深度及转角 转动中心的深度： =3.37m 转角：=0.00232 rad4.5.2 求锚固段内力及侧向应力 侧向应力： =（3.37-y)(64610+96128y)0.00232 滑动面以下深度y处桩截面的弯矩和剪力，取y处上部为分离体，由M=0及X=0求得： 当yy0时： 当yy0时： 由上面的函数关系式求得不同锚固段处的弯矩、剪力、桩侧应力，用Excel绘制内力图（图三）如下： 当埋深y=1.25m时，侧向弹性抗力（侧应力）为最大 最大侧应力：= 908.77 Kpa 侧应力为0的一点即为剪力最大点，求得当埋深：y=3.37m时=0最大剪力：= 4453.84 KN 剪力为0的一点即为弯矩最大点，求得当埋深：y=1.0 m时=0最大弯矩：= 11672.05 KN.m4.6桩侧应力验算滑床中、上部主要为三叠系中统巴东组（T2b）青灰色泥岩组成，岩层产状为16141，强风化带厚度约为2.2 m，其下为中等微风化。岩石的单轴抗压强度为R=24 MPa。属于完整的岩质、半岩质地层。 锚固段地层为比较完整的岩质地层，桩身对地层的侧压应力应符合下列条件： 岩层产状倾角大小决定，根据岩层构造取0.5； 取决岩石的裂隙、风化及软化程度，取0.3； 围岩单轴抗压极限强度，R24000kPa。 桩侧各点应力都满足，即锚固长度满足设计要求。4.7抗滑桩配筋计算 桩身需要配纵向受力钢筋以抵消弯矩，配置箍筋以抵抗剪力。桩身结构设计计算参考混凝土结构设计规范（GB500102002)。根据5.5.2桩身内力计算，最大弯矩= 11672.05 KN.m，最大剪力：= 4453.84 KN。4.7.1正截面受弯计算 取桩的永久作用分项系数： 取桩结构重要性系数： 则： 取C30混凝土，混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土强度等级不高于C50，取1.0。取选用HRB335 钢筋，钢筋抗压强度设计值考虑到可能需要双排配筋，故取保护层厚度c=70mm。h值取为3000mm，则=2930mm。由力矩平衡条件得 为防止出现超筋破坏，应满足 即满足要求由力的平衡条件得 为防止出现少筋破坏，应满足 即满足要求 选用用23根32等间距单排布置，布置在桩的受拉区。 根据DZ0240-2004_滑坡防治工程设计与施工技术规范，桩的两侧及受压边，应适当配置纵向构造钢筋，间距取400mm，直径取16mm。桩的受压边两侧，应配置架立钢筋，直径取20mm。4.7.2斜截面受剪计算 取桩的永久作用分项系数： 取桩结构重要性系数： 则： 当时， 即满足要求，不会出现斜压破坏 斜截面受剪承载力的计算： 承载力不满足则需满足选用HRB33525钢筋，箍筋做成封闭式。 ，为单肢箍筋的截面面积根据混凝土结构设计规范（GB500102002)，箍筋的最大间距，最小直径不低于8mm。箍筋的最小配筋率要求： 箍筋的配筋率需满足： 则箍筋间距取s=300mm因此选用25300的双肢箍筋。4.7.3 纵筋的截断设计根据混凝土结构设计规范，采用弯矩包络图进行钢筋截断，本设计仅截断两处以减少钢筋数量。每根钢筋所抵抗的弯矩可近似地按该根钢筋的面积与钢筋总面积的比值乘总的抵抗弯矩，即。现截断九根纵向受力钢筋，每根钢筋面积为804.2，则截断钢筋的抵抗弯矩： 如图4所示，滑面上2.53m处以上和滑面下3.3m处以下可截断9根纵向受力钢筋，截断钢筋符合截断构造要求。图4 简略抵抗弯矩图根据配筋设计和构造配筋，截面由最大弯矩控制，在抗滑桩滑面以上2.53m和滑面以下3.3范围内。截面由剩余钢筋弯矩控制，在滑面上2.53m处以上和滑面下3.3m处。抗滑桩绘制抗滑桩截面配筋图，如图5所示：5.抗滑桩间挡土板设计5.1 挡土板的拟定 挡土板材料及施工：采用C30混凝土，选用HRB335级钢筋，现场预制 板墙尺寸：截面为矩形，截面 尺寸bh =1000250 ，板长a=3600,如图5所示图6 板墙尺寸5.2 荷载确定 当土体为粘性土时，建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）对边坡支挡结构土压力计算提出如下规定，计算支挡结构的土压力时，可按主动土压力计算。由板墙测土地质条件，按库伦主动土压力计算：滑面处的库伦土压力则总库伦土压力：取最大库伦土压应力均匀作用在单跨板上进行设计 则板跨最大弯矩为5.3 板墙配筋设计 取桩的永久作用分项系数： 取桩结构重要性系数： 则： 取C30混凝土，混凝土轴心抗压强度设计值，取选用HRB335 级钢筋，钢筋抗压强度设计值。保护层厚度c=30mm，h值取为250mm，则=210mm。由力矩平衡条件得 为防止出现超筋破坏，应满足 即满足要求由力的平衡条件得 为防止出现少筋破坏，应满足 即满足要求 选用用1020100单排布置，在沿板跨度方向截面受拉一侧布置。 根据DZ0240-2004_滑坡防治工程设计与施工技术规范，分布钢筋选用直径12mm,布置与受力钢筋垂直方向，间距200mm，板墙配筋图见图6。图7 板墙配筋图6.排水工程 该区域属中亚热带季风气候，年平均降雨量1082mm，降雨多集中在59月，尤其是68月多暴雨，日最大降雨量达192.9mm，小时最大降雨量超过65mm。根据K96+030K96+155工程地质详细勘察报告，斜坡坡顶、坡脚无塘、田、水库、河流等地表水体分布。滑坡地质条件简单，滑体厚度和滑坡规模都较小，综合考虑仅需简单按区域性进行排水沟设置。 6.1 排水沟设计排水沟材料：采用浆砌条石排水沟布置：在公路内侧布置，延伸出滑坡周界5m按重庆市区域常用排水沟截面设计区间取值，截面尺寸见图8。图8 排水沟截面尺寸 7工程量统计表7.1 材料用量7.1.1钢筋用量表 抗滑桩的钢筋用量表如下表所示： 单根抗滑桩钢筋用量表钢筋用途等级代号直径（mm）根数单根长度（m）理论质量(kg/m)总长(m）总量（kg)抗弯钢筋HRB335323374.832311115.73抗弯钢筋HRB335282294.83154743.82箍筋HRB33525469.42.47432.41068.03架立筋HRB3352525143.853501347.5 挡土板钢筋用量表如下表所示： 单块挡土板墙钢筋用量表钢筋用途等级代号直径（mm）根数单根长度（m）理论质量(kg/m)总长(m）总量（kg)受力钢筋HRB3352894.64.8341.4199.9