边坡工程处治技术抗滑桩设计PPT学习教案

1、会计学1边坡工程处治技术边坡工程处治技术 抗滑桩设计抗滑桩设计5.1 概述概述抗滑桩工作原理示意图滑坡推力侧向阻力滑动面抗滑桩 桩是深入土层或岩层的构件。 抗滑桩与一般桩基类似，主要承担水平荷载。 边坡处治工程中的抗滑桩通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体，依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力，而使边坡保持平衡或稳定。第1页/共42页1.抗滑桩的类型 （1）按材质分类 木桩、钢桩、钢筋混凝土桩、组合桩。 （2）按成桩方法分类 打入桩、静压桩、就地灌注桩（沉管灌注桩和钻孔灌注桩）。 （3）按结构型式分类 单桩、排桩（椅式桩墙、门式刚架桩墙、排架抗滑桩墙）、群桩、有锚 桩（锚杆

2、和锚索）。 （4）按桩身断面形式分类 圆形桩、方形桩、矩形桩、“工”字形桩等。 第2页/共42页a）b）c）抗滑排桩型式a）椅式； b）门式；c）排架式第3页/共42页桩型特点适用条件优点缺点按材质分类木桩就地取材、方便、易于施工桩长有限、桩身强度不高用于浅层滑坡的治理、临时工程、或抢险工程钢桩强度高、施打容易、快速、接长方便受桩身断面尺寸限制，横向刚度小，造价偏高钢筋混凝土桩桩断面刚度大，抗弯能力高，施工方式多样混凝土抗拉能力有限按成桩方法分类打入式施工简单、工期短施工振动对边坡影响全埋式抗滑桩或填方边坡，同时下卧地层应有可打性机械钻孔速度快，桩径可大可小对较陡边坡机械架设困难，钻孔时水对边

3、坡也有影响适用于各种地质条件人工挖孔方便、简单、经济速度慢、劳动强度高，遇不良地层处理困难对地质条件要求较高，桩径应在1000mm以上按结构型式分类单桩简单、受力和作用明确。承载力较小排架桩转动惯量大，抗弯能力强，桩臂阻力小，桩身应变小。在软弱地层有明显的优越性有锚桩改变桩的受力状况，桩身应力状态和桩顶位移得到改善。锚杆（索）的锚固端需要较好的地层或岩层边坡的推力较大，对边坡的变形有要求第4页/共42页5.1.2 5.1.2 抗滑桩设计要求和设计内容抗滑桩设计要求和设计内容1. 抗滑桩设计要求 （1）抗滑桩提供的阻滑力要使整个滑坡具有足够的稳定性，同时保证坡体不从桩顶滑出，不从桩间挤出； （2

4、）抗滑桩桩身要有足够的强度和稳定性，即桩的断面要有足够的刚度，桩的应力和应变满足规定要求； （3）桩周地基抗力和滑体的变形在容许范围内； （4）抗滑桩的埋深及锚固深度、桩间距、桩结构尺寸和桩断面尺寸应比较适当，安全可靠，施工可行、方便，造价较经济。第5页/共42页第6页/共42页5.1.3 5.1.3 抗滑桩设计计算程序抗滑桩设计计算程序收集滑坡资料、分析原因、确定滑坡性质、范围等计算滑坡推力进行桩群的平面布置、拟定桩间距、桩位选择桩型，拟定桩长、锚固深度、截面尺寸等确定桩的计算深度，选定地基系数计算桩的变形系数和计算深度，判断桩的计算性质（刚性或弹性桩） 采用相应的方法计算桩的内力和变位、地

5、基反力等，确定桩身的最大弯矩和剪力及位置校核地基强度是否接近绘制桩身弯矩、剪力图、变形曲线是对钢筋混凝土桩进行配筋设计绘制施工图，提出施工技术要求等否第7页/共42页 作用于抗滑桩上的力系主要有两大部分：作用于桩上部的滑坡推力和桩周地层对桩的反力。5.2.1 5.2.1 滑坡推力的确定滑坡推力的确定1.1.滑坡推力滑坡推力 坡体产生的作用于抗滑桩桩背上的力，其作用方向假定与桩穿过滑面点处的切线方向平行。2.2.滑坡推力计算方法滑坡推力计算方法 滑坡推力的计算方法有瑞典条分法，Bishop条分法，Janbu条分法，不平衡推力传递系数法，有限单元法等。在实际工程中一般采用不平衡推力传递系数法（剩余

6、推力法）。第8页/共42页 设计滑坡推力按如下方法确定： （1）首先得到稳定系数为1的滑坡推力曲线与设计工况下的推力曲线； （2）设桩处的设计滑坡推力值为设计工况推力曲线与稳定系数为1的滑坡推力曲线之差值； （3）该差值在水平方向的分量即为设计滑坡推力值。第9页/共42页 对于稳定系数小于1的滑坡，利用规范法进行设计偏于危险；而对于稳定系数大于1的滑坡，利用规范法进行设计偏于保守。基准工况K0.9K1.0设计工况E设设E设LE距离/m剩余下滑力/kNm1第10页/共42页3. 3. 滑坡推力分布形式滑坡推力分布形式 滑坡推力在桩背上的分布和作用点位置，与滑坡的类型、部位、地层性质、变形情况及地

7、基反力系数等因素有关。 （1）对于液性指数小，刚度较大和较密实的滑坡体，从顶层到底层的滑动速度常大体一致，假定滑面上桩背的滑坡推力分布图形呈矩形矩形。 （2）对于液性指数较大，刚度较小和密实度不均匀的塑性滑体，假定滑面以上桩背的滑坡推力图形呈三角形三角形分布。 （3）介于上述两者之间的情况可假定桩背推力分布呈梯梯形形。第11页/共42页第12页/共42页地基土为2层时，有2212212211)()2(lllllmlmm地基土为3层时，有2321332132212211)()22()2(lllllllmlllmlmm式中： 、 、 分别为第1，2，3层地基土的m值； 、 、 分别为第1，2，3层

8、地基土的厚度。1m2m3m1l2l3l第13页/共42页第14页/共42页0 . 12l0 . 12l5 . 22l5 . 22l式中，、均定义为桩的变形系数，单位为 ，按下式计算：1m41514EIBKEIBmpHpH式中： KH K 法的侧向地基系数，KN/m3 ； Bp 桩的正面计算宽度，m； mp m 法地基系数的比例系数，KN/m4 ； E，I 桩的弹性模量，KPa，桩的截面惯性矩，m4。第15页/共42页Hyxmm1A2Ayx0l2l0 x单一土层桩的受力分析第16页/共42页桩身剪力：桩身弯矩：)23()2(02610121xxxmBxxxABHQppx)2()3()(03121

9、021610 xxxmBxxxABxlHMppx当 时桩身变位：桩侧应力：桩身剪力：桩身弯矩：)(0 xxy02xxl)(02xxmxAx20221026120121)()23(xxABxxxmBxABHQpppx)2()()3()(03121302610201610 xxxmBxxABxxxABxlHMpppx当 时00 xx桩身变位：)(0 xxy桩侧应力：)(01xxmxAx第17页/共42页根据静力平衡条件 H=0和 M=0可解得：0)23()34(5 .0)2(3)23()(3)(20222203220222022202103021llAlllmlllAlllmlxAAlxAA令)(

10、21AAA)(3210AAlB)2(3)23(20222022llAlllmlC)23()34(5 . 0202222032llAlllmlD则有02030DCBxAx)32()2(3)(36222222022120AmllAmlxlAAxBHp（4.5）（4.6）解方程式（4.5），找出 代入（4.6）可算出 ，则可计算出桩的内力。0 x第18页/共42页AEpE2lB锚固段a）b）弹性桩计算图式y0y0Q0M2lx滑面 根据抗滑桩滑面以上部分所受荷载建立挠动微分方程，通过数学求解可得滑面以下任一截面的变位和内力计算的一般表达式。 根据桩底边界条件计算出滑面处的位移和转角，再计算出桩身任一深

11、度处的变位和内力。第19页/共42页 约束条件约束条件物理量物理量固定固定铰支铰支自由自由弯矩弯矩M M0 00 00 0剪力剪力Q Q0 00 00 0水平位移水平位移y0 00 00 0转角转角 0 00 00 0抗滑桩桩底约束条件的确定（三）抗滑桩桩底约束条件的确定（三）表表1 桩底约束条件与桩底内力、变形关系桩底约束条件与桩底内力、变形关系第20页/共42页044xymBEIhpdxyd（4.7）xymDCBAyEIQDCBAyEIMDCBAyDCBAyyhxEIQEIMxEIQEIMxEIQEIMxEIQEIMx444403333302222201111030200302003020

12、030200（4.8）采用幂级数的解法，整理后有：式中： ， ， ， 随桩的换算深度 而变化的m法的影响函数值。iAiBiCiDxl第21页/共42页 式（4.8）为m 法计算桩的一般表达式。一般应根据桩底的边界条件求得滑动面出的位移和转角，才可求出桩身任一截面出的位移、转角、弯矩和剪力，地基土对该截面的侧向应力。 当桩底为固定端时，有 ， ， ， 。将边界条件代入（4.8）中的第1式和第2式，联立求解得：0By0B0BM0BQ 当桩底为铰接端时，有 ， ， ， 。将边界条件带入（4.8）中的第1式和第3式，联立求解得：0By0BQ0B0BM00121212120231212121200121

13、212120212121212MQB CC BB DD ByEI A BB AEIA BB AMQC AA CD AA DEI A BB AEIA BB A01313013130231313131301313013130213131313MC BB CQD BB DyEI B AA BEI B AA BMA CC AQA DD AEI B AA BEI B AA B第22页/共42页 当桩底为自由端时，有 ， ， ， 。将边界条件代入（4.8）中的第3式和第4式，联立求解得：0B0BQ0BM0By 将上述各种边界条件下相应的y0、0带入（4.8），即可求得滑动面以下桩身任一截面的位移、转角、弯

14、矩和剪力。2. K法 依假定，桩锚固段的挠曲微分方程为：由式（4.3），有 上式可写为：03434034430233434343403434034340234343434MB CC BQB DB DyEI A BB AEIA BB AMC AA CQD AA DEI A BB AEIA BB A440hpd yEIK B ydx44hpK BEI44440d yydx第23页/共42页求解常系数微分方程，整理代换后有：其中(4.14)1234cos1(sincos)21sins21(sincos)4xch xxch xxsh xx h xxch xxsh x000012342300004123

15、23200003412233000023412344444xxxxxHxMQyyEIEIMQyEIEIMQMEIyEIEIMQQEIyEIEIK y第24页/共42页 当桩底为固定端时，有 ， .代入式（4.14）中的第1式和第2式，联立求解得：0By0B 当桩底为自由端时，有 ， 。将边界条件代入（4.14）中的第3式和第4式，联立求解得：0BM0BQ0BM0By 当桩底为铰接端时，有 ， 。将边界条件代入（4.14）中的第1式和第3式，联立求解得：20213023140223224124120123401340222241241444444MQyEIEIMQEIEI 22034120420

16、23231423142201303412022314231444444444MQyEIEIMQEIEI 204130231402232324324203412021302223243244444444444MQyEIEIMQEIEI 第25页/共42页第26页/共42页 （3）对滑坡推力特别大的滑坡，可考虑采用抗滑排架或群桩承台。 （4）对于轴向很长的具有复合滑动面的滑体，应根据滑面情况和坡面情况分段设立抗滑桩，或采用抗滑桩与其他抗滑结构组合布置方案。2. 2. 抗滑桩的间距抗滑桩的间距 受滑坡推力大小、桩型及断面尺寸、桩的长度和锚固深度、锚固地层强度、滑坡体的密实度和强度、施工条件等诸多因素

17、影响。合适的桩间距应该使桩间滑体具有足够的稳定性，在下滑力作用下不致于从桩间挤出。实际工程中桩间距一般取6-10m。 当抗滑桩集中布置成2-3排排桩或排架时，排间距可采用截面宽度的2-3倍。 第27页/共42页 3. 3. 桩的锚固深度桩的锚固深度 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、桩所承受的滑坡推力、桩的相对刚度以及桩前滑面以上滑体对桩的反力等因素有关。原则上由桩的锚固段传递到滑动面以下地层的侧向压应力不得大于该地层的侧向容许抗压强度、桩基底的压应力不得大于地基的容许承载力来确定。 第28页/共42页1自由段LL=L +LL =(1312)L212总桩长L锚固段L2第2

18、9页/共42页第30页/共42页第31页/共42页 1.50.511.010.9 1.50.510.91.01mmbmpppppppBbbmBbbmBbhBBddmBddmBd土质地层矩形桩岩质地层，且b+1D（）圆形桩（土质地层）（）桩的计算宽度（ ）；桩径（ ）；桩宽（ ）。bdbdhDb第32页/共42页2. 确定地基反力系数或计算参数确定地基反力系数或计算参数 水平地基反力系数一般应通过试验确定。但无试验资料时，可参照相关的文献或规范确定。3. 计算方法选择和桩性质的判定计算方法选择和桩性质的判定 根据桩的变形系数判断桩的性质（弹性桩或刚性桩），选择相应的计算方法。弹性桩的计算方法很多

19、，常用的有k法、m法。第33页/共42页 约束条件约束条件物理量物理量固定固定铰支铰支自由自由剪力剪力Q Q弯矩弯矩M M4. 抗滑桩内力计算抗滑桩内力计算第34页/共42页M(kN*m)N(kN)5.4.3 5.4.3 抗滑桩的结构设计抗滑桩的结构设计第35页/共42页1. 1. 桩的正截面设计桩的正截面设计 一般情况下，抗滑桩按受弯构件设计，配筋时按单筋矩形梁考虑。抗滑桩截面形状通常为矩形，其正截面受弯承载力的计算公式如下。 式中：M弯矩设计值； 1系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取1.0；当混凝土强度等级为C80时，取0.94，其余的采用线性内插； fc混凝土轴心抗压强度设计值，按

20、混凝土结构设计规范取用；10()2cxMf bx h第36页/共42页 b矩形截面宽度； x混凝土受压区高度； h0截面有效高度。 混凝土受压区高度由下式计算：式中： fy 普通钢筋抗拉强度设计值，按混凝土结构设计规范取用； As 受拉区纵向钢筋的截面面积。 1cysf bxf A第37页/共42页2. 2. 桩的斜截面设计桩的斜截面设计 矩形截面的受弯构件，其受剪截面应符合以下条件： 00000466cccchf bhbhf bhbhb当时 V0.25当时 V0.2当4时，按线性内插法确定式中： V 构件斜截面上的最大剪力设计值； 1混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取1.0；当混凝土强度等级为C80时，取0.94，其余的采用线性内插。同时满足：0c0tf bhf bhV0.7或V0.07第38页/共42页 抗滑桩内不宜设置斜筋，当混凝土不满足斜截面抗剪强度时，可采用调整箍筋的直径、间距和桩身截面尺寸等措施，满足斜截面的抗剪强度。当仅配置箍筋时，其界面受剪承载力应符合下列规定：式中：V构件斜截面上的最大剪力设计值； Asv配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积； n在同一截面内箍筋的肢数； Asv1单肢箍筋的截面面积； s沿构