小直径钢管排桩支挡结构

1、小直径钢管排桩支挡结构的抗滑机理及工程应用高恒潮B3主要内容 简要介绍 作用机理 结构设计 工程实例 1 简要介绍 小直径钢管桩：小直径钢管桩是微型桩的一种，直径一般小于300 mm，采用钻机成孔后下入钢管，再于钢管内压力注浆成桩。小直径钢管桩排桩小直径钢管排桩支挡结构 小直径钢管桩最初主要应用于建筑竖向承载或地基加固工程。 小直径钢管桩竖向承载能力强、经济环保、场地适应性好、桩位布置灵活、对岩土体扰动小、支挡能力强等优点，近年来广泛应用于滑坡应急抢险工程，实际应用中，多采用两排或数排布置，以提高抗滑支挡能力。2 作用机制 2.1 受力体系 排桩作为支挡结构，实质为桩岩土体复合结构承受滑坡推力

2、，桩间的相互作用力为结构体系内力。 复合结构承受外力为第n 排桩的桩后滑坡推力、第1排桩的桩前滑体抗力、滑面处滑坡与滑床间作用力。 各桩受力情况: 第n 排桩，作用力为桩后滑坡推力、桩前滑体抗力、连系梁传递作用力； 第i排桩，承受经第i 排桩和第i + 1 排桩间滑体传递而来的第i + 1 排桩的桩前滑体抗力的反作用力( 第i + 1排桩变形引起) 、第i 排桩和第i + 1 排桩间滑体的剩余下滑力、第i 排桩前滑体的抗力、系梁传递作用力。 2.2 抗滑机理 小直径钢管桩桩土复合体的抗滑机制主要表现在两个方面： 注浆加固的作用 桩岩土体复合结构的共同抗滑作用 2. 2. 1 注浆加固的作用 滑

3、坡体尤其是滑带附近，由于滑动变形作用，其软弱带、裂隙极为发育。在高压注浆作用下，水泥砂浆沿裂隙、滑带土层扩散，形成水泥土，提高了滑面的抗剪能力。 同时，浆液将渗透至滑体及滑面下岩土层，在浆液填充、挤密作用下，使得岩土体密度增大，孔隙减小，岩土体形成一个树枝网状结构加固复合体，提高滑( 边) 坡的稳定性。 2. 2. 2桩岩土体复合结构的共同抗滑作用 桩土复合结构中钢管桩为结构体系的骨架，利用其优良的抗剪、抗拉、抗压性能，可较好地约束桩间岩土体。良好的约束作用使桩间岩土体强度得到了较大提高，更重要的是，桩土复合结构作为类抗滑桩共同抵御滑坡推力。 2. 3 破坏模式 由离心试验结果发现，排桩结构发

4、生了变形，见图3。 因此： 此类结构的主要破坏模式为锚固段抗拔力不够导致拔出； 受压构件桩身接管不牢发生弯剪破坏或受压桩体产生压杆失稳。3 结构设计技术要点 3. 1 桩身材料及桩排数确定 首先按照钢管材料屈服强度和截面极限抗剪强度计算单桩极限弯矩和最大剪力，并初步选定桩径、壁厚；按照排桩复合结构进行极限承载力计算，由此确定选用桩排数量。一般情况，滑坡推力T400 kN/m，可选用两排桩；400 kN T700 kN，选用三排桩；T 700 kN 时，建议采用抗滑桩或大直径钢管桩。 3.2 锚固深度 对承受拉力的钢管桩，依据锚固段桩体极限抗拔力不小于各单桩桩身的最大拉力Nmax，可按下式确定锚

5、固深度h，从而确定桩长L。 式中 d 为钻孔直径； 为水泥砂浆体与岩土体间的容许抗剪应力。 3. 3 桩间距和排间距 根据有限元计算分析，桩间距B 与桩径d 之比( B/d) 与边坡安全系数呈现幂函数关系。结合工程实践经验，建议此类排桩结构B/d 控制在6 12 之间。 对于块碎石土为主，土体抗剪强度较高的滑( 边) 坡，可取大值； 含水量高，土体抗剪强度低的坡体，建议取低值。 3. 4 连系梁设计 桩顶联系梁可将钢管桩连接为一个整体，使其发挥出结构的整体工作性，以有效协调不均匀荷载，并限制结构的桩顶位移。联系梁的设计应尽可能保证刚度足够大，体现强梁弱桩，增强传递荷载和协调能力。连系梁一般采用

6、钢筋混凝土梁或板，其结构设计、构造尺寸应满足钢筋混凝土梁板设计要求。建议联系梁的高、宽取3 4 d，钢管桩嵌入联系梁的深度不应小于2 d。4 工程实例 4. 1 滑坡概况 广元至巴中高速公路K78 + 230 + 400 段滑坡，属红层区典型工程滑坡，路堤填筑至近路床标高时，在降雨作用下发生下滑失稳，致路中心拉裂呈陡坎，前缘农田鼓胀，临近民房开裂。 4. 2 钢管桩治理方案 为快速治理滑坡，防止路堤变形加剧，采用小直径钢管排桩进行滑坡处治。 通过实测滑坡主轴断面进行参数反算，滑体容重采用 = 20. 5 kN/m3，得出滑带土抗剪强度参数为 = 9. 3，c = 12. 44 kPa。 按照天

7、然工况及暴雨工况计算，分别得出滑坡推力见表1。设计滑坡推力按最不利工况取403. 8 kN/m 结合场地条件，钢管桩排距1. 6 m，桩间距1. 5m，桩长9. 0 m，两排梅花形布置，桩顶采用40 cm 40 cm的C25 混凝土梁联系。钢管型号为127. 00 mm 5. 75 mm。 结构布置图如下。 4.3 施工工艺 （1）钻孔及钢管桩内灌注M30 水泥砂浆。水泥砂浆采用细砂，砂的最大粒径为2 mm，砂浆配比为1 0. 5 0. 5。 （2）为增强砂浆抗裂防渗功能，保证钢管外防腐保护层厚度，水泥砂浆中加入砂浆抗裂抗渗聚丙烯纤维，用量为0. 9 kg /m3。 ( 3) 注浆。灌浆压力0

8、. 2 0. 3 MPa。清孔后，放入钢管，将注浆管伸入桩的中下部，设置止浆塞后即开始注浆，待孔外浮渣充分翻至孔口后，取掉止浆塞开始管内注浆，浮渣完全翻出管顶后，可停止注浆。灌浆完毕前，应保持稳压注浆一段时间，以确保浆体密实、管外保护层可靠、浆体向土体裂隙内有效渗入。 ( 4) 钢管桩水泥砂浆固化后，在原地面开挖 40 cm 40 cm 沟槽作为联系梁的模板，进行连系梁的施工，每30 50 m 设置一道伸缩缝。 4. 4 处治效果 该工点实施小直径钢管桩处治后，滑坡变形迅即收敛停止。2007 年11 月处治完成后的路堤段作为预制梁场，亦未见开裂变形迹象。自2009 年通车至今，小直径钢管桩处治的滑坡路段整体稳定，运营良