【《某滑坡治理工程的设计计算过程案例》3100字】

某滑坡治理工程的设计计算过程案例1.1治理方案确定K328+855～K328+940段坡体现处于初滑阶段，存在进一步滑动隐患，严重危害公路正常运营，鉴于该病害段特有地形地势及岩土工程特征，对该段边坡作抗滑治理，由于明显的滑坡变形迹象和大埋深的滑动面,设计计划使用单排抗滑桩来稳定滑坡,结合滑坡的特点以及所在地形区域,在公路两侧布置排水沟，截留和疏导地表水，防止地表水渗入对滑坡稳定性的不利影响。K328+940～K329+060段左侧边坡失稳，岩体节理裂隙较为发育，坡面未设置防护，存在大量危岩体垮塌、掉块，决定在清除危岩体后，采用锚杆支护。1.2桩身外力确定抗滑桩一般设在抗滑地段，考虑经济效益、保障安全并结合滑坡推力曲线选择在滑坡前缘⑦号滑块设桩。最终确定滑坡推力为1353.43kN/m,推力角度为22.385°，剩余抗滑力为493.149kN/m，角度为22.385°，由于桩前土体提供抗力，故为全埋式桩。1.3桩身参数选取根据滑坡地层性质、滑坡推力、滑面坡度、滑体厚度等综合因素，结合规范对抗滑桩的一般规定，确定：抗滑桩总长10m其中受荷段h1=5m锚固段；截面尺寸；桩间距L=6m；桩身混凝土选用C30。1.4抗滑桩桩型计算1.4.1抗滑桩设计基础参数计算桩截面：S=ba=1.5×2=3㎡桩截面惯性矩：I=桩截面模量：W=桩的综合弹性模量（钢筋混凝土，采用C30混凝土）：由《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）4.1.5得弹性模量E=30×桩的抗弯刚度：EI=30×桩的计算宽度：B桩的变形系数：α=桩的计算深度：αh故按刚性桩计算。1.4.2桩上设计荷载计算按朗肯土压力理论计算桩前被动土压力，取滑体土的重度γ1=18.61kN/m3，内摩擦角φ1=13.28°E由于EpL每根桩承受的水平推力：T=1353.43×6×1.4.3受荷段桩身内力计算，滑面处的剪力：Q滑面处的弯矩：M受荷段分布力：qq受荷段桩身剪力：Q受荷段桩身弯矩：M各截面计算结果如下表5-1受荷段各截面内力表y(m)012345Qy0191.4228761.69121722.8053062.7654781.57My063.8076510.46081722.8054083.6867971.951.4.4锚固段桩侧应力和桩身应力计算（按刚性桩计算）（1）滑面至桩转动中心距离及转角。取A=190000kN/m³。滑面至桩转动中心距离：y转角：φ=（2）桩身变位。x（3）桩侧应力。σ令dσ（4）桩身剪力。Q令dQ令Qy（5）桩身弯矩。M令dM按刚性桩计算的锚固段桩身变位、内力及桩侧应力如下表所示。5-2锚固段桩身内力表计算截面y/水平位移xy/10^-4m桩身剪力Qy/kN桩身弯矩My/kN·m桩侧应力σy/kPa备082.67864781.577971.951570.894滑面处0.303371.1272793586.3379241.8571586.921横向压应力最大157.7814871.439810790.171502.3171.237151.878274-0.0570110892.681434.938弯矩最大232.8842-2431.559921.211081.17937.987-4263.996411.921319.4813.3208-2.18E-05-4394.55016.2490.000145桩转动中心、最大剪力4-16.9102-3742.482176.545-794.7785-41.80740.3750.73-2257.6桩底（6）地基强度校核。嵌入岩层时，桩的最大横向压应力σmax应小于或等于地基的横向承载力特征值ffH式中：fHKHΗ——折减系数，根据岩层的裂缝、风化及软化程度可取0.30~0.45；frk由式得，1586.921kPa<0.8×0.4×27.99×10³=8956.8kPa满足要求。（7）桩身内力图1.1锚固段桩侧抗力图1.2锚固段剪力图1.3锚固段弯矩图1.4.5桩的结构设计（1）配筋计算抗滑桩如果受到滑坡推力和桩前的阻力会使桩弯曲，如果荷载过大，会对桩产生变形和破坏，所以需要对桩身的纵向应力分别进行配筋和箍筋，为抵抗弯矩和剪力。本次拟设计的抗滑桩横截面尺寸为：b×h=1.5m×2m，桩身的混凝土选用C30级，受拉钢筋选用HRB400级，箍筋选用HRB400级。混凝土保护层的厚度取35mm弯矩设计值M=10892.68kN·m，剪力设计值V=4394.5kN。受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离ɑs=100mm，则截面有效高度h0查《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）得：fy=360N/mm²,fc=14.3N/mm²最小配筋率：ρmin1）纵筋计算：查《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ0219-2006）7.2.12得：Asε=1−1−2αs式中：As—受拉钢筋截面面积（mm）；M—抗滑桩设计弯矩（N.mm2）fc—混凝土轴心抗压强度（N/mm2fy—受力钢筋抗拉强度（N/mm2b—为抗滑桩宽度（m）ε—含钢特征值，且要求满足条件ξ﹤ξbh0—抗滑桩截面有效高度（m）；K1αε=1−A=A查《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）表A.0.1，选用24根Φ32，实有As=19300.8mm2。2）箍筋计算矩形截面桩应进行斜截面抗剪强度验算，其计算公式为(1.5)且要求满足条件：(1.6)式中：V—设计剪力（N）；Vcs—斜截面受剪承载力（N）；ft—混凝土轴心抗拉强度（N/mm2）；fyv—箍筋抗拉强度（N/mm2），取值不大于310N/mm2；Asv—同一截面内箍筋的全部截面面积（mm）；S—抗滑桩箍筋间距（mm）；K2—抗滑桩斜截面受剪强度设计安全系数，取1.10，其他符号意思同前。验算截面梁尺寸：0.25满足要求。验证是否需要按计算配置箍筋：0.7应按计算配置箍筋，并按规范要求取fyv=300N/mm。A选用双肢箍筋Φ12@100，则An满足计算要求及最小配筋率要求。（2）结构设计将上述计算出的HRB400级24Φ32纵向受拉钢筋布置于截面受拉侧，其中6根在受拉侧及靠山处布置，另外18根平均分为六束进行局部加强。选用8根HRB400级Φ32构造钢筋布置在侧向压应力最大处组成钢筋骨架，箍筋采用HRB400级双肢箍Φ12@100。1.5锚固支护设计1.1.1锚固力计算采用预应力锚索相同的锚固力计算公式确定锚固荷载时,宜采用单束锚杆或锚索设计吨位。采用简支梁或多跨连续梁公式计算两锚杆之间格构内力。1.4K328+960（4-4’）垮塌处断面图（1）边坡安全系数计算：滑体体积SS滑体重力WW滑面水压力U=P=F=取[F]=1.5。（2）边坡锚固力计算最优锚固角：δ=J=取l=3m，n=4，锚杆长度为5m，查表锚杆锚固体抗拔安全系数取2.2。N单根锚杆拉力设计值N（3）锚杆结构设计1）杆体截面面积查表9-5，选择锚杆杆体材料为普通螺纹钢筋HRB335级。杆体的截面面积按照下式确定，As式中：As——锚杆杆体截面面积，m2fy——普通钢筋抗拉强度设计值,N/mm2A故每排锚杆总截面面积不应小于111.3mm22）锚杆锚固段长度按锚固体与杆体间的粘结强度计算，取n=1,ξ=1假设锚固段灌浆体抗压强度能达到40MPa，取fmsL按锚固体与地层间的粘结强度计算，取D=13mm，ψ=1.3，fmg=1.0MPa,Fa=2.2,L由于岩石锚杆的锚固长度宜采用3～8m，故取锚固段长度为3.0m。3）锚杆自由段长度根据锚杆之间的交点的距离和滑动表面的斜率,锚杆的自由部分的长度不得小于5米,自由部分应当通过潜在滑动面至少1.5米,锚固部分应当选择适当的层。（4）锚固工程设计设计4排普通钢筋，倾角为12°，锚固段长度为3.0m，如图所示。其中，1号、2号、3号及4号锚杆总长度均为4.92m。1.5锚杆布置图1.6排水工程设计1.6.1截排水沟布置根据排水工程设计标准和原则，结合滑坡范围和场地的实际情况，排水沟渠排列在该地区，为了防止地表水汇集和拦截其进入滑坡，在道路两侧布置排水沟，使汇集形成的径流经过排水沟排放进左侧沟谷,用以带出地表水，减少对该处边坡的侵蚀，以免再一次因结构面的不稳定而导致滑坡。1.6.2截排水沟尺寸设计（1）地表水流量的确定采用中国科学院公路研究提出的经验公式计算，设汇水面积F=0.005km2，则公式为Qp=ψS式中：Qp—地表水汇流量（m3/s）；ψ—径流系数；Sp—设计降雨强度(mm/h)；F—汇水面积(km2)。根据地区降雨资料，取20年一遇小时最大降雨强度49.2mm/h为设计降雨强度，查《公路排水设计规范》（JTG/TD33-2012）表9.1.8，取径流系数ψ=0.80，则：Q（2）截排水沟断面设计截水沟断面采用Ⅰ型截水沟，断面底面净宽0.25m，水深0.20m。排水沟断面流量计算根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ0219-2006）6.2.1.5排水沟过流量计算公式和满宁公式计算：（1.9）(1.10)式中，Q—过流量（m3/s）；W—过流断面面