第六章-抗滑桩

2015-12-231第六章抗滑桩设计计算一、概述二、抗滑桩设计原则及步骤三、抗滑桩设计荷载分析四、抗滑桩要素设计五、抗滑桩内力计算六、抗滑桩结构设计七、案例分析一、概述•抗滑桩是防治滑坡的一种工程建筑物，设于滑坡的适当部位，一般完全埋置地面下，有时也可露出地面。桩的下段均必须埋置在滑动面以下稳定地层的一定深度。•抗滑桩是利用桩自身优良的抗弯、抗剪能力和岩土体的承载力，通过桩身将上部承受的滑体推力传给滑面以下的稳定岩土体，依靠桩下部岩土体的侧向阻力来承担滑坡的推力，从而使滑坡保持平衡或稳定。1.抗滑桩定义及作用特点抗滑桩示意图受荷段锚固段桩前滑体前缘滑体滑床滑面2015-12-232施工方式打入桩钻孔桩挖孔桩材料木桩钢桩钢筋混凝土桩截面形状圆形桩管形桩矩形桩桩土相对刚度刚性桩弹性桩结构形式排式单桩承台式桩排架桩……锚索桩桩身埋置情况悬臂桩全埋桩2.抗滑桩分类2015-12-233a)c)d)f)e)b)抗滑桩的结构类型(a)一般抗滑排桩；(b)椅式桩墙；(c)门型抗滑桩；(d)排架抗滑桩；(e)h型排架抗滑柱；(f)预应力锚索抗滑桩2015-12-2342015-12-235三峡库区水田坝滑坡-抗滑桩抗滑桩排（兰青公路享堂滑坡）2015-12-236滑坡治理-抗滑桩滑坡治理-抗滑桩2015-12-2373.抗滑桩的优点（1）抗滑能力强，圬工数量小，在滑坡推力大、滑动带深的情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难。（一般情况下挡土墙20t以下的推力，20t以上用抗滑桩；超过200t，桩长超过35m时需做可行性论证）（2）桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利抗滑的部位。（3）施工方便，设备简单。采用混凝土或少量钢筋混凝土护壁，安全、可靠。（4）施工方便、安全、迅速，可以间隔地同时进行，工作面多而干扰少，施工开挖量少而不易在施工过程中造成滑体稳定条件的恶化；（5）通过开挖桩孔，能够直接校核地质情况，进而可以检验和修改原来的设计，施工中发现问题，易于补救。由于抗滑桩是一种特殊的侧向受荷桩，在滑坡推力作用下，桩依靠埋入滑动面以下部分的锚固作用、被动抗力，以及滑动面以上桩前滑体的被动抗力来维持稳定，因此，使用抗滑桩应该满足以下最基本的使用条件：（1）滑坡具有明显的滑动面；（2）滑坡体为非流塑性，桩能形成土拱效应；（3）滑动面以下为较完整的岩层或密实土层，能够提供足够的锚固力。4.抗滑桩的适用条件2015-12-238•抗滑桩破坏的基本形式滑动面滑动面bababa推测滑动面实际滑动面滑动面滑动面断桩桩周土破坏桩间土挤出―坐船”越顶二、抗滑桩设计原则及步骤（1）坡体稳定：设桩后应使滑坡的安全系数提高到规定的要求，保证滑坡不越过桩顶，不从桩间挤出；（2）桩身稳定：桩身要有足够的强度和稳定性。桩的断面和配筋合理，能满足桩的应力和桩身变形要求，不被剪断、变形不过大；（3）桩基和桩侧稳定：桩周地基抗力和滑体的变形在容许的范围内；（4）桩的间距、尺寸、埋深比较适当，保证安全，方便施工；（5）在可能的条件下，尽量充分利用桩前地层的被动抗力，以期效果最佳、工程最经济；（6）注意与周围环境的协调。1.抗滑桩设计原则2015-12-2392.抗滑桩设计步骤收集滑坡资料、分析原因、确定滑坡性质、范围滑体厚度等计算滑坡推力校核锚固段桩侧地基强度满足绘制桩身弯矩、剪力图、桩侧应力图（锚固段）、变形曲线图桩身钢筋混凝土配筋设计不满足、调整进行桩群的平面布置、拟定桩位及桩间距选桩型、拟定桩长、锚固深度、截面尺寸等（参考类似工程）确定桩的计算宽度、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）采用相应的计算方法计算桩的内力、变位及地基反力等，确定桩身的最大弯矩和剪力位置绘制施工图提出施工技术要求三、抗滑桩设计荷载分析1.抗滑桩的受荷段及锚固段滑动面受荷段锚固段滑坡推力受荷段锚固段受荷段锚固段受荷段—滑动面以上桩身锚固段—滑动面以下桩身2015-12-2310滑动面受荷段锚固段滑坡推力2）受荷段地层抗力3）锚固段地层抗力4）桩侧壁摩阻力5）桩底反力(桩底应力)6）桩身自重设计中忽略不计2.抗滑桩桩身受力1）受荷段滑坡推力•桩底应力：抗滑桩的基底应力，主要是由自重引起的。而桩侧摩阻力、粘着力又抵消了大部分自重。实测资料表明，桩底应力一般相当小，为简化计算，桩底应力可忽略不计。•桩周摩阻力：抗滑桩截面大，桩周面积大，桩与地层间的摩阻力、粘着力必然也较大，由此产生的平衡弯矩对桩有利。但其计算复杂，一般不予考虑。2015-12-23111）受荷段滑坡推力—取单位宽度1m宽的滑坡体纵向土条为研究对象滑坡是在斜坡上岩土体遭到破坏，使滑坡体沿着滑动面（带）下滑而造成的地质现象。滑动面有平直的、弧形的、折线形的。沿层面或接触面滑动—直线型滑面；均质滑坡－圆弧型滑面；非均质滑坡—折线型滑面。单一平面形滑面稳定系数：对一般散体结构或破碎状结构的坡体，或顺层岩坡的坡体，开挖后容易出现这种滑面。通过加大自重下滑力，即令Wsin扩大到KsWsin，即可得到该种滑体的下滑力E，即:costantansintanWKWsincostancos(tantan)0sKE•Ks为滑坡设计所要达到的安全系数-安全储备。•K0=1.0时，滑坡处于理论上的极限稳定状态。sincostan0KWW2015-12-2312圆弧形滑面这种滑面通常产生于有粘性土及含粘性土较多的堆积土组成的坡体地段。稳定系数为：通过加大自重下滑力，即令∑Wsinai扩大到Ks∑Wsinai，即可得到该种滑体的下滑力Ei，即：0costansiniiiiiiiWclKWaasincostan0iiiiiiisiEWWclKaa•Ks为滑坡设计所要达到的安全系数-安全储备。•K0=1.0时，滑坡处于理论上的极限稳定状态。0sin(costan)0iiiiiiiKWWclaa折线形滑面–剩余推力法（传递系数法）①滑体为刚体，不可压缩，条块间没有挤压变形；•是最常用的方法（条分法），一般的滑坡均可采用该方法进行计算。首先将滑坡体划分成若干条块，假定条件如下：②条块间只传递推力，不传递拉力（有拉力出现时取0）；③条块的剩余下滑力平行于该条块底部滑动面方向，作用点位于下一条块侧面边界中点；④一般取滑坡主滑剖面计算滑坡推力（平行于滑动方向取1m宽的土条作为计算单元），忽略计算宽度条两侧滑体体摩擦力影响。2015-12-2313安全系数及滑坡推力：通过安全系数Ks加大自重下滑力分量Wisinai到KsWisinai，即可得到该种滑体的下滑力Ei，即：11costnsinasiiiiiiiiiiEEWclKWaa111cos()sin()taniiiiiiaaaa•Ks为滑坡设计所要达到的安全系数-安全储备。稳定系数：由任一块的滑面方向力的平衡得1:iiaa上一个滑面与当前滑面的夹角•实际上按照上式最后一块剩余下滑力Ei为0时计算得到的K0（滑面c、确定情况下），即为当前状态滑坡的稳定系数。11110cos()sin()tancostnsinaiiiiiiiiiiiiiiEEEWclKWaaaaaa01111cos()sisn()tancon0instannnnnnnnnnnnnnEKWEEWclaaaaaa11costansin0snnnnnnnnnnElKcWEWaa稳定系数与安全系数-计算方法•稳定系数计算：不平衡推力传递法计算时，先假设稳定系数为1.0或者为根据现场滑坡现状的迹象给定1.0左右的一个稳定系数值，然后从坡顶的一条开始逐条向下推求Ei，直至求出最后一条的剩余推力En，En必须为零，否则要重新调整稳定系数值，重新计算，直到最后一块剩余推力En为零。•安全系数：是用来计算滑坡推力的，相当于将滑坡的当前稳定系数用一个含有安全储备的大于稳定系数值的数代替（一般由工程安全等级，根据规范直接给定），带入剩余推力计算公式，求得设桩处条块的剩余下滑力，即为抗滑桩后的滑坡推力。•稳定系数与安全系数—计算原理公式相同（剩余推力法公式）2015-12-2314滑面强度（c、值）•滑带强度指标c、值确定：使用不平衡推力法计算时，抗剪强度指标可根据土的性质和当地经验，采用试验结果和滑坡稳定系数反算相结合的方法确定。（一般c的变化对稳定系数及剩余推力影响不敏感，可以先根据试验给定c值，再利用经验确定的现状稳定系数，改变的大小致使最后一块剩余推力为零，此时的c、值即为与当前稳定系数配套的强度参数。）根据滑坡不同变形阶段及运动状态确定稳定系数K经验值变形状况及运动状态稳定度1主滑段后部蠕变，后缘裂缝张开K=1.15～1.22主滑段贯通，前缘挤压变形K=1.103微动阶段K=1.054刚形成剪出口，出现整体滑动K=1.05时动时停0.96≤K＜1.06加速变形阶段（位移量大于60cm）0.9＜K≤0.95稳定系数现场确定2015-12-2315根据滑坡体地下水及出口地层软硬情况确定稳定度K经验值滑坡体上出水情况稳定度滑坡前缘前缘有湿地(表明滑坡已贯通)K≤1.0前缘有股状水流出（水清）1.0＜K＜1.05前缘有混浊水流出（即将滑动）K≤0.99出口地带软塑状K＜1.0可塑状K=1.0硬塑状K＞1.0•《地质灾害防治工程设计技术要求-贵州》：滑坡稳定性评价根据强度参数（c、值）反算结合现场确定的滑坡现状稳定性，由下表确定滑坡稳定性等级，评价滑坡稳定性。2015-12-2316《地质灾害防治工程设计技术要求-贵州》•地质灾害的危害等级及防治重要性：•应急抢险工程设计时:可采用假设滑动面计算设计滑坡推力，假设滑动面可选用直线、折线，按最不利力学条件，计算其相关的几何要素。滑坡安全系数应在表2的基础上增加0.05～0.10后采用。滑坡治理安全度及安全系数确定•大小：假定每根桩所承担的滑坡推力等于两桩中心间距宽度范围内的滑坡推力，即设桩条块处的剩余下滑力Ei*S。滑坡推力大小及方向•方向：以上得到的滑坡推力是集中力，作用于滑面以上部分的桩背上，其方向假定与桩后条块滑面方向平行，（一般情况下设桩处滑面近乎水平，因此计算的滑坡推力不再向水平方向分解了，直接按倾斜力的大小计算，结果偏安全）。sss土拱土拱bababa(计算单元)baT(KN/m)2015-12-2317•b)对于液性指数较大，刚度较小和密实度不均匀的松散体或堆积层滑坡体（如砾石土、块石土），其靠近滑面的滑动速度较大，而滑体表层的速度则较小，假定滑面以上桩背的滑坡推力图形呈三角形分布；滑坡推力沿桩身的分布方式•c)介于上述两者之间的情况可假定桩背推力分布呈梯形。•a)对于液性指数小，刚度较大、较密实、黏聚力较大的滑坡体（如粘土、土夹石、完整岩层），从顶层至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；根据设桩的位置及桩前滑坡体的稳定情况，抗滑桩可分为悬臂式和全埋式两种。2）受荷段地层抗力（1）当桩前不存在滑坡体，或滑坡体不能保持稳定可能滑走的情况下，抗滑桩受荷段按悬臂梁计算，不考虑桩前土体抗力；（2）当桩前滑坡体能保持稳定，抗滑桩将按全埋式桩考虑；进行桩身受力分析时应将桩前土体抗力计入（必须受限于桩前土体剩余下滑力或被动土压力；根据选取的计算方法不同其确定方法不同）。如下：•地基系数法：按弹性地基梁计算受荷段。解整根桩的挠曲微分方程，按照解得的桩身位移由温克尔弹性地基理论算出地层弹性抗力值（必须小于桩前土体实际具有的剩余下滑力）。•悬臂桩法：将桩前抗力作为已知荷载，取设桩处条块的在稳定系数下的剩余下滑力与被动土压力的较小的值，分布形式与桩前滑坡推力分布形式一样—一般情况下常用。2015-12-2318桩后滑坡推力与桩前抗力滑坡推力曲线T（En）—桩上滑坡推力（KN/m）;P(Er)—桩前滑坡推力（KN/m）•埋于滑