抗滑樁設(shè)計與計算.

1、1,第4章 抗滑樁的設(shè)計計算,4.1 基本概念4.2 抗滑樁的要素設(shè)計4.3 抗滑樁的內(nèi)力計算4.4 抗滑樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.5 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計,,2,《抗滑樁設(shè)計與計算》，鐵道部第二勘測設(shè)計院編，中國鐵道出版社，1983年，北京李海光，《新型支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實例》，人民交通出版社，2003，北京 鄭穎人等，《邊坡與滑坡工程治理》，人民交通出版社，2007 《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，TB1

2、0025-2006，中華人民共和國鐵道部發(fā)布 公路設(shè)計手冊《路基》，人民交通出版社，1997,教學(xué)參考書,,第4章 抗滑樁的設(shè)計計算,3,,4.1 基本概念,一、抗滑樁的類型及特點(diǎn),抗滑樁是防止地表巖土體發(fā)生滑動破壞(滑坡)的一種地下結(jié)構(gòu)。設(shè)于滑坡的適當(dāng)部位，一般完全埋置于地下(有時也露出地面)，樁的下段須埋置在滑動面以下穩(wěn)定地層的一定深度。 在滑坡推力作用下，樁依靠埋入滑面以下部分的錨固作用，以及樁前滑面以上滑體的被動抗力來維持

3、穩(wěn)定。它是一種側(cè)向受荷樁。,4,排式單樁,樁板墻,承臺式抗滑樁,樁拱墻,排架式抗滑樁,椅式抗滑樁,п式抗滑樁,h式抗滑樁,錨拉式抗滑樁,5,樁板墻,樁拱墻,6,承臺式抗滑樁,排架式抗滑樁,椅式抗滑樁,7,抗滑樁的其它分類,施工方式,打入樁,鉆孔樁,挖孔樁,,材 料,木 樁,鋼 樁,鋼筋混凝土樁,,截面形態(tài),圓形樁,管形樁,矩形樁,,,4.1 基本概念,8,抗滑能力強(qiáng)，圬工數(shù)量小，在滑坡推力大、滑動帶深的情況下，能夠克服

4、抗滑擋土墻難以克服的困難。(當(dāng)單排樁所承受的滑坡推力超過200噸, 樁長超過35m時需作可行性論證)。樁位靈活，可以設(shè)在滑坡體中最有利于抗滑的部位，可以單獨(dú)使用，也可與其他構(gòu)筑物配合使用。配筋合理，可以沿樁長根據(jù)彎矩大小合理地布置鋼筋(優(yōu)于管形狀、打入樁)。(4)施工方便，設(shè)備簡單。采用混凝土或少筋混凝土護(hù)壁，安全、可靠。(5)間隔開挖樁孔，不易惡化滑坡狀態(tài)，有利于搶修工程。(6)通過開挖樁孔，可校核地質(zhì)情況，修正原設(shè)計方案。

5、(7)施工影響范圍小，對外界干擾小。,抗滑樁的優(yōu)點(diǎn),9,,二、抗滑樁的受力及破壞形式 以排式單樁為例,,■滑坡推力T(KN/m),10,設(shè)：單寬推力T (KN/m),(計算單元),單樁所受滑坡推力：T×L,,11,當(dāng)作一維桿件(計算樁內(nèi)力)時，推力分布,空間模型,12,■受荷段地層抗力,■錨固段地層抗力,■樁側(cè)壁摩阻力,■樁底反力(樁底應(yīng)力),,,,■樁身自重,除滑坡推力以外，樁身所受荷載：,13,抗滑

6、樁破壞的基本形式,斷樁,樁周土破壞,樁間土擠出,“坐船”,越頂,,,14,,三、樁周土地層(巖土)抗力,1.地基系數(shù)k,物理意義：使得單位面積的巖土體，發(fā)生一個單位的壓縮變形所需的外力，或者巖土體產(chǎn)生的抗力。,單位：KN/m3,(彈簧彼此獨(dú)立),,,A-承載板面積(m2),15,,地基系數(shù)k ，一般認(rèn)為k 隨深度y 按冪函數(shù)變化。,n=0時，k=常數(shù)。通常按這種規(guī)律考慮抗力的計算方法，稱為K法；,0<n<1時，k隨深度呈凸拋

7、物線變化。通常按這種規(guī)律考慮抗力的計算方法，稱為C法；,n=1時，k=my0+my=A+my 若y0=0，即k=my，通常按這種規(guī)律考慮抗力的計算方法，稱為m法；,n>1時，k隨深度呈凹拋物線變化。,16,地基系數(shù)k=常數(shù) 的假定—— 適合于較完整硬質(zhì)巖層、未擾動硬粘土或半巖質(zhì)地層；地基系數(shù)k=my 的假定 —— 適合于一般硬質(zhì)～半堅硬砂粘土、碎石土、或風(fēng)化破碎成土狀的軟質(zhì)巖層，密實度隨深度增加的地層。地基系數(shù)k=

8、A+my 的假定——適合于超固結(jié)粘土層、地面有超載的地層或某些半硬質(zhì)地層。,通常以滑動面為界，將樁分成兩段分別選取地基系數(shù)。,17,2.彈性抗力,設(shè)某一深度y處樁側(cè)位移為xy(全部為土體的壓縮量)，則該深度處彈性抗力為：,Bp－樁的抗力計算寬度,σy=,k Xy,Bp,,18,3.受荷段地層抗力,4.錨固段地層抗力,當(dāng)樁的受荷段產(chǎn)生較小的位移時，巖土體處于彈性狀態(tài)，此時的地層抗力，屬于彈性抗力。當(dāng)位移繼續(xù)增大時，樁前滑體將沿滑動面產(chǎn)生

9、滑動或者達(dá)到被動極限狀態(tài)。樁前抗力受限于樁前剩余抗滑力或被動土壓力。,當(dāng)樁的錨固段產(chǎn)生較小的位移時，巖土體處于彈性狀態(tài)，此時的地層抗力，屬于彈性抗力。當(dāng)樁周土進(jìn)入塑性狀態(tài)時，抗力增加不多(略有增加)；當(dāng)樁周土進(jìn)入破壞狀態(tài)時，抗力不再增加(甚至降低)。錨固段地層抗力受限于地層的側(cè)向容許應(yīng)力,19,四、剛性樁與彈性樁,剛性樁：僅樁的位置發(fā)生變化，樁軸線仍保持原來的線型（尤如剛體一樣）。,彈性樁：樁的位置與樁軸同時發(fā)生改變。,,試驗研究表明

10、：當(dāng)側(cè)向受荷樁埋入穩(wěn)定地層的計算深度，低于某一臨界值時，可視樁的剛度為無窮大；在側(cè)向荷載作用下，樁的極限承載力僅取決于樁周土彈性抗力的大?。挥嬎闵疃葹榇伺R界值時，按剛性樁或彈性樁計算，其水平承載力及傳遞到地層的壓力圖形比較接近。,20,樁的計算深度＝樁的埋置深度×樁的變形系數(shù),E－樁的彈性模量（kN/m2）；取I－樁的截面慣性矩（m4）；Bp－抗力計算寬度（m）；α、β－樁的變形系數(shù)（m-1）；k－地基系數(shù) （kN

11、/m3）； m－地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù) （kN/m4）。,21,■懸臂樁法出現(xiàn)較早、計算簡單、在實際中應(yīng)用較多?！惰F路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10025-2006)推薦的即是該法。本課程介紹的即是該方法,■對于懸臂式抗滑樁、樁前滑體可能滑走的全埋式抗滑樁，通常采用懸臂樁法；對于一般的全埋式抗滑樁，上述兩種方法均可采用,■地基系數(shù)法，由于沒有考慮滑面的存在及其影響(即假設(shè)樁前滑體也產(chǎn)生彈性抗力)，這樣做只有當(dāng)求出的樁前滑體彈

12、性抗力≤樁前滑體實際具有的抗力時，才可以。否則不合理,22,■平面上常為一排。對于大型、復(fù)雜的滑坡，縱向較長、下滑力較大，也可布置兩排、三排。布置方向應(yīng)與滑動方向垂直或接近垂直；當(dāng)滑坡下滑力特別大時，平面上可把樁布置成“品”字型或“梅花”型。還可結(jié)合滑坡特征和施工條件，采用其它形式的抗滑樁。,,4.2 抗滑樁的要素設(shè)計,一、抗滑樁的平面位置、樁間距,,,■滑坡下部，滑面較緩、下滑力較小或系阻滑段，常能提供一定的樁前抗力，是設(shè)樁的較好位

13、置。,抗滑樁的平面位置和間距，一般應(yīng)根據(jù)滑坡推力大小、地層性質(zhì)、滑面形態(tài)和坡度、滑體厚度和施工條件等因素綜合而定。,23,24,,4.2 抗滑樁的要素設(shè)計,第9次課,實際工作中，一般是以“樁間土體與側(cè)壁產(chǎn)生的摩阻力不小于樁間的滑坡推力”為控制進(jìn)行估算。有條件時，可通過模擬試驗，考慮土拱效應(yīng)，并結(jié)合實踐經(jīng)驗確定樁間距,一般情況下，當(dāng)滑體完整、密實或滑坡推力較小，樁距可取得大些；反之，應(yīng)取得小些?；轮鬏S附近樁距取得小些，兩側(cè)樁距取得大些,

14、■樁間距：合適的樁間距應(yīng)該使得樁間滑體具有足夠的穩(wěn)定性，在下滑力作用下，不致從樁間擠出。,根據(jù)工程經(jīng)驗，樁距一般為6~10m,,,,25,二、抗滑樁的截面形式與尺寸,,■目前采用矩形（方形）、圓形。但考慮樁的受力條件和施工方便，抗滑樁以采用正面一邊較短，側(cè)面一邊較長的矩形截面為好?！鰳兜慕孛娉叽?，根據(jù)下滑力大小、樁距、錨固段的側(cè)向容許應(yīng)力等因素綜合考慮?！霾捎萌斯ね诳资┕r，樁的最小寬度一般不宜小于1.25 m?！鰳兜墓こ坛２捎玫?/p>

15、截面尺寸有：2m×3m，2.5m×3.5m， 3m×4m 等。以2m×3m最為常見。,26,三、抗滑樁的錨固深度與樁長,,抗滑樁錨固深度，與錨固段地層強(qiáng)度、滑坡推力、樁剛度、樁截面、樁距，是否和如何考慮樁前滑體抗力等有關(guān)。,目前一般從控制錨固段樁周地層的強(qiáng)度來考慮，即要求錨固段樁側(cè)應(yīng)力不大于地層的側(cè)向容許應(yīng)力。,■當(dāng)?shù)貙訛閹r層時，樁的最大側(cè)向壓應(yīng)力不大于地層的側(cè)向容許承載力 ：,27,樁身

16、側(cè)向壓應(yīng)力≤[被動土壓力－主動土壓力],通常僅驗算滑面以下2/3h2和h2處。,■工程經(jīng)驗對于土層或軟弱巖層，錨固長度約為1/2~1/3樁長；對于較完整、堅硬巖層，錨固長度可采用1/4樁長。,■當(dāng)?shù)貙訛橥翆踊蝻L(fēng)化成土、砂礫狀巖層時，樁身發(fā)生轉(zhuǎn)動變位，當(dāng)達(dá)到極限狀態(tài)時，樁前土體產(chǎn)生被動土壓力，樁后產(chǎn)生主動土壓力,28,按固定端支撐設(shè)計抗滑樁是不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)少用。,,MB=0,φB≠0QB=0, xB≠0,MB=0, φB≠0QB≠0

17、, xB=0,MB≠0,φB=0QB≠0 ,xB=0,四、樁底支撐條件,錨固段地層為土層或軟弱破碎巖體時，可視為自由端；樁底完整、嵌入較淺，可視為鉸支端；樁底巖層完整、嵌入較深，可視為固定端,,,完整基巖,B,B,B,MB—彎矩；φB—轉(zhuǎn)角;QB—剪力； xB—位移,29,,懸臂樁法：,地基系數(shù)法：,首先，將受荷段樁身所受的滑坡推力、樁前剩余抗滑力或被動土壓力作為已知力，計算受荷段樁身內(nèi)力；,僅將滑坡推力作為已知力，根據(jù)滑面上、

18、下地基系數(shù)，把整根樁作為彈性地基梁計算。,然后，將滑面處的彎矩剪力作為已知力，根據(jù)錨固段地基系數(shù)，計算錨固段樁身內(nèi)力、樁身變位。,4.3 抗滑樁樁身內(nèi)力計算,30,31,一、剛性樁的內(nèi)力計算（一）計算簡圖（二）內(nèi)力、變位表達(dá)式推導(dǎo)（三）y0、φ的確定二、彈性樁的內(nèi)力計算（一）彈性樁的撓曲微分方程（二）m法(k=my )（三）K法(k=K )（四）換算樁法(k=A+my )*(不講),（本節(jié)采用板書講授）,32,,4.4

19、 抗滑樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計,“承載能力極限狀態(tài)”驗算,正截面受彎承載力驗算,斜截面受剪承載力驗算,,抗滑樁屬于大斷面的地下結(jié)構(gòu)，一般允許有較大的變形。樁身裂縫超過允許值，鋼筋的局部銹蝕對樁的強(qiáng)度不會有很大的影響，因此，無特殊要求時，可不做“正常使用極限狀態(tài)驗算”，而只作“承載能力極限狀態(tài)驗算”。,33,,一、正截面受彎承載力驗算,x＜xb時， εc ＝ εcu ，εy ＞εs，適筋梁,基本公式,,限制條件,,(防治超筋破壞）,(防治少筋破壞）,

20、,,,x－砼受壓區(qū)高度； xb－砼界限受壓區(qū)高度（砼、鋼筋同時屈服）；b－矩形截面寬度；h0－截面有效高度 h0=h－aεy－鋼筋的極限拉應(yīng)變εcu－非均勻受壓時砼極限壓應(yīng)變;,x＞xb時， εc ＝ εcu ，εy ＜εs，超筋梁,34,fc－砼軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；ft－砼軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值；fcu,k－砼立方體抗壓強(qiáng)度設(shè)計值;fy－鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值；Es－鋼筋彈性模量；,式中,,35,,二、斜截面受剪

21、承載力驗算,基本公式,(矩形、T形、I形截面一般受彎構(gòu)件，僅配箍筋時),——斜截面上砼、鋼筋的受剪承載力設(shè)計值；——砼軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值；——箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值；——配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面積；——箍筋的配筋率；,36,限制條件,,矩形、T形、I形截面一般受彎構(gòu)件，滿足：,均不進(jìn)行斜截面的受剪承載力驗算，僅需按構(gòu)造要求配制箍筋。,,(防治因超筋引起的斜壓破壞）,(防治因少筋引起的斜拉破壞）,37,,三、抗滑樁的配筋,■

22、無特殊要求，一般可不做變形、抗裂、撓度等驗算；■樁身砼等級不低于C30；護(hù)壁和鎖口砼等級不低于C15；■縱向受力筋：,直徑≮16mm；凈距≮120mm（困難時≮80mm）保護(hù)層≮70mm,■抗滑樁內(nèi)不宜設(shè)置斜筋（彎起鋼筋），可采用調(diào)整箍筋直徑、間距和截面尺寸等措施滿足斜截面抗剪強(qiáng)度。■箍筋：宜采用封閉式，肢數(shù)不多于4肢，直徑≮14mm；間距≯400mm ■抗滑樁兩側(cè)及受壓邊，應(yīng)適當(dāng)布置縱向構(gòu)造筋：直徑≮12mm；間距≯300

23、mm ；受壓邊兩側(cè)應(yīng)布置架立鋼筋：直徑≮16mm；,38,抗滑樁與一般梁配筋對比,39,,40,一、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的形式和特點(diǎn)二、錨拉樁錨索受力及樁身內(nèi)力計算三、錨拉樁配筋的注意事項,,4.5 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計計算,41,,一、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的形式和特點(diǎn),20世紀(jì)80年代開始研究在普通抗滑樁的樁頂或樁身安設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿),并應(yīng)用于工程，這就是預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁(錨拉樁),(普通)抗滑樁在滑坡治理中得到普遍應(yīng)用。但在治理

24、大型、特大型滑坡時，因滑體厚度大、滑坡推力大，常常使得樁身截面很大、樁長很長、施工困難、造價高。例如：有的樁截面3.5×7m，樁長50~60m,42,,,,,,,,,預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿),,,,L小,L大,,,,■改善了普通樁的受力特點(diǎn)，減小了樁身彎矩、剪力，因而減小了樁截面和埋深，節(jié)省材料和造價；,錨拉樁的特點(diǎn)：,普通樁,錨拉樁,■錨索控制了樁頭位移量，變普通樁的被動受力為主動受力，減小了滑體位移量，減弱了滑帶強(qiáng)度損失；,■能

25、較快速地穩(wěn)定滑坡。,43,,二、錨拉樁錨索受力及樁身內(nèi)力計算,,布置有n排錨索的錨拉樁，是一個n次超靜定結(jié)構(gòu),1.錨拉樁所受荷載：——滑坡推力q(已知力)——錨索拉力R (未知力)——錨固段樁周巖土抗力(未知力)不計樁身自重、樁底反力、樁側(cè)摩阻力,(一)計算假定與計算模型,2.將樁、錨索、錨固段巖土體視為一個整體，滿足變形協(xié)調(diào)條件。,,,,,,,q1,q2,,R,滑面,44,,,,△q(推力引起的樁位移),為了充分發(fā)揮錨索的抗拉

26、能力：樁位移x=錨索伸長量(△ —△0),,,樁,45,,三、錨拉樁配筋的注意事項,■受壓區(qū)鋼筋N2宜通長布置，一般不宜截斷(可順樁頭斜面彎起)；■錨索孔附近的樁身箍筋N3應(yīng)適當(dāng)加密，必要時應(yīng)增設(shè)間接鋼筋，以增強(qiáng)局部受壓承載力；■樁頭部位應(yīng)做成斜面；樁身安設(shè)錨索部位應(yīng)做成三角形墊墩斜面。斜面與錨索垂直。■其余同“普通抗滑樁”。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,N2,,N1,,N3,,,,錨索,錨索,三角形