《抗滑樁設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與計(jì)算》.ppt

1,第4章 抗滑樁的設(shè)計(jì)計(jì)算,4.1 基本概念 4.2 抗滑樁的要素設(shè)計(jì) 4.3 抗滑樁的內(nèi)力計(jì)算 4.4 抗滑樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.5 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計(jì),2,抗滑樁設(shè)計(jì)與計(jì)算，鐵道部第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院編，中國(guó)鐵道出版社，1983年，北京 李海光，新型支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程實(shí)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(jì)規(guī)范，中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，TB10025-2006，中華人民共和國(guó)鐵道部發(fā)布 公路設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jì)計(jì)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(dòng)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(shí)也露出地面)，樁的下段須埋置在滑動(dòng)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(dòng)抗力來(lái)維持穩(wěn)定。它是一種側(cè)向受荷樁。,4,排式單樁,樁板墻,承臺(tái)式抗滑樁,樁拱墻,排架式抗滑樁,椅式抗滑樁,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(tái)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(dòng)帶深的情況下，能夠克服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(guò)200噸, 樁長(zhǎng)超過(guò)35m時(shí)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(zhǎng)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(jiǎn)單。采用混凝土或少筋混凝土護(hù)壁，安全、可靠。 (5)間隔開(kāi)挖樁孔，不易惡化滑坡?tīng)顟B(tài)，有利于搶修工程。 (6)通過(guò)開(kāi)挖樁孔，可校核地質(zhì)情況，修正原設(shè)計(jì)方案。 (7)施工影響范圍小，對(duì)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)：?jiǎn)螌捦屏 (KN/m),(計(jì)算單元),單樁所受滑坡推力：TL,11,當(dāng)作一維桿件(計(jì)算樁內(nèi)力)時(shí)，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(gè)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(shí)，k=常數(shù)。通常按這種規(guī)律考慮抗力的計(jì)算方法，稱為K法；,0n1時(shí)，k隨深度呈凸拋物線變化。通常按這種規(guī)律考慮抗力的計(jì)算方法，稱為C法；,n=1時(shí)，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(jì)算方法，稱為m法；,n1時(shí)，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(dòng)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(jiān)硬砂粘土、碎石土、或風(fēng)化破碎成土狀的軟質(zhì)巖層，密實(shí)度隨深度增加的地層。 地基系數(shù)k=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(dòng)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(jì)算寬度,y=,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(shí)，巖土體處于彈性狀態(tài)，此時(shí)的地層抗力，屬于彈性抗力。 當(dāng)位移繼續(xù)增大時(shí)，樁前滑體將沿滑動(dòng)面產(chǎn)生滑動(dòng)或者達(dá)到被動(dòng)極限狀態(tài)。樁前抗力受限于樁前剩余抗滑力或被動(dòng)土壓力。,當(dāng)樁的錨固段產(chǎn)生較小的位移時(shí)，巖土體處于彈性狀態(tài)，此時(shí)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(shí)，抗力增加不多(略有增加)；當(dāng)樁周土進(jìn)入破壞狀態(tài)時(shí)，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(lái)的線型（尤如剛體一樣）。,彈性樁：樁的位置與樁軸同時(shí)發(fā)生改變。,試驗(yàn)研究表明： 當(dāng)側(cè)向受荷樁埋入穩(wěn)定地層的計(jì)算深度，低于某一臨界值時(shí)，可視樁的剛度為無(wú)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??； 計(jì)算深度為此臨界值時(shí)，按剛性樁或彈性樁計(jì)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(jì)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(jì)算寬度（m）； 、樁的變形系數(shù)（m-1）； k地基系數(shù) （kN/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(jì)算簡(jiǎn)單、在實(shí)際中應(yīng)用較多。鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB10025-2006)推薦的即是該法。本課程介紹的即是該方法,對(duì)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(duì)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(méi)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)求出的樁前滑體彈性抗力樁前滑體實(shí)際具有的抗力時(shí)，才可以。否則不合理,22,平面上常為一排。對(duì)于大型、復(fù)雜的滑坡，縱向較長(zhǎng)、下滑力較大，也可布置兩排、三排。布置方向應(yīng)與滑動(dòng)方向垂直或接近垂直； 當(dāng)滑坡下滑力特別大時(shí)，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(jì),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(jì),第9次課,實(shí)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(shí)，可通過(guò)模擬試驗(yàn)，考慮土拱效應(yīng)，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定樁間距,一般情況下，當(dāng)滑體完整、密實(shí)或滑坡推力較小，樁距可取得大些；反之，應(yīng)取得小些。滑坡主軸附近樁距取得小些，兩側(cè)樁距取得大些,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(yàn)，樁距一般為610m,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(zhǎng)的矩形截面為好。 樁的截面尺寸，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。 采用人工挖孔施工時(shí)，樁的最小寬度一般不宜小于1.25 m。 樁的工程常采用的截面尺寸有：2m3m，2.5m3.5m， 3m4m 等。以2m3m最為常見(jiàn)。,26,三、抗滑樁的錨固深度與樁長(zhǎng),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(lái)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(shí)，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,樁身側(cè)向壓應(yīng)力被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力,通常僅驗(yàn)算滑面以下2/3h2和h2處。,工程經(jīng)驗(yàn) 對(duì)于土層或軟弱巖層，錨固長(zhǎng)度約為1/21/3樁長(zhǎng)； 對(duì)于較完整、堅(jiān)硬巖層，錨固長(zhǎng)度可采用1/4樁長(zhǎng)。,當(dāng)?shù)貙訛橥翆踊蝻L(fēng)化成土、砂礫狀巖層時(shí)，樁身發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)變位，當(dāng)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，樁前土體產(chǎn)生被動(dòng)土壓力，樁后產(chǎn)生主動(dòng)土壓力,28,按固定端支撐設(shè)計(jì)抗滑樁是不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)少用。,MB=0,B0 QB=0, xB0,MB=0, B0 QB0, xB=0,MB0,B=0 QB0 ,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(shí)，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；B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(dòng)土壓力作為已知力，計(jì)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、下地基系數(shù)，把整根樁作為彈性地基梁計(jì)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(jì)算錨固段樁身內(nèi)力、樁身變位。,4.3 抗滑樁樁身內(nèi)力計(jì)算,30,31,一、剛性樁的內(nèi)力計(jì)算 （一）計(jì)算簡(jiǎn)圖 （二）內(nèi)力、變位表達(dá)式推導(dǎo) （三）y0、的確定 二、彈性樁的內(nèi)力計(jì)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 抗滑樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),“承載能力極限狀態(tài)”驗(yàn)算,正截面受彎承載力驗(yàn)算,斜截面受剪承載力驗(yàn)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(guò)允許值，鋼筋的局部銹蝕對(duì)樁的強(qiáng)度不會(huì)有很大的影響，因此，無(wú)特殊要求時(shí)，可不做“正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算”，而只作“承載能力極限狀態(tài)”驗(yàn)算。,33,一、正截面受彎承載力驗(yàn)算,xxb時(shí)， c cu ，y s，適筋梁,基本公式,限制條件,(防治超筋破壞）,(防治少筋破壞）,x砼受壓區(qū)高度； xb砼界限受壓區(qū)高度（砼、鋼筋同時(shí)屈服）； b矩形截面寬度； h0截面有效高度 h0=ha y鋼筋的極限拉應(yīng)變 cu非均勻受壓時(shí)砼極限壓應(yīng)變;,xxb時(shí)， c cu ，y s，超筋梁,34,fc砼軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； ft砼軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； fcu,k砼立方體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值; fy鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； Es鋼筋彈性模量；,式中,35,二、斜截面受剪承載力驗(yàn)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(shí)),斜截面上砼、鋼筋的受剪承載力設(shè)計(jì)值； 砼軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(yàn)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,無(wú)特殊要求，一般可不做變形、抗裂、撓度等驗(yàn)算； 樁身砼等級(jí)不低于C30；護(hù)壁和鎖口砼等級(jí)不低于C15； 縱向受力筋：,直徑16mm； 凈距120mm（困難時(shí)80mm） 保護(hù)層70mm,抗滑樁內(nèi)不宜設(shè)置設(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300mm ；受壓邊兩側(cè)應(yīng)布置架立鋼筋：直徑16mm；,38,39,40,一、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(jì)算 三、錨拉樁配筋的注意事項(xiàng),4.5 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計(jì)計(jì)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(kāi)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。但在治理大型、特大型滑坡時(shí)，因滑體厚度大、滑坡推力大，常常使得樁身截面很大、樁長(zhǎng)很長(zhǎng)、施工困難、造價(jià)高。 例如：有的樁截面3.57m，樁長(zhǎng)5060m,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(jià)；,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(dòng)受力為主動(dòng)受力，減小了滑體位移量，減弱了滑帶強(qiáng)度損失；,能較快速地穩(wěn)定滑坡。,43,二、錨拉樁錨索受力及樁身內(nèi)力計(jì)算,布置有n排錨索的錨拉樁，是一個(gè)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(jì)樁身自重、樁底反力、樁側(cè)摩阻力,(一)計(jì)算假定與