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1、第11章 抗滑桩的设计与施工,11.1 概 述,抗滑桩的作用 抗滑桩的类型,a) 椅式； b) 门式； c) 排架式,各类桩型的特点及适用条件,木桩能就地取材、方便、易于施工，但桩长有限，桩身强度不高，一般用于浅层滑坡的治理、临时工程或抢险工程。 钢桩强度高，施工打入容易、快速，接长方便，但受桩身断面尺寸限制，横向刚度较小，造价偏高。 钢筋混凝土桩应用广泛，断面刚度大，抗弯能力高，施工方式多样，可打入、静压、机械钻孔就地灌注和人工成孔就地灌注，其缺点是混凝土抗拉能力有限。,抗滑桩设计要求,提供的阻滑力要使整个滑坡体具有足够的稳定性，保证坡体不从桩顶滑出，不从桩间挤出； 桩身要有足够的强度和稳定
2、性，即桩的断面要有足够的刚度，桩的应力和变形满足规定要求； 桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围内； 桩的埋深及锚固深度、桩间距、桩结构尺度和桩断面尺寸都比较适当，安全可靠，施工可行、方便，造价较经济。,抗滑桩设计的基本内容,桩群的平面布置，确定桩位、桩间距等平面尺度； 拟定桩型、桩埋深、桩长、桩断面尺寸； 根据拟定的结构确定作用于抗滑桩上的力系； 确定桩的计算宽度，选定地基反力系数，进行桩的受力和变形计算； 进行桩截面的配筋计算和一般的构造设计； 提出施工技术要求，拟定施工方案，计算工程量，编制概（预）算等。,抗滑桩设计计算步骤,确定滑坡原因、性质、范围、厚度以及稳定状态、发展趋势。 确定滑
3、面抗剪强度指标，计算滑坡推力。 根据地形、地质及施工条件等确定设桩的位置及范围。 拟定桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距。 确定桩的计算宽度，并根据滑体的地质性质，选定地基系数。 计算桩的变形系数及计算深度，据以判断是按刚性桩还是按弹性桩来设计。,抗滑桩设计计算步骤,计算桩身各截面的变位、内力及侧壁应力等，并计算确定最大剪力、弯矩及其产生的部位。 校核地基强度，并根据检验结果调整桩的埋深、截面尺寸或桩的间距，直至符合要求为止。 绘制桩身的剪力图和弯矩图。 进行配筋设计。,11.2 抗滑桩设计荷载的确定,作用于抗滑桩上的力系主要有两大部分： 滑坡推力；桩周地层反力。 受荷段地层（滑体）抗力； 锚
4、固段地层抗力； 桩侧摩阻力和粘着力； 桩底应力。 对有锚桩，还有锚杆或锚索系统对桩上部的横向拉力和压力。,滑坡推力的确定,滑坡推力作用于滑面以上部分的桩背上，其方向假定与桩穿过滑面点处的切线方向平行。 采用不平衡推力法计算 分布方式 对于液性指数小，刚度较大和较密实的滑坡体，从顶层至底层的滑动速度常大体一致，假定推力呈矩形； 对于液性指数较大，刚度较小和密实度不均匀的塑性滑体，其靠近滑面的滑动速度较大，而滑体表层的速度则较小，假定滑坡推力图形呈三角形分布； 介于上述两者之间的情况可假定推力分布呈梯形。,地基反力的确定,当桩前土体不能保持稳定可能滑走时，不考虑桩前土体对桩的反力，仅考虑滑面以下地
5、基土对桩的反力，抗滑桩嵌固于滑面以下的地基中，相当于悬臂桩。 当桩前土体能保持稳定，此时抗滑桩按所谓的“全埋式桩”考虑，可将桩前土体的抗力作为外力考虑，仍可将桩看成悬臂桩考虑。,地基反力系数,桩侧岩土体的弹性抗力系数简称为地基反力系数，是地基承受的侧压力与桩在该位置处产生的侧向位移的比值。即单位土体或岩体在弹性限度内产生单位压缩变形时所需施加于其单位面积上的力。 目前常采用的有三种假设： 假设地基系数不随深度而变化，即地基系数为常数的K法； 假定地基系数随深度而呈直线变化的m法； 地基反力系数沿深度按凸抛物线增大的C法。,地基土为多层土时，采用按层厚以等面积加权求平均的方法求算地基反力系数。,
6、地基土为2层时,地基土为3层时,采用 C 法时，地基反力系数式为,11.3 抗滑桩的计算方法,刚性桩与弹性桩的区分 刚性桩：抗滑桩受到滑坡推力后，桩的位置发生了偏离，但桩轴线仍保持原有线型，变形是由于桩周土的变形所致 。 弹性桩：桩的位置和桩轴线同时发生改变，桩轴线和桩周土同时发生变形。 当抗滑桩埋入稳定地层内的计算深度为某一临界值时，可视桩的刚度为无穷大，桩的侧向极限承载力仅取决于桩周土的弹性抗力大小。这个临界值就是判断刚性桩或弹性桩的标准。,刚性桩与弹性桩的区分,当采用m法时,当采用K法时,桩的变形系数,KHK法的侧向地基系数； BP桩的正面计算宽度； mHm法的地基系数的比例系数； E，
7、I桩的弹性模量和截面惯性矩。,l2 桩的锚固深度,刚性桩的计算,计算简化 把滑面以上抗滑桩受荷载段上所有的力均当作外力，桩前的滑体抗力按其大小从外荷载中减去，对滑面以下的桩段取脱离体，滑面以上的外荷载对滑面处桩截面产生弯矩和剪力。滑面下桩周土的侧向应力和土的抗力可由脱离体的平衡而求得，并进而计算桩的内力。,地基土为单一土层时,滑面以下为同一m值，桩底自由，滑面处的弹性抗力系数分别为A1、A2，H为滑坡推力与剩余抗滑力之差，x为下部桩段转动轴心距滑面的距离， 为旋转角，l0为滑坡推力至滑面的距离。,桩身变位：,桩侧应力：,当 时：,桩身剪力:,桩身弯矩：,当 时：,桩身变位：,桩侧应力：,桩身剪
8、力:,桩身弯矩：,根据静力平衡条件H=0和 M=0可解得：,令,所以,弹性桩的计算,m法,桩顶受水平载荷的挠曲线微分方程为,EI桩的抗弯刚度 BP桩的计算宽度,采用幂级数的解法解微分方程，整理后有,yx，x，Mx，Qx分别为锚固段桩身任意截面的位移、转角、弯矩和剪力； y0，0，M0，Q0分别为滑面处桩的位移、转角、弯矩和剪力； Ai，Bi，Ci，Di 随桩的换算深度l=x而变化的m法的影响函数值； x滑面处以下锚固段计算断面的深度。,当桩底为固定端时，有yB=0，B=0，MB0，QB0。,当桩底为铰接端时，有yB=0，B 0，MB=0，QB0。,当桩底为自由端时，有yB 0，B 0，MB0，
9、QB0。,将上述各种边界条件下相应的y0、0代入式方程中，即可求得滑动面以下桩身任一截面得位移、转角、弯矩和剪力。,K法,桩锚固段的挠曲微分方程为：,由于,求解上述常系数齐次微分方程，整理代换后有：,K法的影响函数,当桩底为固定端时，有yB=0，B=0,当桩底为铰接端时，有yB=0，MB=0,边界条件,当桩底为自由端时，有MB=0，QB=0；B0，yB0,将上述各边界条件相应的y0，0代入通解中，即可求得滑面下锚固端桩身任一截面的内力和变位。,边界条件,滑动面处地基反力不为零时的处理方法,对于滑坡工程，因滑面以上有滑体存在，抗滑桩桩前土体和桩后土体是不一致的，对于滑面来说，相当于在桩后土体的表
10、面有附加荷载存在。若用K法，这一附加荷载不影响地基土的弹性性质。若采用m法，即地基系数随深度而呈线性增加，在滑面处的地基系数不为零，而是某一数值A，滑面以下的地基系数分布呈梯形变化。为了利用m法推出的公式和影响系数计算此类问题，可进行如下处理：,将地基系数变化图形向上延伸至虚点A，延伸的高度,自虚点A向下计算桩的内力和变位时应重新确定A点的初参数MA、QA、yA、A,A点初参数可由滑面处条件和桩底处的边界条件确定，即在作用MA和QA下必须满足下列条件： 当x=0时（在滑面处） M=M0，Q=Q0； 当x=l2时（在桩底处） MB=0，QB=0（桩底为自由端） 或 yB=0，B=0（桩底为自由端
11、）,桩底为自由端时可建立下列方程,桩底为固定端时可将上式中的第3式、第4式改为下列方程即可,在滑面处的影响系数值；,在桩底处的影响系数值。,11.4 抗滑桩的设计,抗滑桩的平面布置 对地质条件简单的中小型滑坡，在滑体前缘布设一排抗滑桩，桩排方向与滑体垂直或接近垂直。 对于轴向很长的多级滑动或推力很大的滑坡，可考虑布置两排或多排桩，分级承担滑坡推力，或在抗滑地带集中布置23排、平面上呈品字形或梅花形的抗滑桩或抗滑排架。 对特大滑坡，可采用抗滑排架或群桩承台。 对于轴向很长的具有复合滑动面的滑体，应根据滑面情况和坡面情况分段设立抗滑桩，或采用抗滑桩与其他抗滑结构组合布置方案。,抗滑桩的间距,合适的
12、桩间距应该使桩间滑体具有足够的稳定性，在下滑力作用下不致从桩间挤出。可按在能形成土拱的条件下，两桩间土体与两侧被桩所阻止滑动的土体的摩阻力不少于桩所承受的滑坡推力来估计。 一般间距为610m。 当桩间采用了结构连接来阻止桩间楔形土体的挤出，则桩间距完全决定于抗滑桩的抗滑力和桩间滑体的下滑力。 当有23排排桩或排架时，排间距可采用桩截面宽度的23倍。,桩的锚固深度,原则上由桩的锚固段传递到滑面以下地层的侧向压应力不得大于该地层的容许侧向抗压强度、桩基底的压应力不得大于地基的容许承载力来确定。 可采取缩小桩的间距，减少每根桩所承受的滑坡推力，或增加桩的相对刚度等措施来适当减少锚固深度。,当锚固段地
13、层为土层及严重风化破碎岩层时，桩身对地层的侧压力应符合下列条件：,l 地面至计算点的深度,m。,桩底可按自由支承处理。,土层或软质岩层: 1/31/2桩长; 完整、较坚硬的岩层: l/4桩长。,折减系数，根据岩层产状的倾角大小，取0.51.0;,折减系数，根据岩层的破碎和软化程度，取0.30.5; R0围岩岩石单轴抗压极限强度，kPa。 桩底可按铰支承情况处理,当锚固段地层为比较完整的岩质、半岩质地层时，桩身对围岩的侧向压应力应符合下列条件：,桩型选择,抗滑桩桩型的选择应根据滑坡性质、滑坡处的地质条件、滑坡推力大小、工程造价、施工条件和工期要求等因素综合考虑，按安全、可靠、经济、方便的原则，结
14、合设计人员的工程经验来选择。 钢筋混凝土桩 圆形断面可机械钻孔成桩，也可人工挖孔成桩，桩径从6002000，最大可达4500。 矩形断面可充分发挥其抗弯刚度大的优点，适用于滑坡推力较大，需要较大刚度的地方。一般为人工成孔抗滑桩，断面尺寸bh一般为10001500、12001800、15002000、20003000等。,桩型选择,钢管桩 钢管桩一般为打人式桩，特点是强度高、抗弯能力大、施工快、可快速形成桩排或桩群。钢管桩桩径一般为D400D900，常用的是D600。 钢管桩适合于有沉桩施工条件和有材料可资利用的地方，或工期短、需要快速处治的滑坡工程。 H 型钢桩 H型钢桩与钢管桩的特点和适用条
15、件基本相同，其型号有HP200、HP250、HP310、HP360等。,桩的计算宽度确定,对于正面边长b大于或等于lm的矩形桩和桩径d大于或等于1m的圆形桩，其计算宽度为：,桩内力和变位计算,1）先计算出桩在滑面处的位移y0和侧向压应力； 2）判断y0值是否在桩的水平位移限值内。若不在，应适当增加桩的刚度或锚固深度，重新计算，使其满足要求； 3）判断侧向压应力是否满足桩侧地层的岩（土）稳定性时，一般可在锚固深度中选取几个代表断面，如l2/3处、l2/2处和l2处等，判断这些代表断面的侧压应力是否小于稳定极限应力值。若不能满足断面稳定要求，则应调整桩的刚度、锚固深度和桩的间距，再次进行计算，直到
16、满足稳定要求时为止； 4）最后根据调整确定计算参数，得出桩的内力计算结果。,桩的配筋计算,桩的配筋计算 抗滑桩从使用安全和经济方面考虑，都宜采用钢筋混凝土桩。钢筋混疑土桩的配筋计算一般根据所算得的桩身最大弯矩值进行配筋计算，再验算最大弯矩值断面的抗裂要求、剪力最大截面处的抗剪强度。配筋计算方法与一般钢筋混凝土结构相同。,钢筋混凝土桩的构造要求,混凝土强度：一般采用C20，不低于C15，水下灌注时不低于C20; 主筋保护层厚度：一般不小于35mm，水下灌注混凝土时不小于50mm; 主筋不宜小于810（小桩径），常用1216以上（D600以上），纵向主筋沿桩身周边均匀布置（圆桩），钢筋净距不应小于60mm; 配筋长度（滑面以下）宜采用4/，通长配筋；,配筋率一般不低于0.650.20%（小桩径取高值，大桩径取低值）; 箍筋率一般不低于200mm，宜采用螺旋箍筋或焊接环式箍筋；钢筋骨架中，应每隔2m左右设一道焊
