某抗滑桩设计验算

某抗滑桩设计验算
案例说明
本章以实际边坡工程为例，详细介绍和讲解GEO5 2016中新增的「抗滑桩设计」模块的具体功能和使用方法。

「抗滑桩设计」模块（以下简称「抗滑桩」模块）的开发参考了相关中国规范、工程手册和设计经验，并得到了很多中国工程师的建议和指导。

工程概况
本工程案例为某铁路路堑边坡支护工程，铁路路线恰好穿过边坡坡脚。

施工前边坡已经发生过一次滑动破坏，滑动面比较明确，为了防止二次滑动给路基产生的毁灭性破坏，需要对边坡进行支护处理。

设计采用的支护方式为：先在滑坡中部添加一排抗滑桩，接着在滑坡中下部设置片石重力式挡墙，最后再进行路堑开挖并设挡土墙。

为安全起见，这里将路堑开挖完成以后的边坡剖面作为计算剖面，即假设先挖路堑再进行边坡支护，而实际的施工顺序应为先进行边坡支护再进行路堑开挖。

图28.1为滑坡初始计算剖面。

图1 边坡初始计算剖面
滑坡推力与滑体抗力计算
抗滑桩桩后滑坡推力与桩前滑体抗力需要在GEO5「土质边坡稳定分析」模块（以下简称「土坡」模块）中进行计算。

首先打开「土坡」模块，设计之初，我们已经在CAD软件中绘制了边坡的剖面模型，所以在这里直接导入边坡剖面
模型即可。

点击【文件】 【导入】 【将DXF文件以多段线导入】，在弹出的窗口中选择打开边坡剖面DXF文件，接着在设置窗口左侧的图层列表中勾选需要导入的地层线（注意：项目单位的选择，这里选择为“m”，偏移选择“自动定位到原点”。

）
图2 模型导入设置
边坡剖面成功导入以后，在【分析设置】中确认选择的是「中国-铁路行业」，采用默认的设计安全系数1.35，即滑坡推力和滑体抗力也采用该安全系数计算。

接着在竖向模式菜单栏中点击【岩土材料】，在岩土材料界面中添加边坡岩土体材料。

表1为岩土材料参数列表。

表1 岩土材料参数
图3 添加岩土材料
岩土材料添加完成以后，在【指定材料】界面中点击岩土材料图例，并将其指定给各自对应的地层分区。

软件提供了三种指定岩土材料的方法，另外两种方法分别为：在地层分区上单击鼠标右键，在弹出的右键菜单中选择相应的地层材料；或在分区列表中，在材料下拉菜单中为每个分区选择相应的地层材料。

图4 添加岩土材料
图5 计算边坡的三维视图
接着，在【分析】界面中计算未支护条件下边坡的安全系数。

因为边坡滑面已经确定，所以我们在这里直接计算给定滑面的安全系数。

点击【文件】 【导入】 【将DXF文件以模板导入】，在弹出的窗口中选择打开边坡剖面DXF文件，接着在设置窗口左侧的图层列表中勾选滑面所在图层，其它参数选择参照前面的设置，点击确定即可将DXF滑面线作为模板导入到软件之中。

接着将滑动
面选择为「折线」，点击按钮，参照模板对滑动面进行输入，输入完成以后可以点击主工具栏中的按钮，将模板隐藏显示。

图6 输入折线滑动面
接着在分析参数面板中将分析方法选择为「不平衡推力法(隐式)」，分析类型选择为「给定滑面」。

设置完成以后点击「开始分析」按钮，软件快速计算出指定滑面的安全系数为1.30。

图7 不平衡推力法（隐式）计算结果
注：这里软件提醒「滑面控制点处倾角变化大于10°，计算结果可能偏危险」，我们可以将分析方法选择为「摩根斯顿法」，以对不平衡推力法（隐式）的计算结果进行校验，摩根斯顿法的计算结果显示边坡的安全系数为1.27。

可见不平衡推力法(隐式)的计算结果的确偏危险。

图8 摩根斯顿法计算结果
点击添加工况[2]，在工况[2]中点击，在抗滑桩设置界面中为边坡添加一排抗滑桩。

抗滑桩长11m，桩间距为6m，截面尺寸为2×2m、矩形。

点击按钮，在弹出的参数窗口中参照图9进行参数设置。

图9 抗滑桩参数设置
图10 抗滑桩的三维视图
最后，在【分析】界面中计算设置抗滑桩以后指定滑面的安全系数。

直接点击按钮，计算得到安全系数为 1.42，滑坡整体安全系数提高了0.12。

图11不平衡推力法（隐式）计算结果
详细的计算结果为：
注：在2016年1月底的版本更新中，将实现「土坡」模块与「抗滑桩」模块之间的数据对接，「土坡」模块中的地层剖面、岩土材料、抗滑桩、推力和抗力计算结果等数据可直接导入到「抗滑桩」模块中进行计算。

到这里，「土坡」模块中的任务就完成了，接着便可以在「抗滑桩」模块中对桩身内力、变形和截面强度等进行验算分析。

当然，如果有兴趣的话，也可以在工况[3]中对设置片石重力式挡墙后的滑面安全系数进行计算。

其操作过程也非常简单，首先点击添加工况[3]，在【指定材料】界面中将片石材料指定给相应的挡墙分区。

图12 指定挡墙材料
接着在分析界面中点击「开始分析」按钮，计算得到的滑面安全系数为1.84。

由此不能得出挡墙支护效果优于抗滑桩的结论，因为这里假设挡墙只发生截面剪切破坏，并没有对挡墙的倾覆和滑移稳定性进行验算，而实际上挡墙的破坏往往是倾覆或滑移破坏，因此，还应对挡墙自身的稳定性进行验算。

抗滑桩强度验算
在「抗滑桩」模块中对抗滑桩的内力分布、变形和截面强度进行验算分析。

打开「抗滑桩」模块，在【分析设置】截面中选择分析标准为「中国-铁路行业」。

图13 分析设置
在【剖面土层】界面中点击按钮，添加地层线Z轴坐标5.62m（抗滑桩处滑动面埋深），这样即为边坡划分了两个岩土层。

在【水平反力系数】界面中选择水平反力系数计算方法。

这里的水平反力系数即为《铁路路基支挡结构设计规范（TB10025-2006）》中的地基系数。

在水平反力系数设置界面中将土的水平反力系数计算方法选择为「岩土材料参数中输入（m法、c法或K法）」，嵌固处水平反力系数初始值设置为0。

图14 水平反力系数设置
接着点击【岩土材料】，在岩土材料界面中添加滑坡岩土体材料。

表2为岩土材料参数列表。

表2 岩土材料参数
图15添加滑体岩土材料
图16 添加基岩岩土材料
注：
1、GEO5软件自带帮助中给出各类岩土的δ、m、K等参数建议值，没有试验参数的情况下可以参考使用。

直接在【岩土材料】界面点击F1，软件会自动定位到相关帮助，点击相应绿色超链即可快速找到帮助中的建议值。

2、用户也可以直接在「土坡」模块中通过「Geo剪贴板」将岩土材料直接复制到「抗滑桩」模块中，但是仍需补充相应的参数，如m值。

岩土材料添加完成以后，在【尺寸】界面中设置抗滑桩参数。

在抗滑桩列表中，软件已经默认添加了一排地下连续墙。

使用鼠标左键双击，打开「编辑截面」
对话框，在这里将结构类型更改为排桩，截面长度设置为11m，截面类型选择为矩形，桩宽和桩高分别设置为2m，桩间距设置为6m。

图17 修改截面参数
排桩参数设置完成以后，在【材料】界面中选择排桩混凝土和纵筋型号，这里将混凝土型号选择为C30，纵筋型号选择为HRB400。

图18 排桩材料设置
接着在【岩土作用力】界面中输入滑面深度、滑坡推力及滑体抗力等参数。

将根据前面的计算结果分别输入到对应的参数框中，滑面以上作用在桩上的力选择为「计算」，滑坡推力分布图形选择为「三角形」，滑体抗力分布图形选择为「和滑坡推力相同」。

图19 岩土作用力设置
因为本案例滑面以下岩性为泥质粉砂岩，所以应将排桩当作嵌岩桩考虑。

在【岩石】界面中勾选「桩身嵌岩」复选框，将嵌岩段桩长设置为5.38m，岩石单轴抗压极限强度设置为40MPa，水平方向的换算系数设置为0.5，折减系数设置为0.3。

图20 桩嵌固段条件设置
接着，在【指定材料】界面中将岩土材料指定给各自对应的分区，其中上部滑体为砂粘土夹碎石，下部基岩为泥质粉砂岩。

岩土材料指定完成以后，点击【桩前坡面】，在桩前坡面界面中设置桩前坡面形态，这里选择第五个坡面形式，并按照图21设置坡面参数。

图21 桩前坡面设置
桩前坡面设置完成以后，点击【墙后坡面】，在墙后坡面界面中设置墙后坡面形态。

选择第七个坡面形式，并按照图22设置坡面参数。

图22 桩后坡面设置
图23 设置完成以后的坡面形态
最后点击【工况阶段设置】，将设计状况选择为「持久设计状况」，如果需要分析偶然荷载或地震荷载作用，可以选择「偶然设计状况」和「地震设计状况」。

至此，所有的模型和计算参数就基本设置完成了，有需要的话还可以继续为边坡添加地下水、超载、作用力、锚杆、支座及地震荷载等参数，因为本案例不涉及到这些内容，所以在这里就不介绍了。

验算分析
点击按钮，软件自动进行分析计算，计算结果显示：
图24、25、26分别为水平反力系数+土压力分布图、桩身内力分布图和位移+土压力分布图。

图24 水平反力系数+土压力分布图
图25 桩身内力分布图
图26 位移+土压力分布图
点击按钮，在截面强度验算截面中对抗滑桩配筋与截面强度进行验算。

勾选「验算截面强度」复选框，将作用基本组合的综合分项系数设置为1.25，钢筋直径设置为30mm，钢筋数量设置为12根，混凝土保护层厚度设置为70mm。

验算结果表明，抗滑桩截面强度满足设计要求。

图27 配筋与截面强度验算
到这里，抗滑桩设计验算过程及基本功能就介绍完成了，想了解其它功能原理和具体的使用方法可以按F1打开软件帮助查询。