抗滑桩设计与计算-简化

一、确定桩位及桩参数，进行抗滑桩受力分析 （二）抗滑桩的间距及截面尺寸 抗滑桩的间距 S：受许多因素的影响，目 前尚无较成熟的计算方法。合适的桩间距应该 使桩间土体具有足够的稳定性，在下滑力作用 下不致从桩间挤出。也就是说，可按桩间土体 与两侧被桩所阻止的土体的摩擦力大于桩所承 受的滑坡推力来估算。规范规定抗滑桩桩间距 宜为5～10m，一般取5～6m。 抗滑桩截面形状以矩形为主，截面宽度一 般为1.5～2.5m，截面长度一般为2.0～4.0m。 当滑坡推力方向难以确定后，应采用圆形桩。
4.1 概述
一、基本概念 二、抗滑桩的分类 三、抗滑桩的设计原则 四、抗滑桩的计算方法 五、抗滑桩的优点
4.1 概述
一、基本概念
抗滑桩是边坡处治工程中常见常用的一种抗滑工程结 构。它是利用桩体本身优良的抗弯能力和岩土体的承载能 力，将滑体的剩余下滑力传递到下伏稳定岩土体中，从而维 持滑坡的稳定，满足工程安全需要。 强大的 滑坡推 力 稳定的岩土体 锚固段 稳定的岩土体 受荷段 有限的 桩前抗 力
4.2 抗滑桩的设计计算
四、刚性桩与弹性桩的判断
f
桩的变形只 是其位置发 生了偏离， 桩体本身没 有变形。
f
桩的变形 包括位置 变动和桩 体本身弯 曲变形。
刚性桩
弹性桩
(1)K法中桩体刚度判别 当h2β ≤1.0时，抗滑桩属刚性桩 当h2β >1.0时，抗滑桩属弹性桩
其中：β为桩的变形系数，以m-1计，可按下式计算：
4.2 抗滑桩的设计计算
二、确定抗滑桩的计算宽度
（2）受力状态换算 抗滑桩实际受力状态为空间受力状态。在简化为平面 受力状态计算时，应将实际宽度乘以受力换算系数KB。 试验表明，对于正面边长b大于或等于1m的矩形桩受力换 算系数KB为(1+1/b)，对于直径d大于或等于1m的圆形桩 受力换算系数KB为(1+1/d)。 故桩的计算宽度应为： ⎛ 1⎞ 矩形桩： B p = K f ⋅ K B ⋅ b = 1.0 × ⎜1 + ⎟b = b + 1 ⎝ b⎠ 圆形桩： = K ⋅ K ⋅ d = 0.9 × ⎛1 + 1 ⎞d = 0.9(d + 1) BP ⎟ ⎜ f B
桩间距对抗滑桩受力状态的影响
剪力(MN) 50 45 40 35 30 25 20 4 5 6 7 8 9 10 11 12 上排桩 下排桩
弯矩(MN.m) 200 180 160 140 120 上排桩 下排桩
桩间距(m)
100 4 5 6 7 8 9 10 11 12 桩间距 (m)
图6-14 不同桩间距桩最大弯矩变化曲线
抗滑桩支挡宽度S
S
单位宽度
桩后总推力 桩后
滑坡推力p方向 计算剖面 抗滑桩
桩前
S
S
受荷段：一般情况下，所算得的滑坡推力p为单位宽度 滑体的推力，作用在桩(单排桩)上的推力应为pS。
可提供抗力，抗力大小比较桩前 滑面抗力和被动土压力，取小者。
受 荷 段
不能提 供抗力
锚 固 段
锚固段抗力
以上三个方面的作用力在抗滑桩设计中必须考虑。 抗滑桩的承载能力为滑坡推力减去桩前抗力。桩前被 动土压力的计算一般采用库仑土压力理论。
（四）抗滑桩受力分析
下面两方面的作用力，一般不考虑。 (4) 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。 (5) 基底应力：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。 应该说，抗滑桩设计计算是个空间问题，但是空间 问题计算过程将非常复杂，一般，总是将其转化为平面 问题进行计算，从而简化过程。所以，需要进行空间问 题与平面问题的等价转换计算。
4.2 抗滑桩的设计计算
一、确定桩位及桩参数，进行抗滑桩受力分析
(1) 首先查明滑坡的原因、性质、范围、厚度等基本条 件，分析滑坡的成因机制、稳定状态、发展演化阶段及趋 势，定性判断滑坡的稳定性。 (2) 基于滑坡地质剖面建立计算模型，定量计算滑坡推 力，一般采用极限平衡条分法。 (3) 根据地形、地质及施工条件等确定设桩的位置及范 围。(充分利用滑体本身的抗力)， (4) 根据滑坡推力大小、地形及地层性质，拟定桩长、 锚固深度、桩截面尺寸及桩间距等桩参数。 在上述工作的基础上，进行抗滑桩受力分析
4. 抗滑桩设计与计算
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 概述 抗滑桩的设计计算 刚性桩的计算 弹性桩的计算 抗滑桩内力计算算例 抗滑桩的结构设计
参 考 书 籍
(1)《抗滑桩设计与计算》，铁道部第二勘测设计院编， 中国铁道出版社，1983年，北京 (2) 《长江三峡工程库区滑坡防治工程设计与施工技术 规程》，地质出版社，2001.10 (3)《地质灾害防治工程设计规范》，重庆市地方标准， DB50/5029-2004 (4) 《铁路路基支挡结构设计规范》，中华人民共和国 行业标准，TB10025-2001，J127-2001，中华人民共 和国铁道部发布 (5) 公路设计手册《路基》，人民交通出版社，1997。 (6) 池淑兰等，《路基及支挡结构》，中国铁道出版 社，2001
4.1 概述
四、抗滑桩的计算方法
理论基础：将地基土视为弹性介质，应用弹性地基梁原 理，以捷克学者温克勒提出的“弹性地基”的假说作为计算的 理论基础。 温克勒公式： 式中，x为位移
f = kx
地基系数k 滑面
m法 K法
m-K法
y
4.1 概述
四、抗滑桩的计算方法
悬臂桩法 计算方法 地基系数法 m法 K法 m法 K法 m-k法
在锚固段长度 上地基系数为 一常数K，此 时，n=0。
在锚固段长度上 地基系数为随深 度线性增加，此 时，n=1。
4.2 抗滑桩设计计算
地基系数的选用原则： (1)对于由完整硬质岩层、未扰动的硬粘土或性质相近 的半岩质地层构成的地基，可认为地基系数是常数，不随深 度而变化，以 “K” 表示，相应的计算方法称为 “K” 法。 (2) 对于由硬塑～半坚硬的砂粘土、碎石土或风化破碎 成土状的软质岩层以及重度随深度增加的地层等构成的地 基，可认为地基系数随深度按直线比例变化，即在地基内深 度为 y 处的水平地基系数为 K=m·y 或 K=K0 +my，相应这一 假定的计算方法称为 “m” 法。 (3) 地基系数 K 及地基比例系数 m 应通过试验确定； 当无试验资料时，可采用工程地质类比方法确定。
α =⎜ ⎜ EI ⎟ ⎟ ⎝ ⎠
m——水平方向地基系数随深度变化的比例系
数（kN/m4），简称地基比例系数。
4.2 抗滑桩的设计计算
五 确定桩的支承条件 抗滑桩的顶端，一般为自由支承；而底端，由 于锚固程度不同，可以分为自由支承、铰支承、固 定支承三种，通常采用前两种。
QB=0、MB=0
图6-13 不同桩间距桩最大剪力变化曲线
上排桩 下排桩
（三）桩的锚固段深度h2
桩埋入滑面以下稳定地层内的适宜锚固深 度，与地层强度、桩所承受的滑坡推力、桩的相 对刚度以及桩前滑面以上滑体对桩的反力等有 关。一般等于(1/4～1/2)总桩长。 合理锚固段长度确定标准: (1)锚固段对地层的侧向压应力不得大于该地 层的容许侧向抗压强度—桩侧支承条件问题 (2)桩底约束条件—影响桩体变形，并从而影 响桩侧应力。 (3)桩基底的最大压应力不得大于地基的容许 承载力。— 一般都能满足 上述两方面不能满足要求时，应主要通过调 整桩间距来满足设计要求。
h2
（四）抗滑桩受力分析
作用于抗滑桩的外力包括：滑坡推力、受荷段地层（滑 体）抗力、锚固段地层抗力、桩侧摩阻力和粘着力以及桩底 应力等。这些力均为分布力。 (1) 滑坡推力：滑坡推力作用于滑面以上部分的桩背 上，可假定与滑面平行。一般假定每根桩所承受的滑坡推力 等于桩间距（中至中）范围之内的滑坡推力。 (2)受荷段桩前抗力：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。当桩前滑坡体 不能保持稳定可能滑走的情况下，桩前不考虑抗力；而当桩 前滑坡体能保持稳定，抗滑桩应适当考虑考虑抗力。 (3)锚固段抗力：桩前、桩后，均考虑桩土之间的弹性抗 力。其大小由桩体变形（刚性、弹性）而定。
4.2 抗滑桩的设计计算
二、确定抗滑桩的计算宽度
抗滑桩受滑坡推力作用产生位移，桩侧岩土体对桩产生 抗力。当岩（土）变形处于弹性变形阶段时，桩受到岩 （土）的弹性抗力作用。岩（土）对桩的弹性抗力及其分布 与桩的作用范围有关(形状因素)。 为了将空间的受力等价简化为平面受力，需要将将桩的 实际设计宽度（或直径）换算成平面条件下相当于实际工作 条件下的计算宽度BP。 一般分两步：首先考虑形状因素进行换算，将非矩形截 面桩换算为矩形截面桩，然后，进行等价受力状态换算： （1）形状因素换算 水平荷载作用下，直径为d的圆形桩与正面边长为0.9d的 矩形桩，在其两侧土体开始被挤出的极限状态下，其临界水 平荷载值相等。所以，矩形桩的形状换算系数为Kf=1，而圆 形桩的形状换算系数为Kf=0.9。
有限元法(矩阵分析法)
4.1 概述
五、抗滑桩的优点
(1)抗滑能力强，圬工数量较小：本身抗弯刚度大，能抵抗很 大的下滑力；非连续布桩，圬工数量较小。 (2)桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可以 单独使用，也可与其他构筑物配合使用。 (3)配筋合理，可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢筋(优于 管形状、打入桩)。 (4)间隔开挖桩孔，不易恶化滑坡状态，有利于抢修工程。 (5) 开挖桩孔时，可直接校核地质情况，修正原设计方案。 (6)施工方便，设备简单；施工影响范围小，对外界干扰小。 采用混凝土或少筋混凝土护壁，安全、可靠。
4.1 概述
二、抗滑桩的分类
施工方式 打入桩 钻孔桩 挖孔桩 圆形桩 管形桩 矩形桩 刚 度 刚性桩 弹性桩 排式单桩 承台式桩 排架桩 …
截面形态
结构形式
材 料
木 桩 钢 桩 钢筋混凝土桩
重点
尺 寸
…
桩
常规桩 微
排式单桩
品字形排桩
(a)圆桩；(b)方桩；(c)挡土桩墙(板桩式)
4.1 概述
三、抗滑桩的设计原则 (1)保证坡体稳定：保证整个滑坡体具有足够的稳定性；保 证滑体不从桩顶滑出，不从桩间挤出。 (2)保证桩身稳定：桩身要有足够的强度和稳定性。桩的断 面和配筋合理，能满足桩内应力和桩身变形的要求，保证不被 剪断，不产生过大变形。 (3)桩基和桩侧稳定：桩周的地基抗力和滑体的变形在容许 范围内。 (4)抗滑桩的间距、尺寸、埋深等都较适当，保证安全，方 便施工，并使工程量最省。 (5)注意与环境的协调性。 抗滑桩的设计任务就是根据以上要求，确定抗滑桩的桩 位、间距、尺寸、埋深、配筋、材料和施工要求等。这是一个 很复杂的问题，常常要经反复分析研究才能得出合理的方案。
⎝ d⎠
a
b
4.2 抗滑桩的设计计算
三、确定桩侧岩（土）的地基系数
桩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ岩（土）的弹性抗力系数简称地基系数，地基承受 的侧压力与桩在该处产生的侧向位移的比值。 温克尔假定（虎克定律）： f= K x 弹性抗力：作用于桩侧任一点y处的弹性抗力fy和桩侧 应力分别为:
f y = KBp x y
σ y = Kx y
xy :地层y处的水平位移，K：地基系数，Bp:桩的计算宽度
桩侧地基系数随深度一般是变化的，根据地基系数随深度变化 情况不同，可以将抗滑桩设计计算方法进行分类：
滑面 锚 固 段 y K n=0 K n=1 K 0<n<1
n
h2
K n>1
设计计 算方法
K = m( y0 + y )
K法 m法
C法
在锚固段长度上地基系 数随深度非线性变化。 公路系统常用，当n= 0.5~0.6时，称为C法。
⎛ K ⋅Bp β = ⎜ ⎜ 4 EI ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
1 4
a
K——地基系数（kN/m3）； BP——桩的正面计算宽度（m）； E——桩的弹性模量（kPa）；
b
3
ba I= 4）。 I——桩的截面惯性矩（m 12
4.2 抗滑桩的设计计算
(2) “m”法计算中桩体刚度判别 当α h2≤2.5时，抗滑桩属刚性桩; 当α h2>2.5时，抗滑桩属弹性桩。 其中：α为桩的变形系数，以m-1计，可按下式 1 计算： ⎛ mB p ⎞ 5