抗滑桩作用机理及其应用研究(1)

工程背景概况

以湘粤界炎陵至汝城高速公路第9合同段为例，该路段由于粉质黏土层下滑力增加、抗剪强度降低导致了边坡滑塌。滑坍体位于炎陵服务区西区（炎汝高速第9合同段K40+916～966段）R匝道右侧，该边坡高度约7m，坡率为1:1.5，边坡采用M7.5浆砌片石菱形骨架防护，平台宽度为8.0～24.0m。由于RK0+590～900段路基右侧(炎陵服务区西区）边坡坡体土质较差，土体空隙率大，且地下水水位较高，路基边坡在地下水及雨水长期浸润下多次发生较为严重大范围塌方，经业主、设计、监理及施工单位现场确定（详见炎汝公司转发编号为LJ159设代函(2013.06.05)）：

1、扩容后原设计在RK0+860～880段服务区建筑迁移至RK0+830～840段，将RK0+830～840段路基右侧平台面积扩大；

2、RK0+800～900段路基边坡一级边坡坡比由1:1.5放缓为1:1.75，并将RK0+590～740右侧一级边坡防护结构类型由喷播植草调整为M7.5浆砌片石护面墙（后因边坡继续塌方将RK0+740～835段一、二级边坡防护调整为M7.5浆砌片石护面墙，详见编号为YR091312255号变更令）；

3、在RK0+590～740、RK0+800～890段边坡增设两级深层导水孔(孔深15m)；

4、将原设计墙高为4.0mM7.5浆砌片石挡土墙调整为墙高为5.0m（埋深2.0+0.5m）。而依照专家评审意见建议对该滑坡采用局部清方卸载+支撑渗沟+挡土墙+截、排水沟的方案进行综合处治。但采用的重力式挡土墙截面尺寸过大，现拟定使用矩形抗滑桩对该路段进行边坡防护。以下对抗滑桩进行设计计算及其验算。

设计计算及其验算

根据桩身尺寸，研究桩身的弯矩分布（列表格）。并按照抗滑桩设计的构造要求，依照该土质滑坡推力分布形式分别计算该桩的挠曲位移（横向），并且计算出边坡稳定性系数。（按照瑞典条分发，毕肖谱法，詹布法）

在该工程下，依照桩的理论受力情况，进行桩的尺寸和配筋设计，并且进行极限承载力和配筋的验算。

总结

桩身尺寸与桩身最大弯矩的关系：

抗滑桩桩长方案所得最大弯矩及其最大剪力：

按照单桩承受水平力，为方便配筋计算，采用如下系数：

≥≥C =αΜ/H (1)

I 00M 代表桩顶荷载，α表示桩的水平变形系数，α=

04

m-地基随深度变化的比例系数，KN/m .其取值可参照表1.

B -桩的计算宽度，对于矩形桩取B =b+1,(b 表示桩的实际宽度,b 1m ）p P 对于圆形桩取B =0.9（d+1)(d 表示桩的直径，d 1m ）.

p

表 1m 取值表

max II I M =C M (2)

max II 0

注：M 代表桩身最大弯矩，C 系数可由C 查表2获得.

表 2计算最大弯矩位置及最大弯矩系数

C I 和II C 值

6 15 1086.5

考虑桩前填土产生抗力时计算桩的内力

2212000/,1tan()3660.2/1200/m,

242

3?sat n n 1p sat 依照该地区土体为粉质黏土，依据相关勘察资料，土体按照饱和状态土计算，取=22kN/m ,滑面倾角取24，滑坡推力E k 剩余抗滑力E =1200kN/m,桩长设计长度为22m ，取不稳定层h =14.7m,锚固深度h =7.3m 。按照朗肯土被动压力理论,计算得：

E =故取较小值作为剩n n N m h kN m E kN E πϕ

'γ=γ+=>=2222

21112223

1326.511.12211

.163.25 3.7223

y 余抗滑力进行计算。

截面尺寸为60cm 60cm 的矩形截面，即A=a b=0.36m ,各桩中心距取L=4m 。近似认为滑坡推力呈矩形分布。桩的剪力和弯矩分布可按照下式计算：

Q y =n n y E L

E L bp bqy y y y y h h h bp M bqy y y y y h ⨯⨯=-=-=--=-

max max 24243.75.,Q 2400.00.计算得出最大弯矩值m M kN kN ==

边坡稳定性计算

tan tan (sin tan tan ,s e 在计算出桩自身内力值后，还需验证边坡的稳定性。抗滑力稳定性系数定义为F ，按照瑞典条分法计算则有F 滑动力表示土体的内摩擦角，表示折减后的土体内摩擦角）按照图示对点列力矩平衡方程可得：

依照条分法可知中包括黏聚阻力和摩擦阻力有当图示滑动面处于极限平衡状态下时，滑动力矩等于抗滑力i S e

i i

i

i

i i i i

i i i i j i s

O W d W R N c l T c l N T F ϕ

ϕϕϕθ

θ=

=

=+=

∑∑tan cos tan sin (cos tan )

矩，所以有

得i i i i i i i i i

i i i i i s s

i i

i

i

i s

i

N c l c l W W d W R T R R R

F F c l W F W

θθϕθθϕ++====+=

∑∑∑∑

∑∑∑