抗滑桩设计与计算

pi =k × si
文克尔地基模型
A-承载板面积(m2) (弹簧彼此独立)
14
地基系数k ，一般认为k 随深度y 按幂函数变化。
k m (y0 y)n
n=0时，k=常数。通常按这种规律考虑抗力的计算方法，称为K法；
0<n<1时，k随深度呈凸抛物线变化。通常按这种规律考虑抗力的计 算方法，称为C法； n=1时，k=my0+my=A+my 若y0=0，即k=my，通常 按这种规律考虑抗力的计 算方法，称为m法； n>1时，k随深度呈凹抛物线 变化。
B
自由端
完整 基岩 B
铰支端 固定端
B
MB=0,φB≠0
QB=0, xB≠0
MB=0, φB≠0
QB≠0, xB=0
MB≠0,φB=0
QB≠0 ,xB=0
按固定端支撑设计抗滑桩是不经济的，应少用。
28
4.3
悬臂桩法：
抗滑桩桩身内力计算
首先，将受荷段桩身所受的滑坡推力、桩前剩余抗滑力或被动土压 力作为已知力，计算受荷段桩身内力； 然后，将滑面处的弯矩剪 力作为已知力，根据锚固 段地基系数，计算锚固段 M Q 滑动面 桩身内力、桩身变位。
以排式单桩为
例
■滑坡推力T(KN/m)
滑坡推力
受荷段
滑动面
T (KN/m)
锚固段
a b
9
L
(计算单元)
土拱 土拱
土拱 a a b
土拱 a b
滑动面
L
L
b
L L
设：单宽推力T (KN/m) 单桩所受滑坡推力：T×L
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空间模型
b
a
平面模型
b×△q △q
T×L
q
h1
a
h1
h2 1 T×L ＝b× q× h 1 2
通常以滑动面为界，将桩分成两段分别选取地基系数。
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2.弹性抗力
x0 y xy
设某一深度y处桩侧位移为xy(全部为 土体的压缩量)，则该深度处弹性 抗力为：
σy= Bp k Xy
Bp－桩的抗力计算宽度
矩形桩
Bp b 1
xy
圆形桩
b a
k xy
Bp
Bp 0.9 (d 1)
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3.受荷段地层抗力
n=0 0<n<1 n=1
15 n>1
y0
y0
y0
m
地基系数k=常数 的假定—— 适合于较完整硬质岩 层、未扰动硬粘土或半岩质地层； 地基系数k=my 的假定 —— 适合于一般硬质～半坚 硬砂粘土、碎石土、或风化破碎成土状的软质岩 层，密实度随深度增加的地层。 地基系数k=A+my 的假定——适合于超固结粘土层、 地面有超载的地层或某些半硬质地层。
max H
式中 H K H R

R
——岩石单轴抗压强度； ——折减系数。根据岩层裂隙、风化及软化程度，可采用0.3~0.45 结程度、节理密度及充填物，可采用0.5~1.0；
K H ——在水平方向的换算系数。据完整程度、层理产状、胶结物及胶
26
■当地层为土层或风化成土、砂砾状岩层时，桩身发生转 动变位，当达到极限状态时，桩前土体产生被动土压力， 桩后产生主动土压力 桩身侧向压应力≤[被动土压力－主动土压力] 通常仅验算滑面以下2/3h2和h2处。
■对于悬臂式抗滑桩、桩前滑体可能滑走的全埋式抗滑桩， 通常采用悬臂桩法；
对于一般的全埋式抗滑桩，上述两种方法均可采用
21
4.2 抗滑桩的要素设计
一、抗滑桩的平面位置、桩间距 抗滑桩的平面位置和间距，一般应根据滑坡推力大小、 地层性质、滑面形态和坡度、滑体厚度和施工条件等因 素综合而定。 ■滑坡下部，滑面较缓、下滑力较小或系阻滑段，常能 提供一定的桩前抗力，是设桩的较好位置。 ■平面上常为一排。对于大型、复杂的滑坡，纵向较长、 下滑力较大，也可布置两排、三排。布置方向应与滑动 方向垂直或接近垂直； 当滑坡下滑力特别大时，平面上可把桩布置成“品”字 型或“梅花”型。还可结合滑坡特征和施工条件，采用 其它形式的抗滑桩。
(4)《铁路路基支挡结构设计规范》，中华人民共和国行 业标准，TB10025-2006，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
2
4.1 基本概念
一、抗滑桩的类型及特点 抗滑桩是防止地表岩土体发生滑动破坏(滑坡) 的一种地下结构。设于滑坡的适当部位，一般 完全埋置于地下(有时也露出地面)，桩的下段 须埋置在滑动面以下稳定地层的一定深度。
x＞xb时， εc ＝ εcu ，εy ＜εs，超筋梁
22
23
4.2 抗滑桩的要素设计
■桩间距：合适的桩间距应该使得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。 实际工作中，一般是以“桩间土体与侧壁产生的摩 阻力不小于桩间的滑坡推力”为控制进行估算。有 条件时，可通过模拟试验，考虑土拱效应，并结合 实践经验确定桩间距 根据工程经验，桩距一般为6~10m
一、正截面受弯承载力验算
x M 1 f c b x h0 2
1 c
f
cu
基本公式
xb M
x
1 f c b x f y As
x b h0
限制条件
(防治超筋破坏）
As fs
y s
min
(防治少筋破坏）
x＜xb时， εc ＝ εcu ，εy ＞εs，适筋梁
第4章 抗滑桩的设计计算
4.1 基本概念
4.2 抗滑桩的要素设计
4.3 抗滑桩的内力计算
4.4 抗滑桩的结构设计
4.5 预应力锚索抗滑桩的设计
1
第4章 抗滑桩的设计计算
教学参考书
(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)李海光，《新型支档结构设计与工程实例》，人民交 通出版社，2003，北京 (3) 郑颖人等，《边坡与滑坡工程治理》，人民交通出版 社，2007
3
20
■悬臂桩法出现较早、计算简单、在实际中应用较多。《 铁路路基支挡结构设计规范》(TB10025-2006)推荐的即是 该法。本课程介绍的即是该方法 ■地基系数法，由于没有考虑滑面的存在及其影响(即假 设桩前滑体也产生弹性抗力)，这样做只有当求出的桩前 滑体弹性抗力≤桩前滑体实际具有的抗力时，才可以。否 则不合理
4.4 抗滑桩的结构设计
抗滑桩属于大断面的地下结构，一般允许有较 大的变形。桩身裂缝超过允许值，钢筋的局部 锈蚀对桩的强度不会有很大的影响，因此，无 特殊要求时，可不做“正常使用极限状态验
算”，而只作“承载能力极限状态验算”。
正截面受弯承载力验算 “承载能力极限状态”验 斜截面受剪承载力验算 算
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(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)施工方便，设备简单。采用混凝土或少筋混凝土护壁， 安全、可靠。 (5)间隔开挖桩孔，不易恶化滑坡状态，有利于抢修工程。 (6)通过开挖桩孔，可校核地质情况，修正原设计方案。
(7)施工影响范围小，对外界干扰小。
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二、抗滑桩的受力及破坏形式
锚固段地层抗力受限于地层的侧向容许应力
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四、刚性桩与弹性桩
刚性桩：仅桩的位置发生变化，桩 轴线仍保持原来的线型（尤如刚 体一样）。 弹性桩：桩的位置与桩轴同时发生 改变。 试验研究表明：
刚性桩 弹性桩
当侧向受荷桩埋入稳定地层的计算深度，低于某一临界值时， 可视桩的刚度为无穷大；在侧向荷载作用下，桩的极限承载力 仅取决于桩周土弹性抗力的大小； 计算深度为此临界值时，按刚性桩或弹性桩计算，其水平承载 力及传递到地层的压力图形比较接近。
滑坡推力
滑动面
当桩的受荷段产生较小的位移时， 岩土体处于弹性状态，此时的地 层抗力，属于弹性抗力。 当位移继续增大时，桩前滑体将 沿滑动面产生滑动或者达到被动 极限状态。桩前抗力受限于桩前 剩余抗滑力或被动土压力。
4.锚固段地层抗力
当桩的锚固段产生较小的位移时，岩土体处于弹性状态，此时 的地层抗力，属于弹性抗力。当桩周土进入塑性状态时，抗力 增加不多(略有增加)；当桩周土进入破坏状态时，抗力不再增 加(甚至降低)。
一般情况下，当滑体完整、密实或滑坡推力较小， 桩距可取得大些；反之，应取得小些。滑坡主轴附 近桩距取得小些，两侧桩距取得大些
第9次课
24
二、抗滑桩的截面形式与尺寸
■目前采用矩形（方形）、圆形。但考虑桩的受力条件 和施工方便，抗滑桩以采用正面一边较短，侧面一边 较长的矩形截面为好。 ■桩的截面尺寸，根据下滑力大小、桩距、锚固段的侧 向容许应力等因素综合考虑。 ■采用人工挖孔施工时，桩的最小宽度一般不宜小于 1.25 m。 ■ 桩 的 工 程 常 采 用 的 截 面 尺 寸 有 ： 2m×3m ， 2.5m×3.5m， 3m×4m 等。以2m×3m最为常见。
备 注
m法 K法 m-K 法 m-K 法 K-K 法 m-m 法
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一、刚性桩的内力计算 （一）计算简图
（二）内力、变位表达式推导
（三）y0、φ的确定 二、弹性桩的内力计算 （一）弹性桩的挠曲微分方程 （二）m法(k=my ) （三）K法(k=K ) （四）换算桩法(k=A+my )*(不讲) （本节采用板书讲授） 31
悬臂桩法
滑动面
地基系数法：
仅将滑坡推力作为已知力，根据滑面上、下地基 系数，把整根桩作为弹性地基梁计算。
地基系数法 29
计算方法
受荷段
悬臂梁法
地基系数法
基本法 (初参数法) 无量纲法
锚固段 弹性地基梁：刚性桩 悬臂梁 弹性桩 全桩按刚性桩 全桩按弹性地基梁 m m K K m K m K K1 K2 m1 m2
b× q h2 b× q＝ T×L 0.5 h 1
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当作一维杆件(计算桩 内力)时，推力分布
除滑坡推力以外，桩身所受荷载：
■受荷段地层抗力
滑坡推力 受荷段
■锚固段地层抗力 ■桩侧壁摩阻力
滑动面 锚固段
■桩底反力(桩底应力) ■桩身自重
设计中忽略不计
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抗滑桩破坏的基本形式
滑动面
滑动面
桩间土挤出
7

材
料
施工方式
抗滑桩的优点
(1)抗滑能力强，圬工数量小，在滑坡推力大、滑动带深的 情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难。(当单排 桩所承受的滑坡推力超过200吨, 桩长超过35m时需作可 行性论证)。 (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。
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桩的计算深度＝桩的埋置深度×桩的变形系数
地基系数 k=常数 桩的变形系数 刚性桩 弹性桩
k Bp 4E I
1/ 4
h 2 1
1/ 5
h 2 1
k=my
m Bp EI
h 2 2.5
h 2 2.5
E E－桩的弹性模量（kN/m2）；取 0.8Ec I－桩的截面惯性矩（m4）； I bh 12 Bp－抗力计算宽度（m）； α、β－桩的变形系数（m-1）； k－地基系数 （kN/m3）； m－地基系数随深度变化的比例系数 （kN/m4）。
a a b b a
断桩
b
桩周土破坏
实际滑动面
滑动面
推测滑动面
滑动面
“坐船”
越顶
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三、桩周土地层(岩土)抗力 1.地基系数k
k pi P / A P si si A si
物理意义：使得单 位面积的岩土体， 发生一个单位的 压缩变形所需的 外力，或者岩土 体产生的抗力。
pi si
单位：KN/m3
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三、抗滑桩的锚固深度与桩长
抗滑桩锚固深度，与锚固段地层强度、滑坡推力、桩刚度、 桩截面、桩距，是否和如何考虑桩前滑体抗力等有关。
目前一般从控制锚固段桩周地层的强度来考虑，即要求锚固 段桩侧应力不大于地层的侧向容许应力。 ■当地层为岩层时，桩的最大侧向压应力不大于地层的侧向 容许承载力 H ：
在滑坡推力作用下，桩依靠埋入滑面以下部 分的锚固作用，以及桩前滑面以上滑体的被动 抗力来维持稳定。它是一种侧向受荷桩。
3
排式单桩 桩板墙
桩拱墙
承台式抗滑桩 排架式抗滑桩 椅式抗滑桩 п式抗滑桩
h式抗滑桩
锚拉式抗滑桩
4
桩拱墙
桩板墙
5
排架式抗滑桩
承台式抗滑桩
椅式抗滑桩
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4.1 基本概念
抗滑桩的其它分类 截面形态 圆形桩 管形桩 矩形桩 木 桩 钢 桩 钢筋混凝土桩 打入桩 钻孔桩 挖孔桩
■工程经验
对于土层或软弱岩层，锚固长度约为1/2~1/3桩长； 对于较完整、坚硬岩层，锚固长度可采用1/4桩长。
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四、桩底支撑条件
锚固段地层为土层或软弱破 碎岩体时，可视为自由端；
M Q
滑动面 滑动面
M Q
滑动面
M Q
桩底完整、嵌入较浅，可视 为铰支端；
桩底岩层完整、嵌入较深， 可视为固定端 MB—弯矩；φB—转角; QB—剪力； xB—位移