第五章抗滑桩的设计与施工-中国地质大学欢迎您!

1 6
BP
m
x2
(3x0
2
x)
1 2
BP
A1
x02
1 2
BP
A2
(
x
x0
)2
桩身弯矩： M X
H (h0
x)
1 6
BP A1 x02 (3x x0 )
1 6
BP
A2
(
x
x0
)3
1 12
BPm x3(x 2x0 )
根据静力平衡条件∑H=0和∑M=0可解得：
( A1 A2 )x03 3l0 ( A1 A2 )x02 l22m(3l0 2l2 ) 3l2 A2 (2l0 l2 ) 0.5l23m(4l0 3l2 ) l22 A2 (3l0 2l2 ) 0
单桩是抗滑桩的基本型式，也是常用的结构型式，其
特点是简单，受力和作用明确。当边坡的推力较大，用单桩 不足以承担其推力或使用单桩不经济时，可采用排桩。排架 桩的特点是转动惯量大，抗弯能力强，桩壁阻力较小，桩身 应力较小，在软弱地层有较明显的优越性。有锚桩的锚可用 钢筋锚杆或预应力锚索，锚杆(索)和桩共同工作，改变桩的 悬臂受力状况和桩完全靠侧向地基反力抵抗滑坡推力的机理， 使桩身的应力状态和桩顶变位大大改善，是一种较为合理、 经济的抗滑结构。但锚杆或锚索的锚固端需要有较好的地层 或岩层，对锚索而言，更需要有较好的岩层以提供可靠的锚 固力。
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。滑坡推力的计算见第2 章或第4章相关内容，即采用不平衡推力传递系数法计算所 得的桩所在坡体坡足处的不平衡推力。通常假定每根桩所承 担的滑坡推力等于两桩中心间距宽度范围内的滑坡推力，即 将前述方法计算所得的滑坡推力值乘以桩间距。滑坡推力在 桩背上的分布和作用点位置，与滑坡的类型、部位、地层性 质、变形情况及地基反力系数等因素有关。根据文献[2]、[3] 的经验，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，假定滑面上桩背的滑坡 推力分布图形呈矩形；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，假定滑面以上桩背的滑坡推力图形呈三 角形分布；介于上述两者之间的情况可假定桩背推力分布呈 梯形。
第5章 抗滑桩的设计与施工
本章重点
抗滑桩类型、特点及适用条件 抗滑桩设计要求和设计内容 抗滑桩设计荷载的确定 抗滑桩的计算方法 抗滑桩的设计 抗滑桩的施工
§5．1 概 述
桩是深入土层或岩层的柱形构件。边坡处治工 程中的抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传 给桩下部的侧向土体或岩体，依靠桩下部的侧向阻 力来承担边坡的下推力，而使边坡保持平衡或稳定， 见图5．1。
(1)地基土为单一土层时
如图5．5所示，滑面以下为同一
m值，桩来自百度文库自由，滑面处的弹性抗力系
数分别为Al、A2，H为滑坡推力与剩余 抗滑力之差，x0为下部桩段转动轴心距 滑面的距离，α为旋转角，Z0为滑坡 推力至滑面的距离。
当0≤x≤x0时
桩身变位：Y=( x0-x)
桩侧应力： x ( A1 mx )(x0 x)
桩将滑坡推力传递给滑面以下的桩周土(岩)时，桩的 锚固段前后岩(土)体受力后发生变形，并由此产生岩(土)体的 反力。反力的大小与岩(土)体的变形状态有关。处于弹性阶 段时，可按弹性抗力计算，处于塑性阶段变形时，情况则比 较复杂，但地基反力应不超过锚固段地基土的侧向容许承载 能力。
另外，桩与地基土间的摩阻力、粘着力、桩变形引起 的竖向压力一般来说对桩的安全有利，通常略去不计。为简 化计算，桩的自重和桩底应力等也略去不计。
根据上述设计要求，抗滑桩的设计内容一般为：
(1)进行桩群的平面布置，确定桩位、桩间距等平 面尺度；
(2)拟定桩型、桩埋深、桩长、桩断面尺寸； (3)根据拟定的结构确定作用于抗滑桩上的力系； (4)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；
(5)进行桩截面的配筋计算和一般的构造设计； (6)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。
其他多层土可仿此进行计算。
1
当采用C法时，地基反力系数式为 Cx Cx2 ，C 为地基反力系数的比例系数，x为深度。研究表明， 当x达到一定深度时，地基反力系数渐趋于常数。比 例系数c值参见表5．3。
注：[y0]为桩在地面处的水平位移允许值。
3)P～Y曲线法
上述的K法、m法和C法能根据弹性地基上梁 的挠曲线微分方程用无量纲系数求解抗滑
抗滑桩的施工采用打入时，应充分考虑施工振动对边 坡稳定的影响，一般是全埋式抗滑桩或填方边坡可采用，同 时下卧地层应有可打性。抗滑桩施工常用的是就地灌注桩， 机械钻孔速度快，桩径可大可小，适用于各种地质条件，但 对地形较陡的边坡工程，机械进入和架设困难较大，另外， 钻孔时的水对边坡的稳定也有影响。人工成孔的特点是方便、 简单、经济，但速度较慢，劳动强度高，遇不良地层(如流沙) 时处理相当困难，另外，桩径较小时人工作业困难，桩径一 般应在1000mm以上才适宜人工成孔。
桩身剪力：Qx
H
1 2
BP A1 x(2x0
x)
1 6
BPm x2 (3x0
2x)
桩身弯矩：M x
H (h0
x)
1 6
Bpm X
2 (3xV
xV
)
1 12
Bpm x3(2x0
x)
当x0≤X≤l2时
桩身变位： y (x0 x)
桩侧应力： X ( A2 mX )(x0 x)
桩身剪力：QX
H
土地基中，P～Y曲线已得到较多的应用。
§5．3 抗滑桩的计算方法
抗滑桩为承受水平荷载的桩，计算水平受荷桩的方法 均可采用。
§5．3．1 刚性桩与弹性桩的区分
抗滑桩受到滑坡推力后，将产生一定的变形。根据桩 和桩周土的性质和桩的几何性质，其变形有两种情形:一是桩 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。另一种是桩的位置和桩轴线同时发生改 变，即桩轴线和桩周土同时发生变形。前一种情况桩尤如刚 体一样，仅发生了转动，故称其为刚性桩，后者就称为弹性 桩。试验研究表明，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。工程中就把这个临界值 作为判断是刚性桩或弹性桩的标准。
§5．1．3 抗滑桩的设计计算程序
根据上述设计要求和设计内容，抗滑桩的设计 计算程序如图5．4所示。
§5．2 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： 作用于桩上部的滑坡推力和桩周地层对桩的 反力。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。
§5．2．1 滑坡推力的确定
临界值规定如下：
按K法计算，l2 ≤1．0时，抗滑桩属刚性桩；
l2 >1．0时，抗滑桩属弹性桩。 按m法计算，l2 ≤2．5时，抗滑桩属刚性桩；
l2 >2．5时，抗滑桩属弹性桩。
式中， 、 均定义为桩的变形系数，单位为 ，分
别按下式计算：
1
KH BP 4EI
4
(5.3)
mH BP EI
1/ 5
(5.4)
式中：KH——K法的侧向地基系数，kN／m3；
BP——桩的正面计算宽度，m；
mH——m法的地基系数的比例系数，kN／m4；
E、I——桩的弹性模量，kPa，桩的截面惯性矩，m4。
§5．3．2 刚性桩的计算
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。
地基反力系数K，m应通过试验确定。一般情 况下，试验资料不易获得，文献[1]、[2]列出了较完 整岩层的地基系数K值，见表5．1，非岩石地基的m 值，见表5．2，可供设计时参考。
注：一般情况，KH =(0．6～0．8)Kv；岩层为厚层或块状整体时，KH= Kv。
当地基土为多层土时，采用按层厚以等面积加
令：
A ( A1 A2 ) B 3l0 ( A1 A2 ) C l22m(3l0 2l2 ) 3l2 A2 (2l0 l2 ) D l23m(2l0 1.5l2 ) l22 A2 (3l0 2l2 )
则有：
抗滑桩群一般指在横向2排以上，在纵向2列以上的组 合抗滑结构，类似于墩台或承台结构，它能承担更大的滑坡 推力，可用于特殊的滑坡治理工程或特殊用途的边坡工程。
§5．1．2 抗滑桩设计要求和设计内容
抗滑桩设计一般应满足以下要求： (1)抗滑桩提供的阻滑力要使整个滑坡体具有足
够的稳定性，即滑坡体的稳定安全系数满足相应 规范规定的安全系数或可靠指标，同时保证坡体 不从桩顶滑出，不从桩间挤出； (2)抗滑桩桩身要有足够的强度和稳定性，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； (3)桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围内； (4)抗滑桩的埋深及锚固深度、桩问距、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。
抗滑桩按桩身断面形式分类，有圆形桩、方形 桩和矩形桩、“工”字形桩等。
(2)各类桩型的特点及适用条件
木桩是最早采用的桩，其特点是就地取材、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。钢桩的强度高，施打容易、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。钢筋混凝土桩是边坡处治工程广泛采用的桩材，桩 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。
§5．2．2 地基反力的确定
(1)地基反力 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(亦为滑体)的抗力作为已知的外力考虑，仍可将桩看成 悬臂桩考虑。
抗滑桩与一般桩基类似，但主要是承担水平
荷载。抗滑桩也是边坡处治工程中常见常用的处 治方案之一，从早期的木桩，到近代的钢桩和目 前在边坡工程中常用的钢筋混凝土桩，断面型式 有圆形和矩形，施工方法有打入、机械成孔和人 工成孔等方法，结构型式有单桩、排桩、群桩， 有锚桩和预应力锚索桩等。
§5．1．1 抗滑桩类型、特点及适用条件
(2)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。也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：①假设地基系数不随深 度而变化，即地基系数为常数的K法；②假定地基 系数随深度而呈直线变化的m法；③地基反力系数 沿深度按凸抛物线增大的C法。
(1)抗滑桩的类型 抗滑桩按材质分类有木桩、钢桩、钢筋混凝土
桩和组合桩。
抗滑桩按成桩方法分类，有打入桩、静压桩、 就地灌注桩，就地灌柱桩又分为沉管灌注桩、钻孔 灌注桩两大类。在常用的钻孔灌注桩中，又分机械 钻孔和人工挖孔桩。
抗滑桩按结构型式分类，有单桩、排桩、群桩 和有锚桩，排桩型式常见的有椅式桩墙、门式刚架 桩墙、排架抗滑桩墙(见图5．2)，有锚桩常见的有 锚杆和锚索，锚杆有单锚和多锚，锚索抗滑桩多用 单锚，见图5．3。
权求平均的方法求算地基反力系数。当地基土为2层
时，有
m
m1l12
m2 (2l1 l2 )l2 (l1 l2 )2
(5.1)
当地基土为3层时，有
m
m1l12
m2
(2l1
l2 )l2 m3(2l1 (l1 l2 l3)2
2l2
l3 )l3
(5.2)
式中：ml、m2、m3——分别为第l层、第2层、第3层 地基土的m值； 基土的厚ll、度l2。、l3——分别为第l层、第2层、第3层地
桩的承载力、内力和变位。但当桩发展到较大 的位移，土的非线性特性将变得非常突出。P～Y曲 线法则考虑了土的非线性特点，它既可用于小位移， 也可用于较大位移的求解。
P～Y曲线法是根据地基土的实验数据来绘制， 目前一般采用Matlock建议的软粘土P～Y曲线绘制方 法[1]和Resse建议的硬粘土和砂性土的P～Y曲线绘制 方法[4]。在滨河、滨海的软