01抗滑桩工程1.ppt

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1、抗滑桩工程,李德营 中国地质大学工程学院,中国地质灾害每年造成的死亡人数,中国地质灾害每年造成的直接经济损失,我国地质灾害类型和各类型的分布数,我国地质灾害分布滑坡 危害较大的省区有：四川、云南、陕西、宁夏、甘肃、贵州、湖北、辽宁、北京、河北、江西、福建,三峡库区新滩滑坡（1985.06.12）,三峡库区千将坪滑坡（ 2003.07.13）,清江水布垭库区大堰塘滑坡（2007.06.15）,主要防治措施的思路分为两方面: （1）提高抗滑力； （2）减小下滑力。 主要的防治措施可分为： （1）改变边坡几何形态； （2）排水 （3）设置支挡结构； （4）斜坡内部加固。,防治措施,韩城电厂滑坡上部减

2、重,边坡排水沟,箭丰滑坡平孔排水,八渡滑坡预应力锚索抗滑桩工程,一 抗滑桩工程概述,一、抗滑桩类型和特点 二、稳定性分析与推力计算,一、抗滑桩类型和特点,（一）抗滑桩概念 （二）抗滑桩类型 （三）抗滑桩特点,抗滑桩是防治滑坡的一种工程建筑物，设于滑坡的适当部位，一般完全埋置地面下，有时也可露出地面，桩的下段均必须埋置在滑动面以下稳定地层的一定深度。,（一）抗滑桩概念,（一）抗滑桩概念,（一）抗滑桩概念,（一）抗滑桩概念,（一）抗滑桩概念,（一）抗滑桩概念,桩身中预埋24根声测管,（一）抗滑桩概念,（一）抗滑桩概念,（一）抗滑桩概念,（一）抗滑桩概念,施工方式,打入桩,钻孔桩,挖孔桩,截面形态,

3、圆形桩,管形桩,矩形桩,材 料,木桩,钢桩,钢混桩,刚 度,刚性桩,弹性桩,结构形式,排式单桩,承台桩,排架桩,尺 寸,常规桩,微型桩,（二）抗滑桩类型,（二）抗滑桩类型,（二）抗滑桩类型,抗滑桩形式及其布置 圆桩矩形桩板桩,（二）抗滑桩类型,1、抗滑能力强，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。 2、桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利抗滑的部位，可 以单独使用，也能与其它建筑物配合使用。 3、可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢筋（优于管形桩、打入桩）。 4、施工方便，设备简单。采用混凝土或少量钢筋混凝土护壁，安全、可靠。 5、间隔开挖桩孔，不易恶化滑坡状态，利于整治

4、在活动中的滑坡，利于抢修工程。 6、通过开挖桩孔，能够直接校核地质情况，进而可以检验和修改原来的设计，使之更切合实际，发现问题，易于补救。,（三）抗滑桩特点,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

5、。,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。,（一）抗滑桩设计与计算步骤,滑坡刚体极限平衡稳定性分析基本方法,一、折线滑动法（传递系数法） 二、圆弧滑动法 三、平面滑动法,滑坡稳定性计算方法，根据滑坡类型和可能的破坏形式，可按下列原则确定: 1）土质滑坡和较大规模的

6、碎裂结构岩质滑坡宜采用圆弧滑动法计算; 2）对可能产生平面滑动的滑坡宜采用平面滑动法进行计算; 3）对可能产生折线滑动的滑坡宜采用折线滑动法进行计算。,一、折线滑动法 （传递系数法）,（一）基本公式 （二）受力分析,（一）基本公式,两者计算思路: (1)滑动土体中的土骨架作为研究对象:对水位线以上取天然重量，对水位线以下取土条浮重和渗透压力即可，渗透压力采用土条中饱浸水面积、水的重度、水力坡降的乘积 (规范中采用) 。,（一）基本公式,两者计算思路: (2)把土体（包括土骨架和孔隙中的流体水和气）作为整体取隔离体:水位线以上取天然重量，水位线以下取土条饱和重量，同时考虑三边静水压力。,（一）基

7、本公式,静力平衡：,（一）基本公式,传递系数：,第i条块滑体抗滑力(kN/m)：,第i条块滑体下滑力(kN/m)：,j=i,（一）基本公式,第i条块自重与建筑等地面荷载之和(kN/m)：,第i条块单宽渗透压力(kN/m) ，作用方向倾角为 ：,第i条块滑体滑动面法线上的反力(kN/m)：,（一）基本公式,第i条块所受地震力(kN/m)：,公路工程抗震设计规范（JTJ00489）,结构重要性修正系数,综合影响系数,水平地震系数,（一）基本公式,综合影响系数 取0.25,三峡库区三期地质灾害防治工程 设 计 技 术 要 求,（一）基本公式,第i条块滑动面长度 (m),第i条块滑动面上岩土体的粘结强

8、度标准值 (kPa),第i条块滑带土的内摩擦角标准值(),第i条块地下水流线平均倾角，反倾时取负值,第i条块底面倾角，反倾时取负值,（一）基本公式,i为地下水渗透坡降：,第i条块单位宽度岩土体的浸润线以下体积 (m3/m),水的容重 (kN/m3),（一）基本公式,浸润线以上体积 (m3/m),第i条块所受地面荷载 (kN),岩土体的天然容重 (kN/m3),浸润线以下体积 (m3/m),岩土体的浮容重 (kN/m3),（二）受力分析,对整体,对单个条块，剩余下滑力,第1条块,第2条块,认为条块间的作用力合力（剩余下滑力）方向与滑动面倾角一致,令,第3条块,认为条块间的作用力合力（剩余下滑力）

9、方向与滑动面倾角一致,第n条块,根据,二、圆弧滑动法,一般土质滑坡、部分堆积层滑坡、节理发育呈破裂结构的岩质滑坡，滑移时产生旋转破坏，滑面呈圆弧面。滑坡有明显滑面，稳定性主要与滑面抗剪强度有关，采用一般条分法与毕绍普法的计算结果很接近,力矩平衡：,三、平面滑动法,对土质滑坡和岩体破碎的岩质滑坡，按下式计算：,对岩体完整或比较完整的岩质滑坡，按下式计算：,滑坡推力计算 （折线滑动）,一、折线滑动的滑坡推力计算 二、防治工程设计安全系数,一、折线滑动的滑坡推力计算,第1条块,第2条块,回顾：滑坡稳定性计算的公式,令,第3条块,第n条块,回顾：滑坡稳定性计算的公式,得出：滑坡推力计算的公式,第i条块

10、,在推力计算中，防治工程设计安全系数，不是稳定性系数,得出：滑坡推力计算的公式,第i条块,在推力计算中，防治工程设计安全系数，不是稳定性系数,二、防治工程设计安全系数,1）建筑边坡工程技术规范（GB503302002）,1）建筑边坡工程技术规范（GB503302002）,2）滑坡防治工程设计与施工技术规范（DZ/T02192006）,2）滑坡防治工程设计与施工技术规范（DZ/T02192006）,3）三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求,滑坡防治工程设计荷载组合及安全系数,3）三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求,地质灾害防治工程分级,工程等级的确定，必须同时满足上三项指标中的两项,3

11、）三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求,滑坡防治工程的降雨过程，在三峡水库供、蓄期（105月）设计降雨过程为（q枯）重现期N年一遇5日暴雨，汛期（69月）设计降雨过程（q全）为重现期N年一遇5日暴雨强度重现期。,二、抗滑桩设计计算,（一）抗滑桩设计与计算步骤 （二）滑坡推力与地基反力 （三）抗滑桩的布设 （四）抗滑桩的内力计算 （五）抗滑桩的结构设计,（二）滑坡推力与地基反力,1、滑坡推力计算 2、地基反力计算,大小：作用在桩（单根桩）上的推力应为E*S。,1、滑坡推力计算,滑坡推力为单位宽度滑体的推力,分布形式 （1）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

12、一致，假定滑面上桩背的滑坡推力分布图形呈矩形； （2）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； （3）介于上述两者之间的情况可假定桩背推力分布呈梯形。,1、滑坡推力计算,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，抗滑桩应按悬臂式桩考虑；而当桩前滑坡体能保持稳定，抗滑桩将按全埋式桩考虑。,2、地基反力计算,式中： m地基系数随深度变化的比例系数； n随岩土类别变化的常数，如0、0.5 x嵌固段距滑带深度(m)； x。与岩

13、土类别有关的常数(m)。,2、地基反力计算,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(应力)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。,地基弹性抗力系数,2、地基反力计算,地基弹性抗力系数,地基系数的几种分布模式,2、地基反力计算, K 法。地基系数为常数k，即n=0。滑床为较完整的岩质和硬粘土层。,地基弹性抗力系数,2、地基反力计算, m 法。地基系数随深度呈线性增加，即n=1。一般地，简化为 k=mx 。滑床为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。,地基弹性抗力系数,2

14、、地基反力计算, C法。当 时，K值随深度为外凸的抛物线变化，我国公路部门用试桩的实测资料，反算求得值在0.5、0.6之间，建议采用0.5。通常按这种规律变化的计算方法，称为“C”法,地基弹性抗力系数,2、地基反力计算,注：一般情况，KH =(0608)Kv；岩层为厚层或块状整体时，KH= Kv,数据来源于边坡工程处治技术,2、地基反力计算,C为地基反力系数的比例系数，x为深度。,当采用C法时，地基反力系数式：,注：y0为桩在地面处的水平位移允许值。,数据来源于边坡工程处治技术,2、地基反力计算,数据来源于 滑坡防治工程设计与施工技术规范DZ /T02192006,2、地基反力计算,数据来源于

15、 滑坡防治工程设计与施工技术规范DZ /T02192006,2、地基反力计算,数据来源于 滑坡防治工程设计与施工技术规范DZ /T02192006,2、地基反力计算,数据来源于 滑坡防治工程设计与施工技术规范DZ /T02192006,（三）抗滑桩的布设,1、抗滑桩的平面位置 2、抗滑桩的间距 3、抗滑桩的长度 4、抗滑桩桩型,1、抗滑桩的平面位置,1、抗滑桩的平面位置,1、抗滑桩的平面位置,1、抗滑桩的平面位置,1、抗滑桩的平面位置,对滑坡治理工程，抗滑桩原则上布置在滑体下前缘，即在滑动面平缓、滑体厚度较小、锚固段地质条件较好的地方，同时也要考虑到施工的方便。 对地质条件简单的中小型滑坡，一

16、般在滑体前缘布设一排抗滑桩，桩排方向应与滑体垂直或近垂直。 对于轴向很长的多级滑动或推力很大的滑坡，可考虑将抗滑桩布置成两排或多排，进行分级处治，分级承担滑坡推力；也可考虑在抗滑地带集中布置23排、平面上呈品字形或梅花形的抗滑桩或抗滑排架。,1、抗滑桩的平面位置,2、抗滑桩的间距,合适的桩间距应该使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。一般采用的间距为510m。 当桩间采用了结构连接来阻止桩间楔形土体的挤出，则桩间距完全决定于抗滑桩的抗滑力和桩间滑体的下滑力。,2、抗滑桩的间距,嵌固长度与滑床地层强度、滑坡推力大小、抗滑桩间距、截面和刚度有关，也与是否考虑桩前滑体抗体力有关。

17、嵌固段过短，稳定性差，嵌固段过长，施工困难，且不经济。 非嵌固长度与设桩位置与滑体厚度、滑体物质成分、含水量有关。非嵌固段长度过短，滑体可能越顶而过；非嵌固段过长，桩身弯矩很大，受力条件恶化，易造成桩位移太大，而引起滑坡治理工程失败。,3、抗滑桩的长度,抗滑桩长度由两部分组成，即滑动面以下的嵌固长度和滑动面以上直接承受滑坡推力的非嵌固长度。,对于土层或软质岩层，嵌固长度与非嵌固长度之比为1：2到1：1比较合适，对于完整而坚硬的岩层，可采用1：3 抗滑桩长度宜小于35m，当滑带埋深大于25m时，是否采用抗滑桩应充分论证其可行性。,3、抗滑桩的长度,嵌固长度：原则上由桩的嵌固段传递到滑面以下地层的

18、侧向压应力不得大于该地层的容许侧向抗压强度、桩基底的压应力不得大于地基的容许承载力来确定。 当嵌固段地层为土层及严重风化破碎岩层时，桩身对地层的侧压力应符合下列条件：,3、抗滑桩的长度,桩身对地层的侧压应力，kPa； 2 折减系数，取决于土体结构特征和力学强度参数的精度, 宜取值0.51.0 p桩前岩土体作用于桩身的被动土压应力(kPa)； a桩后岩土体作用于桩身的主动土压应力(kPa)；,当嵌固段地层为土层及严重风化破碎岩层时，桩身对地层的侧压力应符合下列条件：,3、抗滑桩的长度,嵌固长度：原则上由桩的嵌固段传递到滑面以下地层的侧向压应力不得大于该地层的容许侧向抗压强度、桩基底的压应力不得大

19、于地基的容许承载力来确定。 当嵌固段地层为比较完整的岩质、半岩质地层时，桩身对围岩的侧向压应力应符合下列条件：,3、抗滑桩的长度,桩身对地层的侧压应力，kPa； 1 折减系数，取决于岩土体裂隙、风化及软化程度，沿水平方向的差异性等，一般为0.10.5 R岩石单轴抗压极限强度(kPa),抗滑桩的桩型有钢筋混凝土桩和钢管桩、H型钢桩等，最常用的是钢筋混凝土桩 钢筋混凝土桩是抗滑桩用得最多的桩型，其断面形式主要有圆形和矩形，一般采用矩形断面。 圆形断面可机械钻孔成桩，也可人工挖孔成桩，桩径根据滑坡推力和桩间距而定，从6002000，最大可达4500。 矩形断面可充分发挥其抗弯刚度大的优点，适用于滑坡

20、推力较大，需要较大刚度的地方。一般为人工成孔抗滑桩。,4、抗滑桩桩型,矩形断面尺寸bh 可以为： 0.81.2m，1.21.5m，1.21.8m，1.22.0m，1.51.75m，1.52m，1.52.2m，1.52.5m，1.52.75m，1.82.6m，1.752.5m，1.753.0m，1.82.6m，2.02.5m，2.03.0m，2.03.5m，3.04.0m，3.04.5m。 其中用到最多的截面尺寸为1.52m，1.52.5m， 2.03.0m,4、抗滑桩桩型,（四）抗滑桩的内力计算,1、刚性桩与弹性桩 2、刚性桩内力计算 3、弹性桩内力计算 4、地基校核,抗滑桩受到滑坡推力后，将

21、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： （1）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，桩如刚体一样，仅发生了转动，故称其为刚性桩。 （2）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，称为弹性桩。,1、刚性桩与弹性桩,刚性桩与弹性桩的判断： 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刚性桩或弹性桩的标准。,1、刚性桩与弹性桩,临界值规定如下： 按K法计算， 10时，抗滑桩属刚性桩； 10时，抗滑桩属弹性桩。 （l2

22、为嵌固深度） 按m法计算， 25时，抗滑桩属刚性桩； 25时，抗滑桩属弹性桩。 式中， 、 均定义为桩的变形系数，分别按下式计算： 式中：KHK法的侧向地基系数，kNm3； BP桩的正面计算宽度，m； mHm法的地基系数的比例系数，kNm4； E、I桩的弹性模量，kPa，桩的截面惯性矩，m4。,1、刚性桩与弹性桩,为了简化计算，即将空间受力状态简化为平面问题，考虑到桩截面形式的影响，将桩宽(或桩径)换算成相当于实际工作条件下的矩形桩宽度Bp称为桩的计算宽度。 对于正面边长b大于或等于lm的矩形桩和桩径d大于或等于lm的圆形桩，其计算宽度为：,1、刚性桩与弹性桩,对于矩形桩 对于圆形桩,2、刚性

23、桩内力计算,刚性桩的计算方法较多，目前常用是悬臂桩法： （1）滑面以上抗滑桩受荷段上所有的力均当做外荷载看待，桩前的滑体抗力按其大小从外荷载中予以折减，将滑坡推力和桩前滑面以上的抗力折算成在滑面上作用的弯矩和剪力并作为外荷载。 （2）抗滑桩的嵌固段，则把桩周岩土视为弹性体计算侧向应力和岩土抗力，从而计算桩的内力。,转动轴心求解,内力计算,两个关键问题,2、刚性桩内力计算转动轴心求解,地基土为单一土层时，如图所示，滑面以下为同一m值，桩底自由，滑面处的弹性抗力系数分别为A、A，y0为下部桩段转动轴心距滑面的距离。,2、刚性桩内力计算转动轴心求解,根据静力平衡条件，水平方向的合力为0得：,2、刚性

24、桩内力计算转动轴心求解,2、刚性桩内力计算转动轴心求解,根据静力平衡条件，以抗滑桩的底部为支点，合力矩为0得：,2、刚性桩内力计算转动轴心求解,等式左右两边同时除以,令,2、刚性桩内力计算内力计算,剪力计算,2、刚性桩内力计算内力计算,弯矩计算,3、弹性桩内力计算,（1）弹性桩内力计算步骤 （2）“m”法 （3）“K”法,（1）将滑面以上抗滑桩受荷段上所有作用力均当做外荷载； （2）根据桩周地层的性质确定弹性抗力系数（即地基系数），建立桩的挠曲微分方程式； （3）通过数学求解可得滑面以下桩身任一截面的变位和内力计算的一般表达式； （4）根据桩底边界条件计算出滑面处的位移和转角； （5）计算桩身

25、任一深度处的变位和内力。,（1）弹性桩内力计算步骤,根据文克勒（Winkler）地基梁模型得到桩受水平荷载作用时的桩的挠曲微分方程：,（2） “m”法,式中：EI桩的抗弯刚度； BP桩的计算宽度。,上式为四阶线性变系数齐次微分方程，采用幂级数的解法,（2） “m”法,式中：xy、y、My、Qy分别为锚固段桩身任意截面的位移(m)、转角(rad)、矩(kNm)和剪力(kN)； xA、A、MA、QA分别为滑面处桩的位移(m)、转角(rad)、弯矩(kNm)和剪力(kN)； Ai、Bi、Ci、Di随桩的换算深度h2而变化的“m”法的影响函数值,需查表；,E 混凝土的弹性模量，t/m2； I 桩的截面

26、惯性矩，m4； 桩的变形系数，m-1。,（2） “m”法,上式为“m”法计算桩的一般表达式。计算时必须先求得滑动面处的xA 和A ，才能求出桩身任一截面处的位移、转角、弯矩和剪力，地基土对该截面的侧向应力。 xA 和A一般应根据桩底的边界条件来确定。,（2） “m”法,当桩底为固定端时，有xB=0，B=0，MB0，QB0。将边界条件代入“m”法计算桩的一般表达式，联立求解得：,（2） “m”法,当桩底为铰支端时，有xB=0，MB=0，B0，QB0 。将边界条件代入“m”法计算桩的一般表达式，联立求解得：,（2） “m”法,当桩底为自由端时，有MB=0，QB=0，xB0，B0。将边界条件代入“m

27、”法计算桩的一般表达式，联立求解得：,（2） “m”法,（2） “m”法,根据文克勒（Winkler）地基梁模型得到桩受水平荷载作用时的桩的挠曲微分方程：,（3） “K”法,式中：EI桩的抗弯刚度； BP桩的计算宽度。,上式为四阶线性变系数齐次微分方程，采用幂级数的解法,引入变形系数上式可改写为：,（3） “K”法,式中：1、2、 3、 4“K”法的影响函数值，需查表，亦可按下式计算：,（3） “K”法,上式为“K”法计算桩的一般表达式。计算时必须先求得滑动面处的xA 和A ，才能求出桩身任一截面处的位移、转角、弯矩和剪力，地基土对该截面的侧向应力。 xA 和A一般应根据桩底的边界条件来确定。

28、,（3） “K”法,当桩底为固定端时，有xB=0，B=0，MB0，QB0。将边界条件代入“K”法计算桩的一般表达式，联立求解得：,（3） “K”法,当桩底为铰支端时，有xB=0，MB=0，B0，QB0 。将边界条件代入“K”法计算桩的一般表达式，联立求解得：,（3） “K”法,当桩底为自由端时，有MB=0，QB=0，xB0，B0。将边界条件代入“K”法计算桩的一般表达式，联立求解得：,4、地基校核,一般使桩不同深度各截面的计算侧向应力均小于或等于桩周土石的侧向容许承载力来满足稳定条件。 若桩身任何深度的侧向弹性抗力大于该处围岩的容许承载应力时，则需调整桩的埋深、间距、截面尺寸重新计算以满足稳定条件。,谢 谢!,