地质灾害培训班抗滑桩讲义.ppt

抗滑桩设计与计算,主讲：赵其华 成都理工大学环境与土木工程学院 成都理工大学地质灾害防治工程研究所2004年4月,第一期 地质灾害防治工程资质单位管理及专业技术培训班,抗滑桩设计与计算,第一节 概述 第二节 抗滑桩设计的基本假定 第三节 抗滑桩的要素设计 第四节 刚性桩的计算 第五节 弹性桩的计算 第六节 抗滑桩的结构设计 第七节 工程实例,第一节 概述 抗滑桩(non-skid pile ;slide-resistant pile )又称锚固桩, 是一种大截面侧向受荷桩国外上世纪30年代开始应用我国1954年首次用于整治宝成线史家坝滑坡工点获得成功近几十年来已在铁路、公路、水电和煤矿等部门广泛采用，它是一种抗滑支挡结构抗滑桩是桩埋入稳定滑床中，依靠桩与桩周岩（土）体的相互嵌制作用把滑坡推力传递到稳定地层，利用稳定地层的锚固作用和被动抗力，使滑坡得到稳定桩可改善滑坡状态，促使滑坡向稳定转化它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桩板墙（圆桩）,桩板墙（方桩）,● 抗滑桩的分类,施工方式,打入桩,钻孔桩,挖孔桩,,材 料,木 桩,钢 桩,钢筋混凝土桩,,截面形态,圆形桩,管形桩,矩形桩,,刚 度,刚性桩,弹性桩,,结构形式,排式单桩,承台式桩,排架桩,,… …,(1) 圆桩 (2) 方桩 (3) 挡土墙,排式单桩,品字形排桩,,承台式桩,,,,,,,,,,承台式桩,●抗滑桩的优点,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) 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 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，可直接揭露校核地质情况，修正原设计方案 (7) 施工影响范围小，对外界干扰小第二节 抗滑桩设计的基本假定,（一）作用于抗滑桩上的力系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．滑坡推力作用于滑面以上部分的桩背上，可假定与滑面平行由于还没有完全弄清桩间土拱对滑坡推力的影响，通常是假定每根桩所承受的滑坡推力等于桩距（中至中）范围之内的滑坡推力推力在桩上的分布可根据滑体性质来确定当滑体为粘聚力较大的粘土、土夹石、较完整的岩层时，滑体系均匀向下蠕动，或整体向下移动，故推力可按矩形分布考虑； 当滑体为松散体或堆积层时，可按三角形分布考虑； 当滑体不属于上述情况，而介于两者之间时，可按抛物线形式简化为梯形分布考虑。

推力在桩上的分布，实际上还和桩的变形性质、桩前滑体产生抗力的性质、滑动面性质与滑面倾角大小以及滑动的速度等因素有关，是一个比较复杂的问题，所以，精确的计算方法还须做进一步的研究S,S,,,一般情况下，所算得的滑坡推力F为单位宽度滑体的推力，作用在桩(单排桩)上的推力应为FS2．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受力情况如图所示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不能提供抗力,可提供抗力,3．岩（土）抗力：埋于滑床中的桩将滑坡推力传递给桩周的岩（土）体，桩的锚固段前、后岩（土）受力后发生变形，从而产生由此引起的岩（土）抗力作用 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、粘着力必然也大，由此产生的平衡弯矩对桩显然有利但其计算复杂，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计算略偏安全，而对整个设计影响不大二）抗滑桩的计算宽度,抗滑桩受滑坡推力的作用产生位移，则桩侧岩（土）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试验研究表明，桩在水平荷载作用下，不仅桩身宽度内桩侧土受挤压，而且在桩身宽度以外的一定范围内的土体也受影响（空间受力），同时对不同截面形状的桩，土体的影响范围也不相同 为了将空间的受力简化为平面受力，并考虑桩截面形状的影响，将桩的设计宽度（或直径）换算成相当于实际工作条件下的矩形桩宽BP，此BP称为桩的计算宽度1．试验表明，对不同尺寸的圆形桩和矩形桩施加水平荷载时，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 2．同时，由于将空间受力状态简化成为平面受力状态，在决定桩的计算宽度时，应将实际宽度乘以受力换算系数KB由试验资料可知，对于正面边长b大于或等于1m的矩形桩受力换算系数为1+1/b，对于直径d大于或等于1m的圆形桩受力换算系数为1+1/d故桩的计算宽度应为：矩形桩：圆形桩：,,,,,,,,,,,,Kf,KB,Kf,KB,附注：只有在计算桩侧弹性抗力时，采用桩的正面计算宽度。

计算桩底反力时，仍用桩的实际宽度Bp,d,,,,b,,,,Bp,3．桩的截面形状应从经济合理及施工方便考虑目前多用矩形桩，边长2~3m，以1.5m2.0m及2.0m3.0m两种尺寸的截面为常见，更大截面的桩型需论证其可行性 （三）桩侧岩（土）的弹性抗力系数 桩侧岩（土）的弹性抗力系数简称地基系数，是地基承受的侧压力与桩在该处产生的侧向位移的比值换句话说，地基系数是在弹性变形限度以内，单位面积的土产生单位压缩变形时所需要的侧向压力 1．计算弹性地基内的侧向受荷桩时，有关地基系数目前有两种不同的假定：,（1）认为地基系数是常数，不随深度而变化，以“K”表示之，相应的计算方法称为“K”法，可用于地基为较完整岩层的情形、未扰动的硬粘土或半岩质地层2）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CH=mH·y或CH=AH+mHy，竖直方向的地基系数为Cv=mv·y或Cv=Av+mvyAH、Av表示某一常量，mH、mv分别表示水平及竖向地基系数的比例系数相应这一假定的计算方法称为“m”法，可用于地基为密实土层或严重风化破碎岩层的情形非岩石地基mH和mV值,2．水平及竖向地基系数的比例系数应通过试验确定；当无试验资料时，可参照下表确定。

较完整岩层的地基系数KV值,（四）刚性桩与弹性桩的区分,抗滑桩受到滑坡推力后，将产生一定的变形所谓变形是指桩的相对位置发生了改变根据桩和桩周岩（土）的性质和桩的几何性质，其变形可有两种情况一种是桩的位置虽发生了偏离，但是桩轴仍保持原有的线型；它之所以变形是由于桩周的岩（土）变形所致另一种是桩的位置和桩轴线型同时发生改变，即桩轴和桩周岩（土）同时发生变形产生前一种变形特征的桩，由于桩在变形过程中保持着原来的形状，尤如刚体一样，仅产生了转动，因此，可称它为刚性桩；而后者称为弹性桩试验研究表明，当侧向受荷桩埋入稳定地层内的计算深度（桩的埋置深度与桩的变形系数的乘积）为某一临界值时，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岩（土）的弹性抗力大小；计算深度为此临界值时，不管按刚性桩或按弹性桩计算，其水平承载力及传递到地层的压力图形均比较接近因此，目前将这个临界值作为判别刚性桩或弹性桩的标准临界值规定如下：1．按K法计算当 ≤1.0时，抗滑桩属刚性桩当 >1.0时，抗滑桩属弹性桩,,其中：为桩的变形系数，以m-1计，可按下式计算：,,式中： KH——侧向地基系数，不随深度而变，（kN/m3）；BP——桩的正面计算宽度（m）；E——桩的弹性模量（kPa）；I——桩的截面惯性矩（m4）。

2．按m法计算当 h2≤2.5时，抗滑桩属刚性桩当 h2>2.5时，抗滑桩属弹性桩其中：为桩的变形系数，以m-1计，可按下式计算：,,式中： ——水平方向地基系数随深度而变化的比例系数（kN/m4）第三节 抗滑桩的要素设计,当采用抗滑桩整治滑坡时，首先需要解决桩的平面布置与桩的埋入深度问题这是抗滑桩设计的主要参数，它的合理与否，直接关系到抗滑桩效用的成败现将国内以往的做法和考虑的原则分述如下： （一）桩的平面位置及其间距抗滑桩的平面位置和间距，一般应根据滑坡的地层性质、推力大小、滑动面坡度、滑坡厚度、施工条件、桩截面大小以及锚固深度等因素综合考虑决定1．滑体的上部，滑动面陡，拉张裂缝多，不宜设桩；中部滑动面往往较深且下滑力大，亦不宜设桩；下部滑动面较缓，下滑力较小或系抗滑地段，经常是较好的设桩位置实际布置时，还要考虑施工场地，施工荷载影响等因素 2．抗滑桩的间距受许多因素的影响，目前尚无较成熟的计算方法合适的桩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6~10m，一般取4~8m。

综上两条基本原则：抗滑桩一般设置在滑坡前缘抗滑地段通常布置成一排，其走向与滑体的滑动方向相垂直成直线形或曲线形桩与桩的间距决定于滑坡的推力大小、滑体土的密实度和强度、桩的截面大小、桩的长度和锚固深度，以及施工条件等因素初步设置可按在能形成土拱的条件下，两桩间土体与两侧被桩所阻的土体的摩阻力不小于桩所承受的滑坡推力来估计通常在滑坡主轴附近间距小，两侧间距稍大桩一般应在同一轴线上，如地形转折限制，可考虑分段设桩，但每段范围内桩轴心应在同一轴线上对于较潮湿的滑体和较小截面的桩，也可布置成2～3排，按品字形或梅花形交错布置多排桩中每桩所受的滑坡推力，可从滑体的密实程度和潮湿程度以及施工便利方面来考虑选定一般上下排的间距可用桩截面宽度的2～3倍●设桩位置选择 目前，我国抗滑桩的施工多采用人力半机械化施工因此，一般不宜使用特别长（深）的抗滑桩对地质条件简单、滑动面不深的中、小型滑坡，可在滑坡前缘设置一排抗滑桩对于轴向很长的多级滑坡或推力很大的滑坡，宜设二排、三排抗滑桩，分级设置，也可采用上部设抗滑桩，下部设挡土墙方案整治滑坡二）桩的锚固深度,桩埋入滑面以下稳定地层内的适宜锚固深度，与该地层的强度、桩所承受的滑坡推力、桩的相对刚度、桩的截面大小、桩间距以及桩前滑面以上滑体对桩的反力等有关。

确定标准：原则上由桩的锚固深度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，桩基底的最大压应力不得大于地基的容许承载力来决定锚固深度不足，易引起桩效用的失败；但锚固过深则将导致工程量的增加和施工的困难有时可适当缩小桩的间距以减小每根桩所承受的滑坡推力，有时可调整桩的截面以增大桩的相对刚度，从而达到减小锚固深度的目的常用的锚固深度，对于土层或软质岩层约为1/3~2/5桩长，对于完整、较坚硬的岩层可采用1/4桩长三峡规范的建议值为1/3~2/5式中： ——地层岩（土）的重度，（kN/m3）；——地层岩（土）的内摩擦角，（）； c——地层岩（土）的粘聚力（kPa）；h——地面至计算点的深度，（m）1．桩侧支承条件1）土层及严重风化破碎岩层 桩身对地层的侧压应力（kPa）应符合下列条件：,,,一般检算桩身侧压应力最大处，若不符合上式的要求，则调整桩的锚固深度或桩的截面尺寸、间距，直至满足为止。