抗滑樁支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

成大業(yè)

【摘 要】以府谷煤炭鐵路專用線一古滑坡體的防治為依托，通過對(duì)抗滑樁的內(nèi)力計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的論述和檢算，明確了抗滑樁支檔工程的設(shè)計(jì)步驟及原理。

【關(guān)鍵詞】抗滑樁；滑坡推力；內(nèi)力計(jì)算；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.工程概況

1.1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

在建府谷煤炭鐵路專用線DK24+590至DK24+655段，線路以挖方形式穿越古滑坡體。工區(qū)地貌為黃土丘陵區(qū)的山前緩坡地帶，地形起伏較大，呈南高北低之勢(shì)，高程1010～1060m，相對(duì)高差50m，東西寬約70米，南北長(zhǎng)約80m，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探及施工開挖揭示情況判斷，滑面坡度約為20度，滑體厚2.0～8.0m?；w上部為砂質(zhì)黃土，下部為砂巖、泥巖；滑床為風(fēng)化較嚴(yán)重的砂巖、泥巖，可當(dāng)密實(shí)土層考慮?？睖y(cè)期間勘探范圍內(nèi)未見地下水。土壤最大凍結(jié)深度1.50m；地震動(dòng)峰值加速度0.05g。

1.2古滑坡復(fù)活誘因

該段路塹在開挖完成后的1個(gè)多月時(shí)間內(nèi)雖有臨空面形成，但并未出現(xiàn)滑動(dòng)現(xiàn)象，坡體處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)。2012年7月21日府谷地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水，在發(fā)生強(qiáng)降水之后的一個(gè)月后，路塹左側(cè)邊坡發(fā)生局部滑動(dòng)，向路塹挖方內(nèi)側(cè)剪出坍塌，短時(shí)間內(nèi)的高強(qiáng)度降水，使得大量雨水滲入滑體及滑帶，增大滑坡體容重的同時(shí)，降低了滑帶抗剪強(qiáng)度，進(jìn)而誘發(fā)古滑坡復(fù)活。

1.3滑坡推力

該滑坡滑體厚度較大且局部有滑塌堆積物，自后緣起10m一級(jí)刷坡，坡率1：1.50，以便修整坡面減小滑坡推力。推力計(jì)算參數(shù)取值，滑帶土綜合內(nèi)摩擦角?=19°，滑體取飽和重度rsat=22kN/m3，k=1.20，c=1.0KPa，抗滑樁附近滑體厚度6.0m，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算求得該處滑坡推力E=470.40KN/m3。

2.抗滑樁內(nèi)力計(jì)算

滑床處的地基土為強(qiáng)風(fēng)化的砂巖及泥巖，取滑面處的地基系數(shù)A=78543KN/m3，滑床土的地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)采用m=39227KN/m4，樁位附近滑體厚度6.0m，擬抗滑樁采用C30混凝土，其彈性模量Eh=30Gpa，樁斷面為2m×3m。相對(duì)剛度系數(shù)EI=0.85EhI=11.475×107KN·m2，樁間距4.0m，樁的計(jì)算寬度Bp=b+1=3m，樁的埋深h=7.0m，見（圖1.1）所示。

圖1.1

采用地基系數(shù)隨深度成比例增加（m法）求解。

2.1樁的剛度

樁的變形系數(shù)α==0.252（m），樁的換算深度α·h=0.252×7.0=1.764<2.5，屬剛性樁。

2.2荷載計(jì)算

假定荷載矩形分布，每根樁所受的水平推力T=470.4×4=1881.6（KN），則q=T/6=313.6（KN/m），滑面處剪力Q0=470.4×3=1411.2（KN），彎矩M0=1881.6×3=5644.8（KN·m）。

2.3滑面至旋轉(zhuǎn)中心的距離

錨固段地基系數(shù)隨深度成比例增加，樁底為自由端時(shí)，如（圖2.1）所示。抗滑樁在外荷作用下，繞樁軸某點(diǎn)O1發(fā)生平面轉(zhuǎn)動(dòng)后樁處于靜力平衡狀態(tài)，假定其轉(zhuǎn)角為?，滑面至旋轉(zhuǎn)中心的距離為y0，為求解錨固段樁體的內(nèi)力，必須先求出y0和?的值。

圖2.1

y=

?=

式中C0=m0·h（m0為滑面處對(duì)應(yīng)m的豎直地基系數(shù)變化的比例系數(shù)）為深度h處的豎向地基系數(shù)，W=ba2/6為樁底面抵抗矩，h=7m為裝埋深，a=3m為樁底沿Q0作用方向的長(zhǎng)度，b=2m為樁的寬度。

2.4抗滑樁錨固段內(nèi)力

滑動(dòng)面以下深度y處樁截面的剪力和彎矩，可取y處上部為分離體，由∑x=0及∑M=0求出：

Qy=Q0-Bmφy2（3y0-2y） My=M0+Q0y-Bmφy3（2y0-y）

由此可繪制出錨固段樁身各點(diǎn)的剪力和彎矩，見（圖2.2）所示，當(dāng)樁底偏心距離e>a/6時(shí)，樁底應(yīng)力重分布，此時(shí)需要按應(yīng)力重分布條件導(dǎo)出樁軸線的轉(zhuǎn)角?、轉(zhuǎn)動(dòng)中心距滑面處的距離y0以及應(yīng)力重分布的寬度，然后再計(jì)算任一截面處的彎矩和剪力。

2.5抗滑樁受荷段內(nèi)力

當(dāng)樁前滑體能夠自身穩(wěn)定，并且有一定的穩(wěn)定強(qiáng)度時(shí)，在樁受力后，樁前滑體能夠提供一定的支撐反力以穩(wěn)定滑體。這部分力的大小、分布規(guī)律及對(duì)樁的作用很復(fù)雜，目前多按剩余下滑力考慮，其分布規(guī)律可采用與滑坡推力相同的分布圖形如三角形、矩形、梯形。本工點(diǎn)樁前滑面以上無覆蓋地層，故不存在這種反力，受荷段屬于完全懸臂狀態(tài)，樁的受荷段只承受滑坡推力，其內(nèi)力計(jì)算公式為：

Qy=T1y+ My=0.5T1y2+

式中，Qy為懸臂段任意計(jì)算點(diǎn)的剪力（KN）；My為懸臂段任意計(jì)算點(diǎn)的彎矩（KN·m）；y為樁頂至任意計(jì)算點(diǎn)的距離（m）；本工點(diǎn)假定滑坡推力為矩形分布，式中T1=T2=313.6（KN/m）；H1=6.0（m）為受荷段高度，帶入以上二式即可求得懸臂段樁身內(nèi)力，見（圖2.2）所示，最終求得最大彎矩=6208.069（KN·m），距離樁頂 8.074（m），最大剪力1989.725（KN），距樁頂10.926（m）。

圖2.2

3.抗滑樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

抗滑樁受到滑坡推力和錨固地層抗力作用，在荷載作用下產(chǎn)生彎曲（轉(zhuǎn)動(dòng)），為了防止樁體由于荷載作用產(chǎn)生過大變形與破壞，樁身需要配置縱向受力鋼筋以抵抗彎矩，配置箍筋以抵抗剪力。樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，按受彎構(gòu)建考慮。無特殊要求是抗滑樁一般不做變形、抗裂、撓度等項(xiàng)計(jì)算?？够瑯恫捎肅30混凝土，縱向受力鋼筋選用HRB400級(jí)，箍筋選用HRB335級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算如下：

3.1根據(jù)設(shè)計(jì)彎矩計(jì)算縱向受力鋼筋

抗滑樁總長(zhǎng)13.0m，取最大彎矩處為控制截面，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0，則控制截面處的設(shè)計(jì)彎矩為6209（KN·m）。按混凝土結(jié)構(gòu)正截面受彎承載力計(jì)算模式，計(jì)算受力鋼筋，計(jì)算按單筋矩形截面考慮，保護(hù)層厚度取100mm，若為單排布筋，則樁截面有效高度h0=2900mm。

計(jì)算控制截面受力鋼筋截面積?；炷潦軌簠^(qū)高度x，截面受力鋼筋截面積As。

x= A=

式中混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=14.3（N/mm2），α1=1.0，帶入后分子取二者之差求得x=76mm；fy=360（N/mm2），為鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，其余數(shù)值如前所屬帶入后求得As=6026（mm2）。選用8根?32實(shí)有As=6431（mm2），滿足要求，則受拉側(cè)鋼筋布置間距為225（mm）。

3.2根據(jù)設(shè)計(jì)剪力配箍筋

樁身剪力極值位于地面下10.926m處，等于1989.725（KN），同樣結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0，取1989.725（KN）為設(shè)計(jì)剪力。樁身受剪承載力的計(jì)算，采用鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力相關(guān)計(jì)算公式，均布荷載下矩形截面梁，當(dāng)僅配箍筋時(shí)，斜截面承載力按下式計(jì)算：

Vu=0.7ftbh0+1.25fyvh0

式中Vu為受剪承載力設(shè)計(jì)值（KN）；ft=1.43為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；fyv為箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（Kpa）；Asv為配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面積（mm2），Asv1為單肢箍筋的截面積（mm2）；s為沿樁身箍筋間距（mm）。

先對(duì)是否需要配箍筋抵抗剪力進(jìn)行驗(yàn)算：0.7ftbh0=5806（KN）>1989.725（KN）即剪力設(shè)計(jì)值小于混凝土抗剪承載力，故按構(gòu)造要求配筋即可。當(dāng)剪力設(shè)計(jì)值大于混凝土的抗剪承載力時(shí)，需要進(jìn)行箍筋設(shè)計(jì)，由上式導(dǎo)出Asv/s后，即可進(jìn)行箍筋驗(yàn)算，直至滿足要求。

3.3截面配筋圖

上述計(jì)算出的縱向受力鋼筋布置于截面受拉側(cè)，即近山側(cè)。受壓側(cè)或遠(yuǎn)山側(cè)布置構(gòu)造鋼筋以形成鋼筋骨架，此處選8跟HRB400級(jí)?26，間距225（mm）。另外，各選7根HPB300級(jí)?26布置于抗滑樁兩側(cè)邊間距300mm。箍筋布置滿足構(gòu)造配筋要求，采用間距300mm，HRB335級(jí)?16鋼筋。綜上所述可繪出抗滑樁的截面配筋圖。

4.結(jié)束語

本文通過工程實(shí)例，從原理上講述了抗滑樁設(shè)計(jì)的條件和步驟，對(duì)于軟弱地層的大型滑坡體采用抗滑樁支檔是必要的。本文所采用的檢算方法可為類似抗滑樁的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供參考和依據(jù)。

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