涵洞滑坡治理中抗滑樁的設(shè)計(jì)與計(jì)算

艾闖 馬永超

摘要：抗滑樁是防治工程滑坡的一種工程建筑物，這種樁具有施工方便、效果突出的特點(diǎn)，是我國(guó)工程建設(shè)中常用的滑坡防治措施，近些年來(lái)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展，本文結(jié)合現(xiàn)有工程實(shí)例和相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)抗滑樁進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，為其他類似的抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵字：滑坡，抗滑樁，設(shè)計(jì)，計(jì)算。

中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一前言

滑坡是坡體沿其內(nèi)部軟弱面或者軟弱帶做緩慢、間歇和整體滑動(dòng)的不良地質(zhì)現(xiàn)象，是山區(qū)工程建設(shè)中存在的較常見(jiàn)的自然災(zāi)害之一，嚴(yán)重的滑坡可以掩埋村莊、堵塞交通，會(huì)給人們帶來(lái)巨大的損失和生命安全隱患，所以對(duì)滑坡災(zāi)害的防治就顯得極其重要，在現(xiàn)實(shí)工程中主要是通過(guò)加固處理的方法來(lái)改變巖土體的力學(xué)性能來(lái)防治滑坡的，主要采取的方法有固結(jié)灌漿法、修筑擋土墻法、預(yù)應(yīng)力錨桿法和鋼筋混凝土抗滑樁法。

二抗滑樁的介紹

樁是深入巖層或者土層的柱形構(gòu)件，滑坡處治工程中的抗滑樁是通過(guò)樁身將上部承受的坡體推力傳給樁下部的側(cè)向土體或巖體，依靠樁下部的側(cè)向阻力來(lái)承擔(dān)邊坡的下推力，而使邊坡保持平衡或穩(wěn)定。抗滑樁與一般樁基類似，但主要是承擔(dān)水平荷載?？够瑯兑彩沁吰绿幹喂こ讨谐Ｒ?jiàn)常用的處治方案之一，從早期的木樁，到近代的鋼樁和目前在邊坡工程中常用的鋼筋混凝土樁，斷面型式有圓形和矩形，施工方法有打入、機(jī)械成孔和人工成孔等方法，結(jié)構(gòu)型式有單樁、排樁、群樁，有錨樁和預(yù)應(yīng)力錨索樁等。

抗滑樁的工作原理是通過(guò)樁與周圍巖土的共同作用，把滑坡的滑動(dòng)推力傳遞至下部穩(wěn)定的土層，利用穩(wěn)定土層的被動(dòng)抗力和錨固力來(lái)削減平衡滑動(dòng)體的滑動(dòng)力，與其他防治措施如擋土墻、減載和排水相比，具有效果突出和施工方便等特點(diǎn)，因此得到了人們的重視并在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展起來(lái)。下面結(jié)合一個(gè)工程實(shí)例對(duì)抗滑樁的設(shè)計(jì)和計(jì)算做詳細(xì)的介紹。

三涵洞滑坡采用鋼筋混凝土抗滑樁防治的工程實(shí)例

3.1工程概況

有一4*3.0m暗拱涵，上面為填土路基，填土高度為5m至9.4m不等，涵洞長(zhǎng)度為55.9m，縱坡為10%，該涵洞施工過(guò)程中出現(xiàn)滑動(dòng)，決定采取鋼筋混凝土抗滑樁進(jìn)行加固處理。

3.2抗滑樁的設(shè)計(jì)

抗滑樁的立面和平面布置如下圖所示：

根據(jù)鉆孔資料和實(shí)際勘察分析，滑動(dòng)面為土石交界面處，滑體主要以粘土為主，經(jīng)研究分析?。害?=19 kN/m3，φ1=9°，為了偏安全計(jì)算，取內(nèi)摩擦角C1=0 kPa；同樣滑床主要以強(qiáng)風(fēng)化泥巖為主，?。害?=21 kN/m3，φ2=45°，C2=0 kPa，根據(jù)巖性及地層情況，由《公路橋涵地基礎(chǔ)與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》表P.0.2-1可知：滑面以上地基系數(shù)的比例系數(shù)m1= 10000 KN/m4，樁后土層厚度取為a2=30米，樁前土層厚度取a1=12米。由表P.0.2-2可知：滑面以下地基系數(shù)的比例系數(shù)m2=30000 KN/m4。

抗滑樁采用C30鋼筋混凝土，樁長(zhǎng)18m，其中受荷段12m，錨固段6m，樁間距為3.5m，樁斷面為直徑為d=1.8m的圓形，其彈性模量Ec =30x106 kPa，根據(jù)《抗滑樁設(shè)計(jì)與計(jì)算》公式2-6和2-10可知此樁的換算深度小于為2.07m小于2.5m，應(yīng)按剛性樁進(jìn)行計(jì)算。

3.3外力計(jì)算

滑坡推力按不平衡推力傳遞系數(shù)法計(jì)算。由于滑體中有鋼筋混凝土的涵洞，經(jīng)過(guò)計(jì)算涵洞的自重小于與其體積相同的滑體的自重，在此為了安全考慮，將整個(gè)涵洞直接用滑面以上的土體代替。故可將樁后滑體分為三個(gè)土條，如圖所示：

由《抗滑樁設(shè)計(jì)與計(jì)算》公式2-1可計(jì)算出三個(gè)土條的滑坡推力如下表1所示，由此計(jì)算結(jié)果可知：滑坡推力為En=730 kN/m ；不考慮樁前土的抗滑作用，可知每根樁所受的水平推力T=730×3.5=2555 kN。

滑坡體推力 表1

3.4 受荷段樁身內(nèi)力計(jì)算

滑坡推力按三角形分布，如下圖：

其中

四、受荷段樁身內(nèi)力計(jì)算：

由以上受力圖示可以計(jì)算：

1、剪力

2、彎矩

各截面計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表2：

受荷段樁身內(nèi)力表 表2

由表2可知：滑面處的剪力QA=2555kN，滑面處彎矩MA=10220 kN·m。

3.4錨固段樁側(cè)應(yīng)力和樁身內(nèi)力計(jì)算

由《抗滑樁設(shè)計(jì)與計(jì)算》公式3-4、3-7和3-9可以確定錨固段抗滑樁的轉(zhuǎn)動(dòng)中心距滑面的距離為4.129m，轉(zhuǎn)角為0.001948 rad。

滑動(dòng)面以下深度y處樁截面的位移xy 、剪力Qy、彎矩My以及側(cè)應(yīng)力σy，由內(nèi)力平衡方程求得如下表3所示：

錨固段樁身內(nèi)力及側(cè)應(yīng)力表 表3

綜合表2及表3可以樁的內(nèi)力及側(cè)應(yīng)力簡(jiǎn)圖如下：

σ（樁側(cè)應(yīng)力）圖（kpa）Q（剪力）圖（KN）

M（彎矩）圖（）

3.5抗滑樁樁側(cè)地基應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)《抗滑樁設(shè)計(jì)與計(jì)算》公式2-7可知樁身對(duì)地層的側(cè)壁壓應(yīng)力需滿足：

由表3可知最大側(cè)應(yīng)力出現(xiàn)在錨固段的兩端分別為錨固段以下0.255m和6m處，經(jīng)計(jì)

算這兩處的容許地基壓應(yīng)力分別為1317.2kpa和1934.6kpa，分別大于877.3kpa和1645.5kpa，均滿足要求。

3.5抗滑樁配筋設(shè)計(jì)

縱向受力筋應(yīng)根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄E中對(duì)圓形混凝土構(gòu)件的抗彎設(shè)計(jì)和表3中的最大彎矩11705.69 經(jīng)計(jì)算確定，計(jì)算所需鋼筋的截面面積為，現(xiàn)在可選用78根HRB335、直徑為32的鋼筋，鋼筋截面面積為，滿足要求。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.3.1和6.3.15經(jīng)計(jì)算知抗滑樁截面尺寸滿足規(guī)范要求。

箍筋根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.3.4-2進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)計(jì)算知受荷段箍筋采用HRB335直徑20mm,間距取150mm；錨固段箍筋可采用HRB335直徑為20mm間距取100mm。

四結(jié)束語(yǔ)

在工程實(shí)際中尤其是在山區(qū)公路建設(shè)中，滑坡是一種較常見(jiàn)的工程災(zāi)害，抗滑樁是一種較常用的滑坡治理措施，本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)抗滑樁的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了分析，希望能對(duì)其他類似工程的抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算提供一些參考依據(jù)。

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