抗滑樁在滑坡工程中受力變形試驗(yàn)研究

齊典永

摘? 要：抗滑樁是治理滑坡工程中常用的措施，但是對(duì)于抗滑樁在受力過(guò)程中變形分析還不成熟，以現(xiàn)階段研究成果為基礎(chǔ)，用極限地基反力法，彈性地基反力法，復(fù)合地基反力法對(duì)抗滑樁進(jìn)行分析，同時(shí)介紹抗滑樁施工方法。

關(guān)鍵詞：抗滑樁;受力變形;施工方法

中圖分類號(hào)：TU472 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0075-02

Abstract： Anti-slide pile is a common measure in landslide control engineering， but the deformation analysis of anti-slide pile in the stress process is not mature. Based on the present research results， the ultimate foundation reaction method， elastic foundation reaction method and composite foundation reaction method are used to analyze the anti-slide pile. At the same time， the construction method of anti-slide pile is introduced.

Keywords： anti-slide pile; stress deformation; construction method

引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的快速推進(jìn)，我國(guó)山區(qū)的城鎮(zhèn)化水平也越來(lái)越高，原先我們通常采用削坡或者放坡的方式來(lái)使工程正常進(jìn)行，但是這種方法可能會(huì)產(chǎn)生山體滑坡，所以在建設(shè)過(guò)程中的山體滑坡是我們需要解決的首要問(wèn)題，布置抗滑樁是現(xiàn)階段常用的一種方式，阻止山體滑坡效果顯著，經(jīng)濟(jì)適用性強(qiáng)。

1 抗滑樁計(jì)算現(xiàn)狀及問(wèn)題

1.1 樁基分類

在進(jìn)行建設(shè)過(guò)程中，由于抗彎剛度，地基土剛度和樁的入土深度不同，抗滑樁在水平荷載的作用下，抗滑樁可分為彈性樁和剛性樁兩種不同的樁，通常彈性樁是指那些樁的入土深度較大，地基的土質(zhì)良好，樁徑也較小，抗滑樁的剛度和地基相比比較小的樁，此時(shí)抗滑樁在地基中的作用機(jī)理和彈性地基梁類似，當(dāng)水平荷載作用時(shí)，地表的土體向下壓縮，直達(dá)樁達(dá)到屈服，此時(shí)樁發(fā)生彎曲變形，彈性樁的承載力由樁的抗彎曲能力和樁對(duì)側(cè)向土的抵抗力簡(jiǎn)單，如果要計(jì)算中長(zhǎng)樁的陳再龍，則還需要考慮柱底部的支承條件。剛性樁則是指樁的入土深度比較小，樁徑也較大，地基的土質(zhì)較差，抗滑樁的剛度和地基相比比較大的樁，當(dāng)抗滑樁受到水平荷載作用時(shí)，由于樁的剛度較大，不會(huì)發(fā)生彎曲變形，所以繞一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，靠近地表的土在樁旋轉(zhuǎn)壓縮下屈服，所以和彈性樁不同，剛性樁的承載力由樁頂端側(cè)面土的強(qiáng)度決定。

同時(shí)為了方便理解，引入相對(duì)剛度和相對(duì)長(zhǎng)度的，如果水平地基的反力系數(shù)不隨深度的改變而改變，為固定的常數(shù)，此時(shí)相對(duì)剛度系數(shù)1/β為：

式中：Kh-不隨深度變化而變化的水平地基反力系數(shù)（kN/m3）;EI-抗滑剛度（kN/m2）;B-樁的直徑（m）。

如果水平地基的反力系數(shù)是隨著深度增大而增大的且是線性的，此時(shí)相對(duì)剛度系數(shù)T為：

式中：m-隨深度變化的比例系數(shù);b0-樁的直徑。

相對(duì)樁長(zhǎng)Zmax的計(jì)算方法為：

式中：Lt-樁在土中的深度。

1.2 抗滑樁的分析方法

1.2.1 極限地基反力法

通過(guò)對(duì)樁進(jìn)行受力分析，可知對(duì)于剛性的短樁，此方法非常適用，首先假設(shè)在土體中地基反力的分布情況處于極限狀態(tài)，根據(jù)平衡條件和作用在樁上的外力來(lái)求解抗滑樁的橫向抵抗力，由于存在不同的土反力規(guī)律，此法可分為以下幾個(gè)方法：（1）以二次拋物線分布的方法，典型代表有恩格爾（Engel）-物部法;（2）以直線分布的方法，典型代表有布羅姆斯法，岡部法;（3）土反力是任意分布的方法，撓度曲線法是其中較為有代表性的。這里面被較多人使用的就是布羅姆斯法了，對(duì)黏性土和砂質(zhì)土兩種性質(zhì)的土都進(jìn)行了假設(shè)。

關(guān)于黏性土地基，忽視地面下1.5B深度的土的作用，能夠?qū)?wèn)題簡(jiǎn)單化。假設(shè)在1.5B深度以下水平地基反力為常數(shù)，數(shù)值是9CuB，其中Cu為不排水抗剪強(qiáng)度。當(dāng)樁頂是自由的時(shí)，根據(jù)平衡條件獲得：

Hu-9CuB（l-1.5B）+2×9CuBx=0

通過(guò)水平力的平衡條件，對(duì)柱底求矩得

最大彎矩Mmax為

而砂性土地基，一些實(shí)驗(yàn)表明，水平地基反力從表面開(kāi)始向下從0開(kāi)始線性增加，約為朗肯土壓力的三倍，所以從表面往下深度x處的水平地基反力P為

式中：？漬-土之間的內(nèi)摩擦角;？酌-土自身的容重。

以上的方法都是較為簡(jiǎn)單的，但都是預(yù)先假設(shè)的，與樁的水平位移關(guān)聯(lián)性不大，也不探究樁與地基互相作用，因此不適用彈性長(zhǎng)樁和中長(zhǎng)樁。

1.2.2 彈性地基反力法

計(jì)算長(zhǎng)樁時(shí)最適合用彈性地基反力法。通常假設(shè)土體為完全彈性體，計(jì)算樁的水平力可以通過(guò)梁的理論，此時(shí)彎曲微分方程為：

樁側(cè)面土抗力為：

P（x，y）=（a+mxi）yn=k（x）yn

式中：P（x，y）-樁側(cè)面土抗力（單位面積）;x-地面下面的深度;y-水平的位移;B-樁的直徑;a，m，i，n-待定系數(shù)

線彈性地基反力法和非彈性地基反力法差別較大。一個(gè)方法假設(shè)將樁周圍的土壤分離為獨(dú)立的彈簧，樁體的水平位移和樁體的抗土性設(shè)定為近似線性。另外一個(gè)是考慮為非線性關(guān)系，港研法就是其中最具有代表性的方法，運(yùn)用相似法和標(biāo)準(zhǔn)曲線能夠較為輕松地來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

1.2.3 復(fù)合地基反力法

當(dāng)樁的水平位移較小時(shí)，可以假定為線性關(guān)系，用上述方法較為方便，但是在一些海港工程中，則不適用，p-y曲線法進(jìn)行分析是最好的選擇。

該法適用于長(zhǎng)樁，在極限平衡狀態(tài)的區(qū)域使用極限地基反力法，而在彈性區(qū)，未達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，則可使用彈性地基反力法。這種方法是認(rèn)為樁反力的測(cè)量值與變位的關(guān)系曲線和同一時(shí)間內(nèi)土的固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變曲線之間有著某些聯(lián)系。而國(guó)內(nèi)的教授也通過(guò)了大量的試驗(yàn)，運(yùn)用相似的計(jì)算方法提出較為簡(jiǎn)單的構(gòu)造p-y曲線的方法，此法已被收錄。

目前關(guān)于這條曲線的試驗(yàn)方法都有各自的特性：如現(xiàn)場(chǎng)試裝試驗(yàn)法是最為可靠的一種方法了。但是地域局限性和成本的問(wèn)題就很難解決。而成本低的方法與實(shí)際情況出入又比較大。如果兼顧以上兩種，又不能很完美的模擬樁體界面和土體的本構(gòu)模型。

1.2.4 NL法

隨著工業(yè)技術(shù)的日益發(fā)展，水平位移也慢慢增大。非線性的具體情況無(wú)法用線彈性計(jì)算方法來(lái)說(shuō)明，而一些非線性方法確定的公式缺乏實(shí)測(cè)資料。因此通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)而得到了一個(gè)用非線性計(jì)算的方法，就是NL法。

此法均根據(jù)樁的水平荷載試驗(yàn)的資料，累計(jì)有三十九根樁，分布于福建地區(qū)到渤海地區(qū)的大部分沿海區(qū)域。樁型有鋼管樁、預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁及混凝土方樁等，樁徑在 0.2～1.5m 之間，水平荷載作用點(diǎn)距離地面高度從 0.1～31.2m。

所以，該方法所運(yùn)用的都是有理有據(jù)的資料，利用相似原理，將樁的受力特性與非線性有限元的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行關(guān)聯(lián)，再利用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行推導(dǎo)，可實(shí)際得到工程樁的各種數(shù)據(jù)。

2 施工方法

在我們進(jìn)行操作的時(shí)候，一定要注意以下幾點(diǎn)，從這幾點(diǎn)入手，能讓我們操作更為簡(jiǎn)便。（1）成孔：關(guān)于成孔，就是在正式開(kāi)孔之前，要明確樁位具體的位置，并且在樁外一定要事先安排一個(gè)龍門樁。同時(shí)對(duì)樁身尺寸，護(hù)壁厚度等一定要進(jìn)行研究，對(duì)于樁開(kāi)口一定要找到一個(gè)合適的地方，通過(guò)人工操作，借助工具的力量，將內(nèi)部多余的土方快速清理。在進(jìn)行孔護(hù)壁的開(kāi)挖過(guò)程中，與鋼筋籠混凝土井圈相結(jié)合，每挖一厘米都要對(duì)周圍進(jìn)行整理，并將有效的模板安裝上去，在這項(xiàng)工作中，尤其需要注意的是，第一次裝模時(shí)，必須要明確樁的中心點(diǎn)，通過(guò)與龍門樁相比對(duì)，能夠更好的摘到中心點(diǎn)，并且對(duì)于模板區(qū)域要進(jìn)行不斷調(diào)節(jié)，一定要確保模板的正確安裝，之后每隔三節(jié)井圈務(wù)必要再一次進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣的話，對(duì)連接現(xiàn)場(chǎng)多節(jié)護(hù)壁工作能夠起到有效幫助，易于構(gòu)建一個(gè)有效的整體。另外一件重要的事就是在對(duì)山巖進(jìn)行爆破工作時(shí)，一定要對(duì)用量進(jìn)行科學(xué)管控，并且嚴(yán)格按照中心起爆，周邊錯(cuò)開(kāi)起爆的原則進(jìn)行操作。這樣的話能有效控制孔內(nèi)的共振力，從而提高整個(gè)工程建設(shè)的安全性。保證嵌巖深度符合預(yù)期要求，能夠有效提高施工人員的效率，施工人員可以直接驗(yàn)收對(duì)中孔。（2）設(shè)計(jì)鋼筋籠時(shí)，抗滑樁是用來(lái)承擔(dān)滑推力，截面形狀是很難在其內(nèi)部進(jìn)行鋼筋籠定位和旋轉(zhuǎn)的方形。所以施工單位最好進(jìn)行焊接的方式，這樣可以有效地穩(wěn)固受力主筋和長(zhǎng)箍筋，選擇綁扎其他的內(nèi)容也是十分必要的。（3）澆筑樁芯混凝土就是工藝流程的最后一步了。在施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于攪拌機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)拌和的混凝土，實(shí)施串筒下料。在完成此項(xiàng)工作的時(shí)候，一定要保證串筒末端與混凝土表面的距離低于2m，同時(shí)，使用插入式搗振器進(jìn)行工作也不失為一個(gè)好辦法。

3 結(jié)論

根據(jù)上文可以發(fā)現(xiàn)，在加入抗滑樁在邊坡防護(hù)中具有重要作用，而且經(jīng)濟(jì)適用，確保山區(qū)建設(shè)安全進(jìn)行。

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