滑坡抗滑桩设计计算.docx
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滑坡抗滑桩设计计算.docx
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滑坡抗滑桩设计计算
滑坡抗滑桩设计计算
抗滑桩设计
一:
设计题目
K15+620~K15+880滑坡处治设计。
某高速公路
二:
设计资料
1:
概述
某高速公路K15+620~K15+880位于崩坡积块石土斜坡前缘,原设计为路堑墙支挡块石土,泥岩已护面墙防护。
开挖揭露地质情况与设计差异较大,在坡题前缘全断面开挖临空后,受预计暴雨作用块石土形成牵引式滑坡。
滑坡发生后,对该滑坡进行施工图勘测,并结合工程地质勘测报告,对该滑坡提出处置的方案。
K15+620~K15+880滑坡采用“清方+支档+截排水”综合处理,滑坡处治平面布置图见附图1,要求对抗滑桩进行设计。
2:
工程地质条件
该高速公路K15+620~K15+880滑坡区位于条状低山斜坡中上部,沿该段公路左侧展布,前缘高程304m左右,后缘高程355m左右,地形坡角约30度。
104m2,滑体纵向长约105米,宽200~300米,滑体厚度8~20米,面积接近1.5×体积约15×104m3。
主滑动方向202?
,属于大型牵引式块石土滑坡。
通过地质测绘及钻探揭露,滑体物质主要由崩坡积块石土(Q4c+dl)组成。
块石土呈紫红、灰褐等色,稍湿,湿,松散,稍密,成份主要为砂岩、少量粉砂质泥岩,多为中等风化,棱角状,粒径20cm,50cm,约占60%,次为小块石,约占10%,其间由紫红色低液限粘土充填。
在滑体后部相对较薄,厚,,,m;在滑体中部、前端分布较厚,厚9,24m。
滑动带(面)多为块石土与基岩的接触带,滑带厚0.2,0.6m左右,滑带土中小块石含量较低(<5,),低液限粘土湿、
可塑,软塑,有搓揉现象,见镜面、擦痕等。
滑床物质主要为侏罗系沙溪庙组泥岩、砂岩。
泥岩多为紫红色,主要由粘土矿物组成,砂质含量不均,局部富集,泥质结构、厚层状构造;砂岩多为灰白色,主要由长石、石英、云母等矿物组成,泥、钙质胶结,细粒结构,厚层状构造。
岩层产状265º,290º?
15º,28º,基岩顶面的产状近似于岩层产状。
岩体内见节理、裂隙发育,裂隙产状273º?
72º、210º?
65º。
该滑坡的变形迹象明显,包括拉张裂缝、滑塌、地裂缝等。
拉张裂缝主要沿后缘基岩陡壁的壁脚分布,分布高程一般在340,350m左右,缝宽一般10,20cm,长度一般6,15m,一般无下错,可见深度30cm,延伸方向100º左右。
随着滑坡变形发展,该滑坡可分为I、II级。
I级滑坡主要位于路线左侧的第一级块石堆积坡体,为滑坡的主要推力来源。
该段滑体深厚,下滑变形强烈,裂缝密集,前缘溜塌、鼓出明显。
II级滑坡位于整个滑坡的右后缘块石堆积坡体上,滑体厚度较小,变形不强烈,主要受一级牵引所致。
3(平面图及主要计算断面:
见附图。
(由教师提供电子版的图,所需尺寸直接由图上量取)
4(主要计算参数与数据
根据地勘单位提供的室内试验值、推荐值,结合实测断面反算参数,确定计算参数及数据如下:
设计采用滑面参数C=20kPaФ=10o。
γ=22.5kN/m3
滑坡稳定安全系数K=1.20
设计计算书一、下滑力计算
3,,22.5kN/mC=20KPa,滑坡安全系数k=1.20,,10:
计算每延米滑块数据,所需数据由图上按比例尺量出。
滑坡后缘
高程
2W(kN)l(m),(:
)A(m)iiii
14.73331.412.571第一块
270.56086.2532.328第二块
185.44171.820.342第三块
215.94857.7514.453第四块
187.254213.0515.253第五块
87.671972.620.76第六块
W(kN),(:
)C(kPa)l(m),(:
)Wcos,Wcos,tan,(kN)Wsin,Wsin,(kN)(kN)K(kN)tan,:
Cl块号iiiiiiiiiiiiiiii
(1)
(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)1331.4712012.5250100.176107.919.0313.3437626086.25282032.3646100.1765373.8945.82857.33428.834171.8422020.3406100.1763100.3545.72791.483349.844857.7532014.45289100.1764851.1853.8254.2305.0454213.0532015.25305100.1764207.3740.5220.5264.661972.662020.7414100.1761961.8345.3206.2247.43
**,,,,E(kN)E(kN),,cos(12),sin(12),tan,(kN),E块号E(kN)i,1iii,1iiiiii,1
(12)(13)(14)=(13)*(15)(15)=10+14-9-5(16)=13*17(17)=11+16-9-51——————44.34——1072430.61127.11292.665.41902.43-1411292.63132.41902.44300.54390.6662086.21197.62864.12026.4
5——————-825——-780.9
6-31——-553.1——-511.9
由于抗滑桩设置在第四块末端,上图红线所示3-3处,结合上表计算克制,
作用在桩上单位宽度的滑坡推力荷载即为E,2026.4kN/m桩前剩余抗滑力取4E,E,E,1292.8KN/mR56
二、抗滑桩的设计与计算
1、与桩有关的相关系数
选定抗滑桩的桩间距为L=6m,桩截面采用截面尺寸为2*3m的矩形截面,桩
32长为16m,采用C20混凝土,其弹性模量,抗滑桩处滑面E,26.5,10kN/mh以上土厚h,8m,滑面以下土厚h,8m。
滑床和滑体的C=20KPa,,,10:
12
3,,22.5kN/m。
2、作用在抗滑桩上的力
(1)荷载计算
作用在桩前的荷载(单位宽度上)
2,K,tan(45,),1.42p2
被动土压力为
112222E,,hK,2chK,,22.5,10,1.42,2,20,101.42,5891.55kN/mppp1122
E,1292.8kN/m因此,被动土压力>桩前抗力,故桩前土的抗力1292.8kN/mERp
作用在单桩上的荷载
抗滑桩间距L=6m,设作用在桩上的水平推力及剩余抗滑力均按矩形分布,
则有
TEL2026.4,6HHq,,,,1519.8kN/m水平推力分布荷载Hhh811
TEL1292.8,6RRq,,,,969.6kN/m剩余抗滑力分布荷载Rhh811
q,q,q,1519.8,969.6,550.2kN/m故最终作用在单桩上的分布荷载HR在滑面处,有
1122M,qh,,550.2,8,17606.4kN/mA122
Q,qh,550.2,8,4401.6kN/mA1
3滑体的地基系数(用m法)
3根据以上两个表确定画面处的地基系数K=A=64100kN/;锚固段土的地m
4基系数随着深度变化的系数才用m=33800kN/m
4判断桩的刚度性质
B,b,1抗滑桩是面积为2*3的矩形桩,则=2+1=3mP
4已知m=33800kN/m
1636EI,0.8EI,0.8,26.5,10,,2,3,95.4,10kN/mh12
mB33800,3,1P55,,,,0.25m6EI95.4,10
,可按刚性桩计算。
其计算深度,h,0.25,8,2,2.52
5、锚固段的内力计算
3根据查表确定滑面处的弹性抗力系数K=A=64100kN/m
y及,,计算0
h,,2A(2Qh,3M),mh(3Qh,4M)A2AA2Ay,0,,23A(Qh,2M),mh(2Qh,3M)A2AA2A
8,2,64100,(2,4401.6,8,3,17606.4),33800,8,(3,4401.6,8,4,17606.4),,,,,2,3,64100,(2,4401.6,8,2,17606.4),33800,8,(2,4401.6,8,3,17606.4)
=4.73m
12,,3A(Qh,2M),mh(2Qh,3M)A2AA2A,,322,,Bh6A(A,mh),mhP222
12,3,64100,(4401.6,8,2,17606.4),33800,8,(2,4401.6,8,3,17606.4),,,322,,3,86,64100,(64100,33800,8),33800,8
=0.0018rad
计算,、Q、Myyy
,(y,y)(A,my),,(4.73,y)(64100,33800y),0.0018y0
2,545.7,172.4y,60.8y
112Q,Q,BA,y(2y,y),Bm,y(3y,2y)yAP0P026
11,4401.6,,3,64100,0.0018y,(2,4.73,y),,3,33800,26
20.0018y,(3,4.73,2y)
23,4401.6,1637.2y,258.6y,60.8y
1123M,M,Qy,BA,y(3y,y),Bm,y(2y,y)yAAP0P0612
12,17606.4,4401.6y,,3,64100,0.0018y,(3,4.73,y),613,3,33800,0.0018y,(2,4.73,y)12
234,17606.4,4401.6y,818.6y,86.2y,15.2y
y(m)QM侧应力
0545.74401.617606.4
1657.32566.621118.42647.3579.222688.8
3515.7-1195.822347.64262.5-2393.620489.6
5-112.3-2649.417874.4
6-608.7-1598.415626.4
7-1226.71124.215234.88-1966.300
最大值-1966.34401.622776.27
80最大值位置2.304
6、受荷段的内力计算
hE,抗滑桩受荷段=8m,滑坡推力为2026.4kN/m剩余抗滑力取2H
E,Q,(q,q)y,550.2y1292.8KN/m,桩间距L=6m。
剪力RHR
y2弯矩M,Q,,275.1y2
受荷段桩身内力表
y(m)012345678
Q(kN)0550.21100.41650.62200.827513301.23851.44410.6
M(kN/m)0550.21100.42475.94401.66877.59903.613479.917606.4
桩侧压应力曲线图
桩身剪力图
7、校核地基强度
因为锚固层为风化破碎岩层,则桩的横向压应力应小于或等于地基的横向容许承
载力。
地基y点的横向容许承载力按下式计算:
44,,[,(y,h)tan,,c],,[22.5,(y,8),0.176,20]max1cos0.985,
三、桩侧应力复核
2,桩身对地层的侧壁压应力(t/m)应符合下列条件max
44,[(y,h)tan,c],,[22.5,(y,8),0.176,20],,,max1cos0.985,
16.25y,211.21(kPa)
假设下滑力不发生改变,将内摩擦角改为,,,35:
44,,[,(y,h)tan,,c],,[22.5,(y,8),0.7,20]max1cos0.819,
110y,713.1(kPa)
由以上两式可以列表如下
装埋深(m)侧应力(kPa)容许侧应力[]]容许侧应力[,,,
,10:
,35:
0545.7211.21713.1
1657.3227.46823.12243.71933.1647.3
3515.7259.961043.14276.211153.1262.5
5-112.3292.461263.1
6-608.7308.711373.1
7-1226.7324.961483.1
8-1966.3341.211593.1
则当,,10:
时,桩侧压应力不合格,,,35:
时合格,但当增大内摩擦角时,下滑力需重新计算。
为避免麻烦,暂不进行计算。
以,,10:
且侧压力合格考虑进行下一步设计。
四、抗滑桩结构设计
1、基本指标
R,14MPa混凝土为C20:
弯曲抗压强度设计值,轴心抗压设计强度w
22,轴心抗拉f,9.6N/mmf,1.1N/mmct
2受力钢筋采用Q335:
f,300N/mmy
2箍筋为Q235:
f,210N/mmy
3、确定按混凝土构建考虑的范围
因桩身弯矩变化大,且上端弯矩较小,故这部分可按混凝土构件考虑。
由
TJ10-74“规范”第34条混凝土桩截面所能承受的弯矩为:
22Rba13,200,300LM,,,25229111kg,cm,2522.91kN,m3.5K3.5,2.65
1122锚固段全长大于此值,自由段,M,qy,,550.2,y,2522.9122y=3.03m。
按混凝土构件考虑,不必配置钢筋。
4、根据设计弯矩计算纵向受力钢筋
,1.0结构重要性系数,最大设计弯矩为M,22776.27kN/m,混凝土0MAX
ha,0.1m保护层厚度取80mm,,则桩截面有效高度=3-0.1=2.9m。
取I-I截面0s
为承受最大设计弯矩截面,取II-II截面处的弯矩为9903.6kNm,
(1)计算纵向受拉钢筋面积
计算I-I处最大受弯截面受力钢筋截面积
有
6M22776.27,10,,,,0.141s22afh1.0,9.6,2000,2900c10
有
,1,1,2,,0.153s
有
fbh,,1.0,0.153,9.6,2000,290021b0A,bh,,,28397mm,S0f300y
22钢筋采用截面面积为1017.9的36钢筋,选30根,实有,mmA,30537mmS满足要求。
可三根一束一排布置于受拉侧。
计算II-II截面受力钢筋截面积
6M9903.6,10,,,,0.061s22afh1.0,9.6,2000,2900c10
有
,1,1,2,,0.063s
有
,fbh1.0,0.063,9.6,2000,2900210bA,bh,,,11692.8mm,0Sf300y
2可选10根36+10根14,实有,满足要求。
采用一根36和一,,,A,11718mmS
根14两根一束,共十束布置于桩受拉侧。
(2)截面复核
,0.55查表得b
,0.153,,,0.550(非超筋梁)b
ft,,max(0.2%,0.45,100%),max(0.2%,0.165%),0.2%minfy
由公式得
Ah28397S,,,,0.5%,,,0.2%(非少筋梁)minbhh2000,290000
注:
在做材料图时,钢筋截断点应伸至不需要该钢筋的截面以外的长度
ll,l,5d,35d,5d,30d,36:
l,(其中960mm,14:
=420mm),mmdm
3、根据设计剪力配箍筋
桩间剪力极值位于滑面处的4401.6kN和地面下14m处的2649.4kN,结构重
要性系数取1.0,设计剪力先按4401.6kN考虑。
先对是否需要配箍筋抵抗剪力进行验算
0.7fbh=0.7,1.10,2000,2900,4466kNt0
从计算结果可知,设计剪力不大于混凝土提供的抗剪能力,则不需要配箍筋。
该段箍筋可按构造要求取。
按GB50010中10.2.9-10.2.11要求,箍筋的间距取
400mm,则箍筋可取210@400,
五、抗滑桩施工要求及注意事项
抗滑桩施工不当会引起滑坡体的活动加剧或局部复活,因此:
为确保施工安全,达到预期治理效果,应特别注意规范抗滑桩施工操作及相关安全要求。
抗滑桩施工包含施工准备、装空开挖、地下水处理、护壁、钢筋笼制作与安装、混凝土灌注、混凝土养护等工序。
要严格按设计图施工。
施工开挖过程中注意对原有勘查资料的校核,及时进行地质编录,以利于反馈设计。
(1)施工准备
按工程要求进行备料,选用材料的型号,规格符合设计要求,有产品合格证和质检单。
钢筋应专门建库堆放,避免污染和锈蚀。
使用普通硅酸盐水泥。
沙石料的杂质和有机制的含量应符合《混凝土结构工程施工及验收规范》的有关规定。
(2)桩孔开挖
当采用人工挖孔桩时要遵守下列原则进行:
A、开挖前应平整孔口,并做好施工区的地表截、排水及防渗工作。
雨季施工时,孔口应加筑适当高度的围堰。
B、采用间隔方式开挖,每次间隔1~2孔
C、按由浅至深、有两侧向中间的开挖顺序
D、每开挖一段应及时进行岩性编录,仔细核对滑面(带)情况,综合分析研究,如果实际位置与设计有较大出处时,应将发现的异常及时向建设单位和设计人员报告,及时变更设计。
实挖桩底高程应会同设计、勘察等单位现场确定。
E、松散层段原则上以人工开挖为主,孔口做锁口处理,桩身做护壁处理。
在滑动面附近的护壁应予加强,承受推力较大的锁口和护壁处应增加钢筋。
基岩或坚硬孤石段可采用少药量,多炮眼得松动爆破方式,但每次剥离厚度不宜大于30cm,开挖基本成型后再人工刻凿孔壁至设计尺寸。
F、根据岩土体的自稳性,可能日生产进度和模板高度,经过计算确定一次最大开挖深度。
一般自稳性较好的可塑---硬塑状粘性土、稍密以上的碎石块石土或基岩中为1.0~1.2m;软弱的粘性土或松散的,易垮塌的碎石层为0.5m~0.6m;垮塌严重段易先注浆后开挖。
G、弃渣可用卷扬机吊起。
吊斗的活门应有双套防开保险装置。
吊出后应立即运走,不得堆放在滑坡体上,防止诱发次害灾害。
H、桩孔开挖过程中应及时排除孔内积水。
当滑体的富水性较差时,可采用坑内直接排水;当富水性好,水量很大时,宜采用桩孔外管泵降排水。
I、桩孔开挖过程中应及时进行钢筋混凝土护壁,宜采用C20硂。
护壁的单次高度根据一次最大开挖深度确定,一般每开挖1.0~1.5m,护壁一节。
护壁厚度应满足设计要求,一般为10m~20m,应与围岩接触良好。
护壁后的桩孔应保持垂直,光滑。
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