抗滑樁的設計課件

第5章抗滑樁的設計與施工第5章抗滑樁的設計與施工1本章重點抗滑樁類型、特點及適用條件抗滑樁設計要求和設計內容抗滑樁設計荷載確實定抗滑樁的計算方法抗滑樁的設計抗滑樁的施工

本章重點2§5．1概述 樁是深入土層或巖層的柱形構件。邊坡處治工程中的抗滑樁是通過樁身將上部承受的坡體推力傳給樁下部的側向土體或巖體，依靠樁下部的側向阻力來承擔邊坡的下推力，而使邊坡保持平衡或穩(wěn)定，見圖5．1?！?．1概述3 抗滑樁與一般樁基類似，但主要是承擔水平荷載?？够瑯兑彩沁吰绿幹喂こ讨谐Ｒ姵Ｓ玫奶幹畏桨钢?，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、機械成孔和人工成孔等方法，構造型式有單樁、排樁、群樁，有錨樁和預應力錨索樁等。 抗滑樁與一般樁基類似，但主要是承擔水平荷載?？够?§5．1．1抗滑樁類型、特點及適用條件(1)抗滑樁的類型 抗滑樁按材質分類有木樁、鋼樁、鋼筋混凝土樁和組合樁。 抗滑樁按成樁方法分類，有打入樁、靜壓樁、就地灌注樁，就地灌柱樁又分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁兩大類。在常用的鉆孔灌注樁中，又分機械鉆孔和人工挖孔樁。 抗滑樁按構造型式分類，有單樁、排樁、群樁和有錨樁，排樁型式常見的有椅式樁墻、門式剛架樁墻、排架抗滑樁墻(見圖5．2)，有錨樁常見的有錨桿和錨索，錨桿有單錨和多錨，錨索抗滑樁多用單錨，見圖5．3。 抗滑樁按樁身斷面形式分類，有圓形樁、方形樁和矩形樁、“工〞字形樁等?！?．1．1抗滑樁類型、特點及適用條件5抗滑樁的設計課件6(2)各類樁型的特點及適用條件 木樁是最早采用的樁，其特點是就地取材、方便、易于施工，但樁長有限，樁身強度不高，一般用于淺層滑坡的治理、臨時工程或搶險工程。鋼樁的強度高，施打容易、快速，接長方便，但受樁身斷面尺寸限制，橫向剛度較小，造價偏高。鋼筋混凝土樁是邊坡處治工程廣泛采用的樁材，樁斷面剛度大，抗彎能力高，施工方式多樣，可打入、靜壓、機械鉆孔就地灌注和人工成孔就地灌注，其缺點是混凝土抗拉能力有限。 抗滑樁的施工采用打入時，應充分考慮施工振動對邊坡穩(wěn)定的影響，一般是全埋式抗滑樁或填方邊坡可采用，同時下臥地層應有可打性?？够瑯妒┕こＳ玫氖蔷偷毓嘧?，機械鉆孔速度快，樁徑可大可小，適用于各種地質條件，但對地形較陡的邊坡工程，機械進入和架設困難較大，另外，鉆孔時的水對邊坡的穩(wěn)定也有影響。人工成孔的特點是方便、簡單、經濟，但速度較慢，勞動強度高，遇不良地層(如流沙)時處理相當困難，另外，樁徑較小時人工作業(yè)困難，樁徑一般應在1000mm以上才適宜人工成孔。(2)各類樁型的特點及適用條件7 單樁是抗滑樁的根本型式，也是常用的構造型式，其特點是簡單，受力和作用明確。當邊坡的推力較大，用單樁缺乏以承擔其推力或使用單樁不經濟時，可采用排樁。排架樁的特點是轉動慣量大，抗彎能力強，樁壁阻力較小，樁身應力較小，在軟弱地層有較明顯的優(yōu)越性。有錨樁的錨可用鋼筋錨桿或預應力錨索，錨桿(索)和樁共同工作，改變樁的懸臂受力狀況和樁完全靠側向地基反力抵抗滑坡推力的機理，使樁身的應力狀態(tài)和樁頂變位大大改善，是一種較為合理、經濟的抗滑構造。但錨桿或錨索的錨固端需要有較好的地層或巖層，對錨索而言，更需要有較好的巖層以提供可靠的錨固力。 抗滑樁群一般指在橫向2排以上，在縱向2列以上的組合抗滑構造，類似于墩臺或承臺構造，它能承擔更大的滑坡推力，可用于特殊的滑坡治理工程或特殊用途的邊坡工程。 單樁是抗滑樁的根本型式，也是常用的構造型式，其特點是簡單，8§5．1．2抗滑樁設計要求和設計內容抗滑樁設計一般應滿足以下要求：(1)抗滑樁提供的阻滑力要使整個滑坡體具有足夠的穩(wěn)定性，即滑坡體的穩(wěn)定平安系數(shù)滿足相應標準規(guī)定的平安系數(shù)或可靠指標，同時保證坡體不從樁頂滑出，不從樁間擠出；(2)抗滑樁樁身要有足夠的強度和穩(wěn)定性，即樁的斷面要有足夠的剛度，樁的應力和變形滿足規(guī)定要求；(3)樁周的地基抗力和滑體的變形在容許范圍內；(4)抗滑樁的埋深及錨固深度、樁問距、樁構造尺度和樁斷面尺寸都比較適當，平安可靠，施工可行、方便，造價較經濟?！?．1．2抗滑樁設計要求和設計內容9根據(jù)上述設計要求，抗滑樁的設計內容一般為：(1)進展樁群的平面布置，確定樁位、樁間距等平面尺度；(2)擬定樁型、樁埋深、樁長、樁斷面尺寸；(3)根據(jù)擬定的構造確定作用于抗滑樁上的力系；(4)確定樁的計算寬度，選定地基反力系數(shù)，進展樁的受力和變形計算；(5)進展樁截面的配筋計算和一般的構造設計；(6)提出施工技術要求，擬定施工方案，計算工程量，編制概(預)算等。根據(jù)上述設計要求，抗滑樁的設計內容一般為：10§5．1．3抗滑樁的設計計算程序

根據(jù)上述設計要求和設計內容，抗滑樁的設計計算程序如圖5．4所示?！?．1．3抗滑樁的設計計算程序11抗滑樁的設計課件12§5．2抗滑樁設計荷載確實定 作用于抗滑樁上的力系主要有兩大局部：作用于樁上部的滑坡推力和樁周地層對樁的反力。對有錨樁，還有錨桿或錨索系統(tǒng)對樁上部的橫向拉力和壓力?！?．2抗滑樁設計荷載確實定13§5．2．1滑坡推力確實定 滑坡推力作用于滑面以上局部的樁背上，其方向假定與樁穿過滑面點處的切線方向平行。滑坡推力的計算見第2章或第4章相關內容，即采用不平衡推力傳遞系數(shù)法計算所得的樁所在坡體坡足處的不平衡推力。通常假定每根樁所承擔的滑坡推力等于兩樁中心間距寬度范圍內的滑坡推力，即將前述方法計算所得的滑坡推力值乘以樁間距?；峦屏υ跇侗成系姆植己妥饔命c位置，與滑坡的類型、部位、地層性質、變形情況及地基反力系數(shù)等因素有關。根據(jù)文獻[2]、[3]的經歷，對于液性指數(shù)小，剛度較大和較密實的滑坡體，從頂層至底層的滑動速度常大體一致，假定滑面上樁背的滑坡推力分布圖形呈矩形；對于液性指數(shù)較大，剛度較小和密實度不均勻的塑性滑體，其靠近滑面的滑動速度較大，而滑體表層的速度那么較小，假定滑面以上樁背的滑坡推力圖形呈三角形分布；介于上述兩者之間的情況可假定樁背推力分布呈梯形?！?．2．1滑坡推力確實定14§5．2．2地基反力確實定(1)地基反力 當樁前土體不能保持穩(wěn)定可能滑走時，不考慮樁前土體對樁的反力，僅考慮滑面以下地基土對樁的反力，抗滑樁嵌固于滑面以下的地基中，相當于懸臂樁。當樁前土體能保持穩(wěn)定，此時抗滑樁按所謂的“全埋式樁〞考慮，可將樁前土體(亦為滑體)的抗力作為的外力考慮，仍可將樁看成懸臂樁考慮。 樁將滑坡推力傳遞給滑面以下的樁周土(巖)時，樁的錨固段前后巖(土)體受力后發(fā)生變形，并由此產生巖(土)體的反力。反力的大小與巖(土)體的變形狀態(tài)有關。處于彈性階段時，可按彈性抗力計算，處于塑性階段變形時，情況那么比較復雜，但地基反力應不超過錨固段地基土的側向容許承載能力。 另外，樁與地基土間的摩阻力、粘著力、樁變形引起的豎向壓力一般來說對樁的平安有利，通常略去不計。為簡化計算，樁的自重和樁底應力等也略去不計?！?．2．2地基反力確實定15(2)地基反力系數(shù) 樁側巖土體的彈性抗力系數(shù)簡稱為地基反力系數(shù)，是地基承受的側壓力與樁在該位置處產生的側向位移的比值。也即單位土體或巖體在彈性限度內產生單位壓縮變形時所需施加于其單位面積上的力。目前常采用的有三種假設：①假設地基系數(shù)不隨深度而變化，即地基系數(shù)為常數(shù)的K法；②假定地基系數(shù)隨深度而呈直線變化的m法；③地基反力系數(shù)沿深度按凸拋物線增大的C法。 地基反力系數(shù)K，m應通過試驗確定。一般情況下，試驗資料不易獲得，文獻[1]、[2]列出了較完整巖層的地基系數(shù)K值，見表5．1，非巖石地基的m值，見表5．2，可供設計時參考。(2)地基反力系數(shù)16注：一般情況，KH=(0．6～0．8)Kv；巖層為厚層或塊狀整體時，KH=Kv?？够瑯兜脑O計課件17 當?shù)鼗翞槎鄬油習r，采用按層厚以等面積加權求平均的方法求算地基反力系數(shù)。當?shù)鼗翞?層時，有 (5.1) 當?shù)鼗翞?層時，有 (5.2)式中：ml、m2、m3——分別為第l層、第2層、第3層地基土的m值； ll、l2、l3——分別為第l層、第2層、第3層地基土的厚度。其他多層土可仿此進展計算。 當?shù)鼗翞槎鄬油習r，采用按層厚以等面積加權求平均的方法求算18 當采用C法時，地基反力系數(shù)式為，C為地基反力系數(shù)的比例系數(shù)，x為深度。研究說明，當x到達一定深度時，地基反力系數(shù)漸趨于常數(shù)。比例系數(shù)c值參見表5．3。注：[y0]為樁在地面處的水平位移允許值。 當采用C法時，地基反力系數(shù)式為193)P～Y曲線法 上述的K法、m法和C法能根據(jù)彈性地基上梁的撓曲線微分方程用無量綱系數(shù)求解抗滑 樁的承載力、內力和變位。但當樁開展到較大的位移，土的非線性特性將變得非常突出。P～Y曲線法那么考慮了土的非線性特點，它既可用于小位移，也可用于較大位移的求解。 P～Y曲線法是根據(jù)地基土的實驗數(shù)據(jù)來繪制，目前一般采用Matlock建議的軟粘土P～Y曲線繪制方法[1]和Resse建議的硬粘土和砂性土的P～Y曲線繪制方法[4]。在濱河、濱海的軟 土地基中，P～Y曲線已得到較多的應用。3)P～Y曲線法20§5．3抗滑樁的計算方法 抗滑樁為承受水平荷載的樁，計算水平受荷樁的方法均可采用?！?．3．1剛性樁與彈性樁的區(qū)分 抗滑樁受到滑坡推力后，將產生一定的變形。根據(jù)樁和樁周土的性質和樁的幾何性質，其變形有兩種情形:一是樁的位置發(fā)生了偏離，但樁軸線仍保持原有線型，變形是由于樁周土的變形所致。另一種是樁的位置和樁軸線同時發(fā)生改變，即樁軸線和樁周土同時發(fā)生變形。前一種情況樁尤如剛體一樣，僅發(fā)生了轉動，故稱其為剛性樁，后者就稱為彈性樁。試驗研究說明，當抗滑樁埋入穩(wěn)定地層內的計算深度為某一臨界值時，可視樁的剛度為無窮大，樁的側向極限承載力僅取決于樁周土的彈性抗力大小。工程中就把這個臨界值作為判斷是剛性樁或彈性樁的標準?！?．3抗滑樁的計算方法21臨界值規(guī)定如下：按K法計算，≤1．0時，抗滑樁屬剛性樁；

>1．0時，抗滑樁屬彈性樁。按m法計算，≤2．5時，抗滑樁屬剛性樁；

>2．5時，抗滑樁屬彈性樁。 式中，、均定義為樁的變形系數(shù)，單位為，分別按下式計算：

(5.3) (5.4)式中：KH——K法的側向地基系數(shù)，kN／m3；

BP——樁的正面計算寬度，m；

mH——m法的地基系數(shù)的比例系數(shù)，kN／m4；

E、I——樁的彈性模量，kPa，樁的截面慣性矩，m4。臨界值規(guī)定如下：22§5．3．2剛性樁的計算

把滑面以上抗滑樁受荷載段上所有的力均當作外力，樁前的滑體抗力按其大小從外荷載中減去，對滑面以下的樁段取脫離體，滑面以上的外荷載對滑面處樁截面產生彎矩和剪力?；嫦聵吨芡恋膫认驊屯恋目沽捎擅撾x體的平衡而求得，并進而計算樁的內力。

(1)地基土為單一土層時 如圖5．5所示，滑面以下為同一m值，樁底自由，滑面處的彈性抗力系數(shù)分別為Al、A2，H為滑坡推力與剩余抗滑力之差，x0為下部樁段轉動軸心距滑面的距離，α為旋轉角，Z0為滑坡推力至滑面的距離。§5．3．2剛性樁的計算23當0≤x≤x0時樁身變位：Y=(x0-x)樁側應力：樁身剪力：樁身彎矩：當x0≤X≤l2時樁身變位：樁側應力：樁身剪力：樁身彎矩： 根據(jù)靜力平衡條件∑H=0和∑M=0可解得：當0≤x≤x0時24令：那么有： (5.5) (5.6)解方程式(5．5)，可找出x0，將其代入式(5．6)，那么可算出。令：25(2)地基土為兩種地層時 樁身置于兩種不同的地層，樁底按自由端考慮，樁變位時，旋轉中心將隨地質情況變化而變化。仍采用單一土層時求靜力平衡方程∑H=0和∑M=0的條件求解。先求解出x0，再計算。(2)地基土為兩種地層時26§5．3．3彈性樁的計算 抗滑樁滑面以上局部所受荷載，見圖5．6a)，可以將其對滑面以下樁段進展簡化，簡化后樁的計算圖式見圖5．6b)。此時，可根據(jù)樁周土體的性質確定彈性抗力系數(shù)，建立撓曲微分方程式，通過數(shù)學求解可得滑面以下樁段任一截面的變位和內力計算的一般表達式。最后根據(jù)樁底邊界條件計算出滑面處的位移和轉角，再計算出樁身任一深度處的變位和內力。§5．3．3彈性樁的計算27(1)m法樁頂受水平荷載的撓曲微分方程為

(5.7)式中：EI——樁的抗彎剛度；

BP——樁的計算寬度；其余符號意義見圖5．6b或同前。 式(5．7)為四階線性變系數(shù)齊次微分方程，采用冪級數(shù)的解法，整理后有：

(5.8)(1)m法28式中：Yx，，Mx，Qx——分別為錨固段樁身任意截面的位移(m)、轉角(rad)、彎矩(kN·m)和剪力(kN)；

Y0，，M0，Q0——分別為滑面處樁的位移(m)、轉角(rad)、彎矩(kN·m)和剪力(kN)；

Ai，Bi，Ci，Di——隨樁的換算深度而變化的m法的影響函數(shù)值，見表5．4；

x——滑面處以下錨固段計算斷面的深度(m)。 其余符號意義同前，按式(5．4)計算。式(5．8)為m法計算樁的一般表達式。計算時必須先求得滑動面處的Y0和，才能求出樁身任一截面處的位移、轉角、彎矩和剪力，地基土對該截面的側向應力。一般應根據(jù)樁底的邊界條件來確定。式中：Yx，，Mx，Qx——分別為錨固段樁身任意截面29抗滑樁的設計課件30抗滑樁的設計課件31①當樁底為固定端時，有yB=0，=0，MB≠0，QB≠0。將邊界條件代入式(5．8)中的第1式和第2式，聯(lián)立求解得：

(5.9)②當樁底為鉸接端時，yB=0，MB=0；≠0，QB≠0。將邊界條件代入式(5．8)中第l、第3式，聯(lián)立求解得：

(5.10)③當樁底為自由端時，MB=0，QB=0；≠0，yB≠0。將邊界條件代入式(5．8)中第3、第4式，聯(lián)立求解得：

(5.11)

將上述各種邊界條件下相應的y0、代入式(5．8)，即可求得滑動面以下樁身任一截面的位移、轉角、彎矩和剪力。①當樁底為固定端時，有yB=0，=0，MB≠0，QB≠32(2)K法 依假定，樁錨固段的撓曲微分方程為：

(5.12)

由式(5．3)N定義，有，式(5．12)可寫為

(5.13)

求解上述常系數(shù)齊次微分方程，整理代換后有：(2)K法33式中：，，，——K法的影響函數(shù)，表達式如下：

(5.15)

式(5．14)為K法的一般表達式。同樣，計算時要先求滑面處的y0和，才能求樁身任一截面處的變位和內力以及地基土在該截面處的側向應力。一般根據(jù)樁底邊界條件確定。式中：，，，——K法的影響函數(shù)，表達式如下：34①當樁底為固定端時，yB=0，=0，代入式(5．14)中第l、第2式，聯(lián)立求解得：

(5.16)②當樁底為鉸接端時，yB=0，MB=0，代入式(5．14)中第l、第3式，聯(lián)立解得：

(5.17)③當樁底為自由端時，MB=0，QB=0，代入式(5．14)中第3、第4式，聯(lián)立解得：

(5.18)將上述各種邊界條件下相應的Y0、代入式(5．14)即可求得滑面下錨固段樁身任一截面的變位和內力。①當樁底為固定端時，yB=0，=0，代入式(5．14)中35(3)滑動面處地基反力不為零時的處理方法 對于滑坡工程而言，由于滑面以上有滑體存在，抗滑樁樁前土體和樁后土體的高度是不一致的，對于滑面來說，相當于在樁后土體(彈性體)的外表有附加荷載的作用。假設用K法，這一附加荷載不影響地基土的彈性性質。假設采用m法，即地基系數(shù)隨深度而呈直線增加，在滑面處的地基系數(shù)不為零，而是某一數(shù)值A，那么滑面以下某一深度x處巖土抗力的表達式為Px=A+mx，即滑面以下的地基系數(shù)分布呈梯形變化。為了利用m法推出的公式和影響系數(shù)計算此類問題，可進展如下處理： ①將地基系數(shù)的變化圖形向上延伸至虛點A，延伸的高度，見圖5．7； ②自虛點A向下計算樁的內力和變位，仍可使用表5．4，但此時應重新確定A點的初參數(shù)MA、QA、yA、；(3)滑動面處地基反力不為零時的處理方法36 ③A點處的初參數(shù)可由滑面處條件和樁底處的邊界條件確定，即在MA和QA作用下，必須滿足以下條件：當x=0時(在滑面處)

當x=l2時(樁底處) MB=0，QB=0(樁底為自由端)或YB=0，=0(樁底為固定端)樁底為自由端時可建立以下方程 (5.19) ③A點處的初參數(shù)可由滑面處條件和樁底處的邊界條件確定，即在37樁底為固定端時可將式(5．19)中第3式、第4式改為以下方程即可， (5.20)上列各式中：，，，(i=3，4)——在滑面處的影響系數(shù)值； ，，，(i=1，2，3，4)——在樁底處的影響系數(shù)值。 樁底為自由端時，聯(lián)解組(5．19)；樁底為固定端時，聯(lián)解式(5．19)中第l式、第2式和式(5．20)組成的方程組，求得MA、QA、YA、值，代入式(5．8)中直接使用表5．4中的影響系數(shù)值，就可方便地計算滑面以下樁身任一深度處的內力和變位。樁底為固定端時可將式(5．19)中第3式、第4式改為以下方程38(4)滑面處(樁頂，x=0)樁為鉸接時或箝固時的處理方法 當抗滑樁采用排架樁時，樁頂處由于系梁或承各排架的作用而簡化為鉸接或箝固，此時用m法計算時需要做一些變換處理。 式(5．8)為m法計算抗滑樁在任意深度戈處樁變位和內力的表達式，也可寫成如下形式的表達式(將式(5．9)～(5．11)代人式(5．8)整理代換后即可得)：

(5.21)式中：AY，BY，，，AM，BM，AQ，BQ——分別為計算位移、轉角、彎矩和剪力的無量綱系數(shù)。 樁頂鉸接時的A值見表5．5～5．8，B值見表5．9～5．12。(4)滑面處(樁頂，x=0)樁為鉸接時或箝固時的處理方法39抗滑樁的設計課件40抗滑樁的設計課件41抗滑樁的設計課件42抗滑樁的設計課件43抗滑樁的設計課件44抗滑樁的設計課件45抗滑樁的設計課件46抗滑樁的設計課件47樁頂箝固時，即邊界條件為(x=0)=0，代入式(5．21)中第2式，可得

(5.22)將式(5．22)代入式(5．21)中第l式，得

(5.23)將式(5．22)代人式(5．21)中第3式，得

(5.24)將式(5．22)代入式(5．21)中第4式，得

(5.25)式中，AYF、AMF,AQF分別為樁頂箱固時計算樁位移、彎矩、剪力的無量綱系數(shù)。Q0可根據(jù)排樁、排架樁或群樁的空間位置、剛度和連接情況將滑坡推力分配到各根樁上而求得。樁頂箝固時，即邊界條件為(x=0)=0，代入式(5．48§5．4抗滑樁的設計§5．4．1抗滑樁的布設(1)抗滑樁的平面布置 抗滑樁的平面布置指的是樁的平面位置和樁間距。一般根據(jù)邊坡的地層性質、推力大小、滑動面坡度、滑動面以上的厚度、施工條件、樁型和樁截面大小以及可能的錨固深度以及錨固段的地質條件等因素綜合考慮決定。 對一般邊坡工程，根據(jù)主體工程的布置和使用要求而確定布樁位置。 對滑坡治理工程，抗滑樁原那么布置在滑體下部，即在滑動面平緩、滑體厚度較小、錨固段地質條件較好的地方，同時也要考慮到施工的方便。對地質條件簡單的中小型滑坡，一般在滑體前緣布設一排抗滑樁，樁排方向應與滑體垂直或近垂直。對于軸向很長的多級滑動或推力很大的滑坡，可考慮將抗滑樁布置成兩排或多排，進展分級處治，分級承擔滑坡推力；也可考慮在抗滑地帶集中布置2～3排、平面上呈品字形或梅花形的抗滑樁或抗滑排架。對滑坡推力特別大的滑坡，可考慮采用抗滑排架或群樁承臺。對于軸向很長的具有復合滑動面的滑體，應根據(jù)滑面情況和坡面情況分段設立抗滑樁，或采用抗滑樁與其他抗滑構造組合布置方案?！?．4抗滑樁的設計49(2)抗滑樁的間距 抗滑樁的間距受滑坡推力大小、樁型及斷面尺寸、樁的長度和錨固深度、錨固段地層強度、滑坡體的密實度和強度、施工條件等諸多因素的影響，目前尚無較成熟的計算方法。適宜的樁間距應該使樁間滑體具有足夠的穩(wěn)定性，在下滑力作用下不致從樁間擠出?？砂丛谀苄纬赏凉暗臈l件下，兩樁間土體與兩側被樁所阻止滑動的土體的摩阻力不少于樁所承受的滑坡推力來估計。一般采用的間距為6～10m[2][3]。。當樁間采用了構造連接來阻止樁間楔形土體的擠出，那么樁間距完全決定于抗滑樁的抗滑力和樁間滑體的下滑力。 當抗滑樁集中布置成2～3排排樁或排架時，排間距可采用樁截面寬度的2～3倍[3]。(2)抗滑樁的間距50(3)樁的錨固深度 樁埋入滑面以下穩(wěn)定地層內的適宜錨固深度，與該地層的強度、樁所承受的滑坡推力、樁的相對剛度以及樁前滑面以上滑體對樁的反力等因素有關。原那么上由樁的錨固段傳遞到滑面以下地層的側向壓應力不得大于該地層的容許側向抗壓強度、樁基底的壓應力不得大于地基的容許承載力來確定。 錨固深度是抗滑樁發(fā)揮抵抗滑體推力的賴以生存的前提和條件，錨固深度缺乏，抗滑樁缺乏以抵抗滑體推力，容易引起樁的失效。但錨固過深那么又造成工程浪費，并增加了施工難度?？刹扇】s小樁的間距，減少每根樁所承受的滑坡推力，或增加樁的相對剛度等措施來適當減少錨固深度。 當錨固段地層為土層及嚴重風化破碎巖層時，樁身對地層的側壓力應符合以下條件： (5.36)式中：——樁身對地層的側壓應力，kPa； ——地層巖(土)的重度，kN／m3； ——地層巖(土)的內摩擦角，°；c——地層巖(土)粘聚力，kPa；l——地面至計算點的深度，m。(3)樁的錨固深度51 樁底可按自由支承處理，即令QB=0，MB=0。 當錨固段地層為比較完整的巖質、半巖質地層時，樁身對圍巖的側向壓應力應符合以下條件： (5.37)式中：——樁身對圍巖的側壓應力，kPa； ——折減系數(shù)，根據(jù)巖層產狀的傾角大小，取0．5～1．0； ——折減系數(shù)，根據(jù)巖層的破碎和軟化程度，取0．3～0．5； ——圍巖巖石單軸抗壓極限強度，kPa。樁底可按鉸支承情況處理，即令XB=0，MB=0。根據(jù)經歷，對于土層或軟質巖層，錨固深度取l／3～1／2樁長比較適宜，對于完整、較堅硬的巖層可取1／4樁長。 樁底可按自由支承處理，即令QB=0，MB=0。52§5．4．2樁型選擇 適用于抗滑樁的樁型有鋼筋混凝土樁和鋼管樁、H型鋼樁等，最常用的是鋼筋混凝土樁。 抗滑樁樁型的選擇應根據(jù)滑坡性質、滑坡處的地質條件、滑坡推力大小、工程造價、施工條件和工期要求等因素綜合考慮，按平安、可靠、經濟、方便的原那么，結合設計人員的工程經歷來選擇。(1)鋼筋混凝土樁 鋼筋混凝土樁是抗滑樁用得最多的樁型，其斷面形式主要有圓形、矩形。圓形斷面可機械鉆孔成樁，也可人工挖孔成樁，樁徑根據(jù)滑坡推力和樁間距而定，從φ600～φ2000，最大可達φ4500。矩形斷面可充分發(fā)揮其抗彎剛度大的優(yōu)點，適用于滑坡推力較大，需要較大剛度的地方。一般為人工成孔抗滑樁，斷面尺寸b×h一般為1000×1500、1200X1800、1500×2000、2000×3000等。 滑坡推力大、樁間矩大，選擇樁徑較大或樁斷面尺寸較大的樁，反之那么選樁徑小的樁?！?．4．2樁型選擇53(2)鋼管樁 鋼管樁一般為打入式樁，其特點是強度高、抗彎能力大、施工快、可快速形成樁排或樁群。鋼管樁樁徑一般為D400～D900，常用的是D600。 鋼管樁適合于有沉樁施工條件和有材料可資利用的地方，或工期短、需要快速處治的滑坡工程。(3)H型鋼樁 H型鋼樁與鋼管樁的特點和適用條件根本一樣，其型號有HP200、HP250、HP310、HP360等。(2)鋼管樁54§5．4．3樁的內力和變位計算(1)樁的計算寬度確定 抗滑樁受滑坡推力的作用產生位移，樁那么巖(土)體對樁產生反力，當巖(土)變形處于彈性變形階段時，樁受到巖(土)的彈性抗力作用，抗力大小及分布與樁的作用范圍有關。試驗研究說明，樁在水平荷載作用下，不僅樁身寬度內的樁側巖(土)體受擠壓，而且樁身寬度以外一定范圍內的土體也受到影響，呈現(xiàn)出空間受力狀態(tài)；巖(土)體的影響范圍隨不同截面形狀的樁而有所不同。為了簡化計算，即將空間受力狀態(tài)簡化為平面問題，考慮到樁截面形式的影響，將樁寬(或樁徑)換算成相當于實際工作條件下的矩形樁寬度Bp稱為樁的計算寬度。 根據(jù)試驗資料，對于正面邊長b大于或等于lm的矩形樁和樁徑d大于或等于lm的圓形樁，其計算寬度為：

(5.38)§5．4．3樁的內力和變位計算55(2)確定地基反力系數(shù)或計算參數(shù) 水平地基反力系數(shù)一般應通過試驗確定。但無試驗資料時，可參照表5．1、表5．2、表5．3的數(shù)據(jù)，結合當?shù)厍闆r以及設計人員的工程經歷確定。對于常用的m法，我國公路、鐵路、港口、建筑等行業(yè)在相應的標準中都給出了相應的數(shù)值，設計取值應在規(guī)定的取值范圍內。(3)計算圖式的擬定 根據(jù)前述的抗滑樁平面布置，初步選出樁型，初步確定錨固深度，確定樁長，計算樁上承受的滑坡推力，繪出計算圖式，確定樁的邊界條件。 收集并整理出計算的根本數(shù)據(jù)，如地基土的粘聚力C、內摩擦角φ、重度、樁長l、錨固深度l2、計算寬度、樁的剛度EI、地基反力系數(shù)m和A(或k值等)。(2)確定地基反力系數(shù)或計算參數(shù)56(4)計算方法選擇和樁性質的判定 抗滑樁的計算方法分為剛性樁的計算和彈性樁的計算。彈性樁的計算方法很多，常用的有“m法〞、“k法〞和“P～Y〞曲線反力法，還有數(shù)值分析方法和雙參數(shù)方法，用得最多的是“m法〞。 水平承載樁的計算分析理論和方法比較完善，計算也較準確。但是，理論方法總有一些假定，對實際情況總有一定簡化，關鍵是能否得到計算所需的切合工程實際的土性參數(shù)。因此，設計中不排除使用一些經歷的方法，更常見的是設計人員長期習慣采用的方法，這些方法有時在解決實際工程問題時顯得更為有效。這也是巖土工程設計的一個特點。 樁的性質是根據(jù)樁的變形系數(shù)(或)和擬采用的計算方法的臨界值來判定。當采用m法時， (5.39)當采用k法時， (5.40)式中：l2——錨固深度； ——“m法〞計算時樁的變形系數(shù)，按式(5．4)計算； ——“k法〞計算時樁的變形系數(shù)，按式(5．3)計算。(4)計算方法選擇和樁性質的判定57(5)樁內力和變位計算 根據(jù)所確定的計算圖式和計算參數(shù)、選擇的計算方法、樁的性質，便可按本章第3節(jié)介紹的各種方法計算出樁沿軸線的彎矩分布圖()、剪力分布圖()、樁的水平變位()和轉角分布圖。 根據(jù)所確定的計算圖式和計算參數(shù)、選擇的計算方法、樁的性質，便可按本章第3節(jié)介紹的各種方法計算出樁沿軸線的彎矩分布圖()、剪力分布圖()、樁的水平變位()和轉角()分布圖，同時計算出樁身對地層巖(土)體的側向應力分布圖()。 計算時，先計算出樁在滑面處的位移y0和側向壓應力。判斷y0值是否在樁的水平位移限值內。假設不在，應適當增加樁的剛度或錨固深度，重新計算，使其滿足要求。判斷側向壓應力是否滿足樁側地層的巖(土)穩(wěn)定性時，一般可在錨固深度中選取幾個代表斷面，如l2／3處、l2／2處和l2處等，判斷這些代表斷面的側壓應力是否小于式(5．37)或式(5．38)所確定的穩(wěn)定極限應力值。假設不能滿足斷面穩(wěn)定要求，那么應調整樁的剛度、錨固深度和樁的間距，再次進展計算，直到滿足穩(wěn)定要求時為止。最后根據(jù)調整確定計算參數(shù)，得出樁的Mx、Qx、yx、，等計算結果。(5)樁內力和變位計算58§5．4．4樁的配筋計算和構造設計(1)樁的配筋計算抗滑樁從使用平安和經濟方面考慮，都宜采用鋼筋混凝土樁。鋼筋混凝土樁的配筋計算一般根據(jù)所算得的樁身最大彎矩值Mmax，進展配筋計算，再驗算最大彎矩值斷面的抗裂要求、剪力最大截面處的抗剪強度。配筋計算方法與一般鋼筋混凝土構造一樣，不贅述。(2)鋼筋混凝土樁的構造要求①混凝土強度：一般采用C20，不低于l5，水下灌注時不低于C20；②主筋保護層厚度：一般不小于35mm，水下灌注混凝土時不小于50mm；③主筋不宜小于8φ10(／Ix樁徑)，常用12φ16以上(D600以上)，縱向主筋沿樁身周邊均勻布置(圓樁)，鋼筋凈距不應小于60mm；④配筋長度(滑面以下)宜采用4／a，通長配筋；⑤配筋率一般不低于0．65％～0．20％(小樁徑取高值，大樁徑取低值)；⑥箍筋率一般不低于φ6@200mm，宜采用螺旋箍筋或焊接環(huán)式箍筋；鋼筋骨架中，應每隔2m左右設一道焊接加強箍筋。⑦鋼筋的接長等符合鋼筋混凝土構件的構造要求?！?．4．4樁的配筋計算和構造設計59§5．5抗滑樁的施工§5．5．1施工一般程序 抗滑樁施工多采用機械成孔或人工成孔，現(xiàn)場灌注混凝土施工。 灌注樁是一項質量要求高，施工工序較多，并須在一個短時間內連續(xù)完成的地下隱蔽工程。因此，施工應按程序進展。備齊技術資料，編制施工組織設計，做好施工準備。應按設計要求、有關標準、規(guī)程及施工組織設計，建立各工序的施工管理制度。施工、監(jiān)理、設計和業(yè)主各方管理到位、監(jiān)控到位、技術效勞和技術跟蹤到位。保證施工有序、快速、高質地進展。 灌注樁施工的一般程序如圖5．12所示。 灌注樁施工一般應先進展試成孔施工，試成孔的數(shù)量不少于兩個，以便核對地質資料，檢驗所選的設備、施工工藝以及技術要求是否適宜，同時檢驗并修正施工技術參數(shù)。如出現(xiàn)縮頸、坍孔、回淤、吊腳或出現(xiàn)流沙、地下水量大等情況，不能滿足設計要求，或增加了施工難度、達不到工期要求時，應重新制定施工方案，考慮新的施工工藝，甚至選擇更適合的樁型?！?．5抗滑樁的施工60抗滑樁的設計課件61§5．5．2設樁工藝選擇 設樁工藝又稱成孔方法或成孔工藝。灌注樁施工的類型較多，抗滑樁施工常用的主要為非擠土灌注樁類型。正確、恰當?shù)剡x擇設樁工藝，才能保證施工質量和施工工期。各種設樁工藝適用范圍及特點見表5．14。 設樁工藝選擇時，應根據(jù)具體的地質情況、樁徑和樁長、工期要求，并結合機具設備供給情況和各種設樁(成孔)工藝的適用范圍和優(yōu)缺點，靈活、正確地選用。§5．5．2設樁工藝選擇62§5．5．3施工機具 灌注樁的施工機具較多，有定型產品，也有自制機具，大局部采用國內產品，也有局部進口產品。各種施工機具的主要技術指標及適用的成樁方法見表5．15。§5．5．3施工機具63抗滑樁的設計課件64§5．5．4施工質量控制(1)一般要求 抗滑樁是一項質量要求高的工程，搞滑樁的施工質量直接關系到工程的成敗。因此，控制施工質量顯得特別重要。施工時必須堅持質量第一原那么，推行全面質量管理。 抗滑樁多采用灌注樁，要特別把好成孔(包括鉆孔和清孔)、下鋼筋籠和灌注混凝土等幾道關鍵工序。每一工序完畢時，均應及時進展質量檢驗，上道工序不清，下道工序就不能進展，以免留存隱患。 施工時每一工地應設專職質量檢驗員，對施工質量進展全面檢查監(jiān)視，質量責任落實到人，落實到每一根樁。灌注樁的質量控制，主要是指鉆孔、清孔，鋼筋籠制作、安放，混凝土配制、灌注等工藝工序過程的質量標準和控制方法，應以設計文件和國家或行業(yè)標準為準，制定出切合工程實際和易于操作的具體標準和要求?！?．5．4施工質量控制65(2)質量檢驗及質量標準 灌注樁鉆、挖孔在終孔和清孔后，應進展孔位和孔深檢驗。孔徑、孔形和傾斜度宜采用專用儀器測定，或采用外徑為鉆孔鋼筋籠直徑加lOOmm(不大于鉆頭直徑)、長為4～6倍樁徑的鋼筋檢孔器吊入鉆孔內檢測。鉆、挖成孔的質量標準參見表5．16，施工允許誤差也可參考表5．17。 樁徑檢測可用專用球形孔徑儀，傘形孔徑儀和超聲波孔壁孔測定儀等測定?？咨钣脤Ｓ脺y繩測定，鉆深可由核定鉆桿和鉆頭長度來測定?？椎壮恋砗穸瓤捎肅Z-ⅡB型沉渣測定儀測定。樁位允許偏差可用經緯儀、鋼尺和定位圓環(huán)測定。垂直度偏差可用定位圓環(huán)、測錘和測斜儀測定。 鋼筋籠的制作允許偏差見表5．18。(2)質量檢驗及質量標準66注：①樁允許偏差負值是指個別斷面； ②H為施工現(xiàn)場地面標高與樁頂設計標高之差，d為樁徑。抗滑樁的設計課件67 鋼筋籠吊放入孔徑位容許偏差為：鋼筋籠定位標高：±50mm；鋼筋籠中心與樁中心：lOmm。鋼筋籠主筋保護層允許偏差：水下灌注混凝土：±20rnm，非水下灌注混凝土：±lOmm。鋼筋籠主筋的焊接接頭、接頭間距、焊接長度或其他接長方法，均應符合鋼筋混凝土構造的相關規(guī)定?？够瑯兜脑O計課件68(3)施工質量控制要點孔位：在現(xiàn)場地面設十字形控制網(wǎng)、基準點，隨時復測、校核。成孔：成孔設備就位后，必須平正、穩(wěn)固，確保在施工中不發(fā)生傾斜和移動、松動。要求現(xiàn)場施工和管理人員充分了解、熟悉成孔工藝、施工方法和操作要點，有事故預防措施和事故處理方案。同時，標準施工現(xiàn)場管理。鋼筋籠制作：采用卡板成型法或支架成型法，加強箍筋直徑適當加大或適當加密，加強筋與主筋定位后在接點處點焊固定；對直徑較大的樁(2m以上)，加強筋可考慮用角鋼或扁鋼，以增大鋼筋籠的剛度，或在鋼筋籠內設臨時支撐梁。在鋼筋籠主筋外側設鋼筋定位器，以控制主筋的保護層厚和鋼筋籠的中心偏差。鋼筋籠沉放時要對準孔位、扶穩(wěn)、緩慢放入孔中，防止碰撞孔壁，到位后立即固定?；炷凉嘧ⅲ夯炷恋呐浜媳葒栏癜椿炷潦┕藴蔬M展，嚴格控制其坍落度。一般采用直長導管法(孔內水下灌注)或串筒法(孔內無水灌注)連續(xù)灌注，成孔質量合格后盡快(3)施工質量控制要點69灌注，灌注充盈系數(shù)一般土質控制在1．1，軟土控制在1．2～1．3。直徑大于lm的樁應每根樁留有l(wèi)組試件，且每個臺班不得少于l組試件。灌注時適當超過樁頂設計標高。當樁的尺寸較大而又是人工成孔時，可考慮采用人工入孔振搗混凝土，以提高樁的澆注質量。檢測：樁施工后，為檢查樁的質量，應進展必要的檢測。對樁徑、樁混凝土質量可采用超聲檢測、振動檢測、鉆孔取芯檢測、電動激振器檢測、水電效應檢測等。在有條件的情況下或大型滑坡工程，應考慮進展試樁檢測。試樁可分為鑒定性試樁和破壞性試樁。鑒定性試樁的荷載為設計荷載的1．2～1．5倍，可在一般的樁上進展。破壞性試樁的荷載可分級加荷，直到樁破壞，應在專供試驗用的樁上進展。灌注，灌注充盈系數(shù)一般土質控制在1．1，軟土控制在170§5．5．5施工中應注意的問題 灌注樁施工從總體上來看比較簡單，但在成孔及鋼筋籠吊放和混凝土灌注中也經常出現(xiàn)一些問題，應予特別注意和預防，如坍孔、鉆孔偏斜、鉆頭脫落、糊鉆、擴孔或縮孔、梅花孔、卡鉆、鉆桿折斷、鉆孔漏漿等，人工挖孔樁出現(xiàn)流沙或大量涌水、承壓水等§5．5．5施工中應注意的問題71思考題①簡述抗滑樁類型、特點及適用條件。②簡述抗滑樁設計要求和設計內容。③簡述抗滑樁設計荷載確實定。④如何區(qū)分剛性樁與彈性樁？⑤簡述剛性樁與彈性樁的計算方法。⑥如何進展抗滑樁的布設和樁型的選擇？⑦簡述樁的配筋計算和構造設計。⑧簡述抗滑樁施工的過程及其本卷須知

思考題72第5章抗滑樁的設計與施工第5章抗滑樁的設計與施工73本章重點抗滑樁類型、特點及適用條件抗滑樁設計要求和設計內容抗滑樁設計荷載確實定抗滑樁的計算方法抗滑樁的設計抗滑樁的施工

本章重點74§5．1概述 樁是深入土層或巖層的柱形構件。邊坡處治工程中的抗滑樁是通過樁身將上部承受的坡體推力傳給樁下部的側向土體或巖體，依靠樁下部的側向阻力來承擔邊坡的下推力，而使邊坡保持平衡或穩(wěn)定，見圖5．1?！?．1概述75 抗滑樁與一般樁基類似，但主要是承擔水平荷載。抗滑樁也是邊坡處治工程中常見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、機械成孔和人工成孔等方法，構造型式有單樁、排樁、群樁，有錨樁和預應力錨索樁等。 抗滑樁與一般樁基類似，但主要是承擔水平荷載。抗滑76§5．1．1抗滑樁類型、特點及適用條件(1)抗滑樁的類型 抗滑樁按材質分類有木樁、鋼樁、鋼筋混凝土樁和組合樁。 抗滑樁按成樁方法分類，有打入樁、靜壓樁、就地灌注樁，就地灌柱樁又分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁兩大類。在常用的鉆孔灌注樁中，又分機械鉆孔和人工挖孔樁。 抗滑樁按構造型式分類，有單樁、排樁、群樁和有錨樁，排樁型式常見的有椅式樁墻、門式剛架樁墻、排架抗滑樁墻(見圖5．2)，有錨樁常見的有錨桿和錨索，錨桿有單錨和多錨，錨索抗滑樁多用單錨，見圖5．3。 抗滑樁按樁身斷面形式分類，有圓形樁、方形樁和矩形樁、“工〞字形樁等。§5．1．1抗滑樁類型、特點及適用條件77抗滑樁的設計課件78(2)各類樁型的特點及適用條件 木樁是最早采用的樁，其特點是就地取材、方便、易于施工，但樁長有限，樁身強度不高，一般用于淺層滑坡的治理、臨時工程或搶險工程。鋼樁的強度高，施打容易、快速，接長方便，但受樁身斷面尺寸限制，橫向剛度較小，造價偏高。鋼筋混凝土樁是邊坡處治工程廣泛采用的樁材，樁斷面剛度大，抗彎能力高，施工方式多樣，可打入、靜壓、機械鉆孔就地灌注和人工成孔就地灌注，其缺點是混凝土抗拉能力有限。 抗滑樁的施工采用打入時，應充分考慮施工振動對邊坡穩(wěn)定的影響，一般是全埋式抗滑樁或填方邊坡可采用，同時下臥地層應有可打性?？够瑯妒┕こＳ玫氖蔷偷毓嘧?，機械鉆孔速度快，樁徑可大可小，適用于各種地質條件，但對地形較陡的邊坡工程，機械進入和架設困難較大，另外，鉆孔時的水對邊坡的穩(wěn)定也有影響。人工成孔的特點是方便、簡單、經濟，但速度較慢，勞動強度高，遇不良地層(如流沙)時處理相當困難，另外，樁徑較小時人工作業(yè)困難，樁徑一般應在1000mm以上才適宜人工成孔。(2)各類樁型的特點及適用條件79 單樁是抗滑樁的根本型式，也是常用的構造型式，其特點是簡單，受力和作用明確。當邊坡的推力較大，用單樁缺乏以承擔其推力或使用單樁不經濟時，可采用排樁。排架樁的特點是轉動慣量大，抗彎能力強，樁壁阻力較小，樁身應力較小，在軟弱地層有較明顯的優(yōu)越性。有錨樁的錨可用鋼筋錨桿或預應力錨索，錨桿(索)和樁共同工作，改變樁的懸臂受力狀況和樁完全靠側向地基反力抵抗滑坡推力的機理，使樁身的應力狀態(tài)和樁頂變位大大改善，是一種較為合理、經濟的抗滑構造。但錨桿或錨索的錨固端需要有較好的地層或巖層，對錨索而言，更需要有較好的巖層以提供可靠的錨固力。 抗滑樁群一般指在橫向2排以上，在縱向2列以上的組合抗滑構造，類似于墩臺或承臺構造，它能承擔更大的滑坡推力，可用于特殊的滑坡治理工程或特殊用途的邊坡工程。 單樁是抗滑樁的根本型式，也是常用的構造型式，其特點是簡單，80§5．1．2抗滑樁設計要求和設計內容抗滑樁設計一般應滿足以下要求：(1)抗滑樁提供的阻滑力要使整個滑坡體具有足夠的穩(wěn)定性，即滑坡體的穩(wěn)定平安系數(shù)滿足相應標準規(guī)定的平安系數(shù)或可靠指標，同時保證坡體不從樁頂滑出，不從樁間擠出；(2)抗滑樁樁身要有足夠的強度和穩(wěn)定性，即樁的斷面要有足夠的剛度，樁的應力和變形滿足規(guī)定要求；(3)樁周的地基抗力和滑體的變形在容許范圍內；(4)抗滑樁的埋深及錨固深度、樁問距、樁構造尺度和樁斷面尺寸都比較適當，平安可靠，施工可行、方便，造價較經濟。§5．1．2抗滑樁設計要求和設計內容81根據(jù)上述設計要求，抗滑樁的設計內容一般為：(1)進展樁群的平面布置，確定樁位、樁間距等平面尺度；(2)擬定樁型、樁埋深、樁長、樁斷面尺寸；(3)根據(jù)擬定的構造確定作用于抗滑樁上的力系；(4)確定樁的計算寬度，選定地基反力系數(shù)，進展樁的受力和變形計算；(5)進展樁截面的配筋計算和一般的構造設計；(6)提出施工技術要求，擬定施工方案，計算工程量，編制概(預)算等。根據(jù)上述設計要求，抗滑樁的設計內容一般為：82§5．1．3抗滑樁的設計計算程序

根據(jù)上述設計要求和設計內容，抗滑樁的設計計算程序如圖5．4所示。§5．1．3抗滑樁的設計計算程序83抗滑樁的設計課件84§5．2抗滑樁設計荷載確實定 作用于抗滑樁上的力系主要有兩大局部：作用于樁上部的滑坡推力和樁周地層對樁的反力。對有錨樁，還有錨桿或錨索系統(tǒng)對樁上部的橫向拉力和壓力?！?．2抗滑樁設計荷載確實定85§5．2．1滑坡推力確實定 滑坡推力作用于滑面以上局部的樁背上，其方向假定與樁穿過滑面點處的切線方向平行。滑坡推力的計算見第2章或第4章相關內容，即采用不平衡推力傳遞系數(shù)法計算所得的樁所在坡體坡足處的不平衡推力。通常假定每根樁所承擔的滑坡推力等于兩樁中心間距寬度范圍內的滑坡推力，即將前述方法計算所得的滑坡推力值乘以樁間距?；峦屏υ跇侗成系姆植己妥饔命c位置，與滑坡的類型、部位、地層性質、變形情況及地基反力系數(shù)等因素有關。根據(jù)文獻[2]、[3]的經歷，對于液性指數(shù)小，剛度較大和較密實的滑坡體，從頂層至底層的滑動速度常大體一致，假定滑面上樁背的滑坡推力分布圖形呈矩形；對于液性指數(shù)較大，剛度較小和密實度不均勻的塑性滑體，其靠近滑面的滑動速度較大，而滑體表層的速度那么較小，假定滑面以上樁背的滑坡推力圖形呈三角形分布；介于上述兩者之間的情況可假定樁背推力分布呈梯形。§5．2．1滑坡推力確實定86§5．2．2地基反力確實定(1)地基反力 當樁前土體不能保持穩(wěn)定可能滑走時，不考慮樁前土體對樁的反力，僅考慮滑面以下地基土對樁的反力，抗滑樁嵌固于滑面以下的地基中，相當于懸臂樁。當樁前土體能保持穩(wěn)定，此時抗滑樁按所謂的“全埋式樁〞考慮，可將樁前土體(亦為滑體)的抗力作為的外力考慮，仍可將樁看成懸臂樁考慮。 樁將滑坡推力傳遞給滑面以下的樁周土(巖)時，樁的錨固段前后巖(土)體受力后發(fā)生變形，并由此產生巖(土)體的反力。反力的大小與巖(土)體的變形狀態(tài)有關。處于彈性階段時，可按彈性抗力計算，處于塑性階段變形時，情況那么比較復雜，但地基反力應不超過錨固段地基土的側向容許承載能力。 另外，樁與地基土間的摩阻力、粘著力、樁變形引起的豎向壓力一般來說對樁的平安有利，通常略去不計。為簡化計算，樁的自重和樁底應力等也略去不計?！?．2．2地基反力確實定87(2)地基反力系數(shù) 樁側巖土體的彈性抗力系數(shù)簡稱為地基反力系數(shù)，是地基承受的側壓力與樁在該位置處產生的側向位移的比值。也即單位土體或巖體在彈性限度內產生單位壓縮變形時所需施加于其單位面積上的力。目前常采用的有三種假設：①假設地基系數(shù)不隨深度而變化，即地基系數(shù)為常數(shù)的K法；②假定地基系數(shù)隨深度而呈直線變化的m法；③地基反力系數(shù)沿深度按凸拋物線增大的C法。 地基反力系數(shù)K，m應通過試驗確定。一般情況下，試驗資料不易獲得，文獻[1]、[2]列出了較完整巖層的地基系數(shù)K值，見表5．1，非巖石地基的m值，見表5．2，可供設計時參考。(2)地基反力系數(shù)88注：一般情況，KH=(0．6～0．8)Kv；巖層為厚層或塊狀整體時，KH=Kv?？够瑯兜脑O計課件89 當?shù)鼗翞槎鄬油習r，采用按層厚以等面積加權求平均的方法求算地基反力系數(shù)。當?shù)鼗翞?層時，有 (5.1) 當?shù)鼗翞?層時，有 (5.2)式中：ml、m2、m3——分別為第l層、第2層、第3層地基土的m值； ll、l2、l3——分別為第l層、第2層、第3層地基土的厚度。其他多層土可仿此進展計算。 當?shù)鼗翞槎鄬油習r，采用按層厚以等面積加權求平均的方法求算90 當采用C法時，地基反力系數(shù)式為，C為地基反力系數(shù)的比例系數(shù)，x為深度。研究說明，當x到達一定深度時，地基反力系數(shù)漸趨于常數(shù)。比例系數(shù)c值參見表5．3。注：[y0]為樁在地面處的水平位移允許值。 當采用C法時，地基反力系數(shù)式為913)P～Y曲線法 上述的K法、m法和C法能根據(jù)彈性地基上梁的撓曲線微分方程用無量綱系數(shù)求解抗滑 樁的承載力、內力和變位。但當樁開展到較大的位移，土的非線性特性將變得非常突出。P～Y曲線法那么考慮了土的非線性特點，它既可用于小位移，也可用于較大位移的求解。 P～Y曲線法是根據(jù)地基土的實驗數(shù)據(jù)來繪制，目前一般采用Matlock建議的軟粘土P～Y曲線繪制方法[1]和Resse建議的硬粘土和砂性土的P～Y曲線繪制方法[4]。在濱河、濱海的軟 土地基中，P～Y曲線已得到較多的應用。3)P～Y曲線法92§5．3抗滑樁的計算方法 抗滑樁為承受水平荷載的樁，計算水平受荷樁的方法均可采用?！?．3．1剛性樁與彈性樁的區(qū)分 抗滑樁受到滑坡推力后，將產生一定的變形。根據(jù)樁和樁周土的性質和樁的幾何性質，其變形有兩種情形:一是樁的位置發(fā)生了偏離，但樁軸線仍保持原有線型，變形是由于樁周土的變形所致。另一種是樁的位置和樁軸線同時發(fā)生改變，即樁軸線和樁周土同時發(fā)生變形。前一種情況樁尤如剛體一樣，僅發(fā)生了轉動，故稱其為剛性樁，后者就稱為彈性樁。試驗研究說明，當抗滑樁埋入穩(wěn)定地層內的計算深度為某一臨界值時，可視樁的剛度為無窮大，樁的側向極限承載力僅取決于樁周土的彈性抗力大小。工程中就把這個臨界值作為判斷是剛性樁或彈性樁的標準。§5．3抗滑樁的計算方法93臨界值規(guī)定如下：按K法計算，≤1．0時，抗滑樁屬剛性樁；

>1．0時，抗滑樁屬彈性樁。按m法計算，≤2．5時，抗滑樁屬剛性樁；

>2．5時，抗滑樁屬彈性樁。 式中，、均定義為樁的變形系數(shù)，單位為，分別按下式計算：

(5.3) (5.4)式中：KH——K法的側向地基系數(shù)，kN／m3；

BP——樁的正面計算寬度，m；

mH——m法的地基系數(shù)的比例系數(shù)，kN／m4；

E、I——樁的彈性模量，kPa，樁的截面慣性矩，m4。臨界值規(guī)定如下：94§5．3．2剛性樁的計算

把滑面以上抗滑樁受荷載段上所有的力均當作外力，樁前的滑體抗力按其大小從外荷載中減去，對滑面以下的樁段取脫離體，滑面以上的外荷載對滑面處樁截面產生彎矩和剪力?；嫦聵吨芡恋膫认驊屯恋目沽捎擅撾x體的平衡而求得，并進而計算樁的內力。

(1)地基土為單一土層時 如圖5．5所示，滑面以下為同一m值，樁底自由，滑面處的彈性抗力系數(shù)分別為Al、A2，H為滑坡推力與剩余抗滑力之差，x0為下部樁段轉動軸心距滑面的距離，α為旋轉角，Z0為滑坡推力至滑面的距離?！?．3．2剛性樁的計算95當0≤x≤x0時樁身變位：Y=(x0-x)樁側應力：樁身剪力：樁身彎矩：當x0≤X≤l2時樁身變位：樁側應力：樁身剪力：樁身彎矩： 根據(jù)靜力平衡條件∑H=0和∑M=0可解得：當0≤x≤x0時96令：那么有： (5.5) (5.6)解方程式(5．5)，可找出x0，將其代入式(5．6)，那么可算出。令：97(2)地基土為兩種地層時 樁身置于兩種不同的地層，樁底按自由端考慮，樁變位時，旋轉中心將隨地質情況變化而變化。仍采用單一土層時求靜力平衡方程∑H=0和∑M=0的條件求解。先求解出x0，再計算。(2)地基土為兩種地層時98§5．3．3彈性樁的計算 抗滑樁滑面以上局部所受荷載，見圖5．6a)，可以將其對滑面以下樁段進展簡化，簡化后樁的計算圖式見圖5．6b)。此時，可根據(jù)樁周土體的性質確定彈性抗力系數(shù)，建立撓曲微分方程式，通過數(shù)學求解可得滑面以下樁段任一截面的變位和內力計算的一般表達式。最后根據(jù)樁底邊界條件計算出滑面處的位移和轉角，再計算出樁身任一深度處的變位和內力?！?．3．3彈性樁的計算99(1)m法樁頂受水平荷載的撓曲微分方程為

(5.7)式中：EI——樁的抗彎剛度；

BP——樁的計算寬度；其余符號意義見圖5．6b或同前。 式(5．7)為四階線性變系數(shù)齊次微分方程，采用冪級數(shù)的解法，整理后有：

(5.8)(1)m法100式中：Yx，，Mx，Qx——分別為錨固段樁身任意截面的位移(m)、轉角(rad)、彎矩(kN·m)和剪力(kN)；

Y0，，M0，Q0——分別為滑面處樁的位移(m)、轉角(rad)、彎矩(kN·m)和剪力(kN)；

Ai，Bi，Ci，Di——隨樁的換算深度而變化的m法的影響函數(shù)值，見表5．4；

x——滑面處以下錨固段計算斷面的深度(m)。 其余符號意義同前，按式(5．4)計算。式(5．8)為m法計算樁的一般表達式。計算時必須先求得滑動面處的Y0和，才能求出樁身任一截面處的位移、轉角、彎矩和剪力，地基土對該截面的側向應力。一般應根據(jù)樁底的邊界條件來確定。式中：Yx，，Mx，Qx——分別為錨固段樁身任意截面101抗滑樁的設計課件102抗滑樁的設計課件103①當樁底為固定端時，有yB=0，=0，MB≠0，QB≠0。將邊界條件代入式(5．8)中的第1式和第2式，聯(lián)立求解得：

(5.9)②當樁底為鉸接端時，yB=0，MB=0；≠0，QB≠0。將邊界條件代入式(5．8)中第l、第3式，聯(lián)立求解得：

(5.10)③當樁底為自由端時，MB=0，QB=0；≠0，yB≠0。將邊界條件代入式(5．8)中第3、第4式，聯(lián)立求解得：

(5.11)

將上述各種邊界條件下相應的y0、代入式(5．8)，即可求得滑動面以下樁身任一截面的位移、轉角、彎矩和剪力。①當樁底為固定端時，有yB=0，=0，MB≠0，QB≠104(2)K法 依假定，樁錨固段的撓曲微分方程為：

(5.12)

由式(5．3)N定義，有，式(5．12)可寫為

(5.13)

求解上述常系數(shù)齊次微分方程，整理代換后有：(2)K法105式中：，，，——K法的影響函數(shù)，表達式如下：

(5.15)

式(5．14)為K法的一般表達式。同樣，計算時要先求滑面處的y0和，才能求樁身任一截面處的變位和內力以及地基土在該截面處的側向應力。一般根據(jù)樁底邊界條件確定。式中：，，，——K法的影響函數(shù)，表達式如下：106①當樁底為固定端時，yB=0，=0，代入式(5．14)中第l、第2式，聯(lián)立求解得：

(5.16)②當樁底為鉸接端時，yB=0，MB=0，代入式(5．14)中第l、第3式，聯(lián)立解得：

(5.17)③當樁底為自由端時，MB=0，QB=0，代入式(5．14)中第3、第4式，聯(lián)立解得：

(5.18)將上述各種邊界條件下相應的Y0、代入式(5．14)即可求得滑面下錨固段樁身任一截面的變位和內力。①當樁底為固定端時，yB=0，=0，代入式(5．14)中107(3)滑動面處地基反力不為零時的處理方法 對于滑坡工程而言，由于滑面以上有滑體存在，抗滑樁樁前土體和樁后土體的高度是不一致的，對于滑面來說，相當于在樁后土體(彈性體)的外表有附加荷載的作用。假設用K法，這一附加荷載不影響地基土的彈性性質。假設采用m法，即地基系數(shù)隨深度而呈直線增加，在滑面處的地基系數(shù)不為零，而是某一數(shù)值A，那么滑面以下某一深度x處巖土抗力的表達式為Px=A+mx，即滑面以下的地基系數(shù)分布呈梯形變化。為了利用m法推出的公式和影響系數(shù)計算此類問題，可進展如下處理： ①將地基系數(shù)的變化圖形向上延伸至虛點A，延伸的高度，見圖5．7； ②自虛點A向下計算樁的內力和變位，仍可使用表5．4，但此時應重新確定A點的初參數(shù)MA、QA、yA、；(3)滑動面處地基反力不為零時的處理方法108 ③A點處的初參數(shù)可由滑面處條件和樁底處的邊界條件確定，即在MA和QA作用下，必須滿足以下條件：當x=0時(在滑面處)

當x=l2時(樁底處) MB=0，QB=0(樁底為自由端)或YB=0，=0(樁底為固定端)樁底為自由端時可建立以下方程 (5.19) ③A點處的初參數(shù)可由滑面處條件和樁底處的邊界條件確定，即在109樁底為固定端時可將式(5．19)中第3式、第4式改為以下方程即可， (5.20)上列各式中：，，，(i=3，4)——在滑面處的影響系數(shù)值； ，，，(i=1，2，3，4)——在樁底處的影響系數(shù)值。 樁底為自由端時，聯(lián)解組(5．19)；樁底為固定端時，聯(lián)解式(5．19)中第l式、第2式和式(5．20)組成的方程組，求得MA、QA、YA、值，代入式(5．8)中直接使用表5．4中的影響系數(shù)值，就可方便地計算滑面以下樁身任一深度處的內力和變位。樁底為固定端時可將式(5．19)中第3式、第4式改為以下方程110(4)滑面處(樁頂，x=0)樁為鉸接時或箝固時的處理方法 當抗滑樁采用排架樁時，樁頂處由于系梁或承各排架的作用而簡化為鉸接或箝固，此時用m法計算時需要做一些變換處理。 式(5．8)為m法計算抗滑樁在任意深度戈處樁變位和內力的表達式，也可寫成如下形式的表達式(將式(5．9)～(5．11)代人式(5．8)整理代換后即可得)：

(5.21)式中：AY，BY，，，AM，BM，AQ，BQ——分別為計算位移、轉角、彎矩和剪力的無量綱系數(shù)。 樁頂鉸接時的A值見表5．5～5．8，B值見表5．9～5．12。(4)滑面處(樁頂，x=0)樁為鉸接時或箝固時的處理方法111抗滑樁的設計課件112抗滑樁的設計課件113抗滑樁的設計課件114抗滑樁的設計課件115抗滑樁的設計課件116抗滑樁的設計課件117抗滑樁的設計課件118抗滑樁的設計課件119樁頂箝固時，即邊界條件為(x=0)=0，代入式(5．21)中第2式，可得

(5.22)將式(5．22)代入式(5．21)中第l式，得

(5.23)將式(5．22)代人式(5．21)中第3式，得

(5.24)將式(5．22)代入式(5．21)中第4式，得

(5.25)式中，AYF、AMF,AQF分別為樁頂箱固時計算樁位移、彎矩、剪力的無量綱系數(shù)。Q0可根據(jù)排樁、排架樁或群樁的空間位置、剛度和連接情況將滑坡推力分配到各根樁上而求得。樁頂箝固時，即邊界條件為(x=0)=0，代入式(5．120§5．4抗滑樁的設計§5．4．1抗滑樁的布設(1)抗滑樁的平面布置 抗滑樁的平面布置指的是樁的平面位置和樁間距。一般根據(jù)邊坡的地層性質、推力大小、滑動面坡度、滑動面以上的厚度、施工條件、樁型和樁截面大小以及可能的錨固深度以及錨固段的地質條件等因素綜合考慮決定。 對一般邊坡工程，根據(jù)主體工程的布置和使用要求而確定布樁位置。 對滑坡治理工程，抗滑樁原那么布置在滑體下部，即在滑動面平緩、滑體厚度較小、錨固段地質條件較好的地方，同時也要考慮到施工的方便。對地質條件簡單的中小型滑坡，一般在滑體前緣布設一排抗滑樁，樁排方向應與滑體垂直或近垂直。對于軸向很長的多級滑動或推力很大的滑坡，可考慮將抗滑樁布置成兩排或多排，進展分級處治，分級承擔滑坡推力；也可考慮在抗滑地帶集中布置2～3排、平面上呈品字形或梅花形的抗滑樁或抗滑排架。對滑坡推力特別大的滑坡，可考慮采用抗滑排架或群樁承臺。對于軸向很長的具有復合滑動面的滑體，應根據(jù)滑面情況和坡面情況分段設立抗滑樁，或采用抗滑樁與其他抗滑構造組合布置方案?！?．4抗滑樁的設計121(2)抗滑樁的間距 抗滑樁的間距受滑坡推力大小、樁型及斷面尺寸、樁的長度和錨固深度、錨固段地層強度、滑坡體的密實度和強度、施工條件等諸多因素的影響，目前尚無較成熟的計算方法。適宜的樁間距應該使樁間滑體具有足夠的穩(wěn)定性，在下滑力作用下不致從樁間擠出。可按在能形成土拱的條件下，兩樁間土體與兩側被樁所阻止滑動的土體的摩阻力不少于樁所承受的滑坡推力來估計。一般采用的間距為6～10m[2][3]。。當樁間采用了構造連接來阻止樁間楔形土體的擠出，那么樁間距完全決定于抗滑樁的抗滑力和樁間滑體的下滑力。 當抗滑樁集中布置成2～3排排樁或排架時，排間距可采用樁截面寬度的2～3倍[3]。(2)抗滑樁的間距122(3)樁的錨固深度 樁埋入滑面以下穩(wěn)定地層內的適宜錨固深度，與該地層的強度、樁所承受的滑坡推力、樁的相對剛度以及樁前滑面以上滑體對樁的反力等因素有關。原那么上由樁的錨固段傳遞到滑面以下地層的側向壓應力不得大于該地層的容許側向抗壓強度、樁基底的壓應力不得大于地基的容許承載力來確定。 錨固深度是抗滑樁發(fā)揮抵抗滑體推力的賴以生存的前提和條件，錨固深度缺乏，抗滑樁缺乏以抵抗滑體推力，容易引起樁的失效。但錨固過深那么又造成工程浪費，并增加了施工難度?？刹扇】s小樁的間距，減少每根樁所承受的滑坡推力，或增加樁的相對剛度等措施來適當減少錨固深度。 當錨固段地層為土層及嚴重風化破碎巖層時，樁身對地層的側壓力應符合以下條件： (5.36)式中：——樁身對地層的側壓應力，kPa； ——地層巖(土)的重度，kN／m3； ——地層巖(土)的內摩擦角，°；c——地層巖(土)粘聚力，kPa；l——地面至計算點的深度，m。(3)樁的錨固深度123 樁底可按自由支承處理，即令QB=0，MB=0。 當錨固段地層為比較完整的巖質、半巖質地層時，樁身對圍巖的側向壓應力應符合以下條件： (5.