抗滑桩设计中关于确定桩间距问题的分析

(2) 土拱自身的抗力 土拱受到滑坡推力后 ,土 拱本身要产生沿滑动方向的变形 ,因此土拱自身存在 一个抗力 ,桩间土拱中的抗力为 P0 。
(3) 土拱传递到抗滑桩的有效滑坡推力 土拱 受到上部滑体传来的推力 P 作用后 ,首先要克服沿滑 动方向的变形所产生的抗滑力 ,同时还要克服土拱下 方土体的反力 (根据前面的假定 ,这里可以将其忽略不 计) ,然后通过土拱将有效推力传递到两侧抗滑桩上 。 因此 ,由土拱传递到两侧抗滑桩的滑坡推力为 :
图 3 22 - 22′剖面抗滑桩布置图 Fig. 3 Disposal of anti2slide pile on profile 22 - 22′
对于图 4 剖面 ,同理可得 l = 2150m , l 3 = 2144m , 故取桩间静距为 2144m ,则桩间距 L = l 3 + a = 4119m。 实际工程设计中所取的桩间距为 610m ,故实际采用的 桩间距偏大 ,为了安全起见 ,建议适当减小桩间距 ,或 者适当增大抗滑桩截面尺寸 。
图 2 桩间土拱受力示意图 Fig. 2 Sketch map of soil arch under pressure
(1) 土拱下方土体抗力 当设置抗滑桩后 ,桩间 存在土拱效应 ,并形成桩间土拱 。由于土拱本身允许 的压缩滑动变形较小 ,则利用土拱下方土体抗力作为 支撑就更小 。滑坡推力作用在土拱后 ,通过土拱把推 力传递到两侧的抗滑桩上 ,并通过抗滑桩的抗滑能力 对边坡起到支挡 、稳定的作用 。只有当土拱破坏时 ,土 拱下方土体反力才会被充分利用[4] 。现在假设抗滑桩 间距恰好小到土拱作用可以充分发挥 ,滑坡推力通过 土拱传递到两侧的抗滑桩上 ,这时桩间土体传递给桩 前下块岩土体的滑坡推力就为零 ,也就是说 ,这时土拱 下方土体抗力对桩间土体的作用可以忽略不计 。
σ1 = σ3 tan2
45°+
< 2
+ 2 Ctan
45°+
< 2
(3)
311 拱顶处 跨中即拱顶截面处的前缘点 B 为跨中截面中最
不利受力点 ,因此取跨中截面处前缘点 B 作为其最不 利受力点 。B 点的应力状态为 :
σ1
=
HA
bh′
(4)
σ3
=
q
h′
将 (4) 式代入 (3) 式得 :
HA = qbtan2
表 1 抗滑桩设计工程一览表 Table 1 Table of anti2slide piles design works
桩断面 桩顶 悬臂段 锚固段
剖面 ( a ×b) 标高 长度 长度 (m ×m) (m) (m) (m)
22 - 22′ 115 ×210 19710 1110 310 23 - 23′1175 ×2150 19910 1210 710
其它因素不变的情况下 , l 随 C 或 < 的增大而增大 ,随
q 的增大而减小 ,而且随着桩的截面尺寸 b 的增大而
增大 。但实际上 ,由于不能通过增大截面尺寸 b 而无
限增大桩间距 ,必须要保证桩间土拱的形成 ,否则桩间
土体不能把滑坡推力传递到土拱两侧的抗滑桩上 ,桩
间土体会产生滑移变形或流动 ,造成抗滑桩的失效 。
211 基本假定
收稿日期 : 2005201204 ; 修订日期 : 2005203204 基金项目 : 教育部博士点基金项目 (20030491004) ;教育部科学
研究重点项目 (03034) 作者简介 : 郑磊 (19802) ,男 ,硕士研究生 ,从事地质灾害设计 、
治理及防治研究 。 E2mail :widestone @1631com
工程布设处滑体土重度为 2018kNΠm3 ,粘聚力 C = 1418kPa ,内摩擦角 < = 813°。
对于图 3 剖面 , 据 ( 9) 式 计 算 可 得 l = 510m , 据 (12) 式计算可得 l 3 = 417m ,故取桩间静距为 417m ,则 桩间距 L = l 3 + a = 6120m。实际工程设计中所取的 桩间距为 610m ,故实际采用的桩间距是合理的 。
A 点的应力状态为 :
σ1
=
HA
bh′cosθ
(7)
σ3
=
q
h′cosθ
将 (7) 式代入 (3) 式得 :
HA = qbtan2
45°+
< 2
+ 2 Cbh′cosθtan
45°+
< 2
(8)
则根据式 (2) 可得 :
l3
= 2 btan <tan2
45°+
< 2
+
2Cbh′·q Nhomakorabea(9)1
+ 2tan <cosθtan
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水文地质工程地质
2005 年第 6 期
拱本身沿滑动面的抗滑力 ,它们作用后的合力才是沿 土拱传递的有效推力 F ,也就是在设桩处抗滑桩所受 到的滑坡推力 ;抗滑桩侧受到有效推力作用后 ,同时产 生桩侧摩阻力 T 。
设土拱跨度为 l (即桩间净距) ,桩间距为 L ,其后 作用的均布水平荷载 q (图 1) 。土拱能够适应一定位 移而不发生破坏 ,说明该土拱为静定结构拱 ,即三铰 拱 。由结构力学可知 ,在均布荷载下 ,三铰拱的合理拱 轴线是一条抛物线 ,在其各个截面上的弯矩和剪力为 零。
2 桩间土拱形式特征及其受力分析
效推力 。由图 2 知 ,抗滑桩一侧的桩侧摩阻力 T 为 :
T = HA ·tanδ + Cbh′
(1)
式中 : b ———抗滑桩桩侧宽度 ; h′———抗滑桩滑动面以上的高度 ; δ———桩侧与土体之间的摩擦角 ; C ———土体的粘聚力 。
如果 δ大于土体的内摩擦角 < ,偏于安全的原因 , 取 δ等于土体的内摩擦角 <[5] 。
A 点处的切线成θ= 45°-
<的夹角 。 2
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2005 年第 6 期
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抗滑桩设计中关于确定桩间距问题的分析
郑 磊 ,殷坤龙 ,简文星 ,桂树强 (中国地质大学工程学院 ,武汉 430074)
摘要 : 抗滑桩间距的确定是滑坡防治工程中的关键之一 。本文基于土拱效应 ,分析桩间土拱的受力状态 ,通过土拱能够 保持整体稳定性 、拱顶和拱脚处截面最不利受力点达到临界应力状态来共同控制桩间距 ,得到了较为合理的桩间距计算 公式 ,在其它因素不变的情况下 ,分析了桩间距与桩后滑坡推力 、土体粘聚力和内摩擦角之间的关系 ,并结合工程实例进 行了验证 。 关键词 : 滑坡 ;抗滑桩 ;土拱效应 ;桩间距 中图分类号 : P642122 ; TU47311 文献标识码 : A 文章编号 : 100023665 (2005) 0620071204
F = P - P0 = ql 式中 : q ———设桩处的单宽滑坡推力 ,即为土拱所受到
的有效推力 。
3 抗滑桩桩间距的解
在滑坡防治工程中 ,抗滑桩间的土体会形成类似 隧洞顶和桥梁拱圈的作用机理的桩间土拱 ,要保证相 邻两桩间土拱正常发挥作用 ,就需要满足桩间的静力 平衡条件 ,即抗滑桩侧摩阻力之和大于或等于滑坡有
(1) 桩及桩间土体共同承受其后滑坡推力的作用 , 把桩间形成土拱的土体作为研究对象 ,土拱沿桩长方 向均匀分布 。
(2) 土体为各向同性体 ,即在单位厚度的水平土层 内 ,宏观上土质是均匀的 。
(3) 桩后作用的滑坡推力沿桩身方向一般有矩形 分布 、三角形分布和梯形分布 ,这里只讨论滑坡推力为 矩形分布的情形 ,且假定桩后作用的滑坡推力为水平 方向 。
建立土拱平衡力系 :2 T = P - P0 = ql ,即 :
ql = 2 ( HA ·tan < + Cbh′)
(2)
当土拱没有发生破坏时 ,最有可能发生破坏的是 拱顶处截面和拱脚处截面 ,则此两截面处土体在其临 界状态下最大 、最小主应力应该满足 Mohr - Coulomb 破坏准则 :
45°+
< 2
+ 2 Cbh′tan
45°+
< 2
(5)
则根据式 (2) 中建立的土拱平衡力系可得 :
l = 2 btan <tan2
45°+
< 2
+
2 Cqbh′1
+ 2tan <tan
45°+
< 2
(6)
于是相邻两桩中心间距为 L = l + a , a 为桩断面厚度 。
312 拱脚处
在拱脚截面考虑沿着拱轴中心线上 A 点处的应
4 工程实例
重庆市万州区游泳池 1 号变形体位于万开路 (万 州大桥引道) 以西 ,天子停车场以北 ,东以万开路为界 , 南与天子停车场为界 ,北以申明坝小河沟为界 ,西抵长 生河 ,整个外形呈一歪斜的“圈椅状”。其内的预制厂 段位于 22 - 22’以及 23 - 23’剖面范围内 ,抗滑桩剖面 布置图如图 3 、图 4 所示 。现场地质调查表明 ,游泳池 1 号变形体预制厂段近些年来地表地物变形明显 ,崩 滑体后缘拉裂缝宽度达 0110m ,顺着坡面走向延伸 。 本区属于变形体不稳定区 ,现处于蠕动拉裂阶段 ,特别 是久雨或暴雨天气时 ,变形体变形明显 。因此选用抗 滑桩工程对其进行治理 ,设计方案如表 1 。