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=20kPa Ф=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

14.73 331.4 12.5 71 第一块

270.5 6086.25 32.3 28 第二块

185.4 4171.8 20.3 42 第三块

215.9 4857.75 14.45 3 第四块

187.25 4213.05 15.25 3 第五块

87.67 1972.6 20.7 6 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) 1 331.4 71 20 12.5 250 10 0.176 107.9 19.0 313.34 376 2 6086.25 28 20 32.3 646 10 0.176 5373.8 945.8 2857.3 3428.8 3 4171.8 42 20 20.3 406 10 0.176 3100.3 545.7 2791.48 3349.8 4 4857.75 3 20 14.45 289 10 0.176 4851.1 853.8 254.2 305.04 5 4213.05 3 20 15.25 305 10 0.176 4207.3 740.5 220.5 264.6 6 1972.6 6 20 20.7 414 10 0.176 1961.8 345.3 206.2 247.43

**,,,,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+16-9-5 1 ——

—— —— 44.34 —— 107 2 43 0.611 27.1 1292.6 65.4 1902.4 3 -14 1 1292.6 3132.4 1902.4 4300.5 4 39 0.666 2086.2 1197.6 2864.1 2026.4

5 —— —— —— -825 —— -780.9

6 -3 1 —— -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/m R56

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/m ERp

, 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

1122 M,qh,，550.2，8,17606.4kN/mA122

Q,qh,550.2，8,4401.6kN/m A1

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=3m P

4已知m=33800kN/ m

1636 EI,0.8EI,0.8，26.5，10，，2，3,95.4，10kN/mh12

mB33800，3,1P55,,,,0.25m 6EI95.4，10

，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

112 Q,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

1123 M,M，Qy,BA,y(3y,y),Bm,y(2y,y)yAAP0P0612

12,17606.4，4401.6y,，3，64100，0.0018y，(3，4.73,y),6 13，3，33800，0.0018y，(2，4.73,y)12

234,17606.4，4401.6y,818.6y,86.2y，15.2y

y (m) Q M 侧应力

0 545.74401.617606.4

1 657.32566.621118.42 647.3579.222688.8

3 515.7-1195.822347.64 262.5-2393.620489.6

5 -112.3-2649.417874.4

6 -608.7-1598.415626.4

7 -1226.71124.215234.88 -1966.3 0 0

最大值 -1966.3 4401.6 22776.27

8 0 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) 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Q (kN) 0 550.2 1100.4 1650.6 2200.8 2751 3301.2 3851.4 4410.6

M(kN/m) 0 550.2 1100.4 2475.9 4401.6 6877.5 9903.6 13479.9 17606.4

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:

0 545.7211.21 713.1

1 657.3227.46 823.1 2 243.71 933.1 647.3

3 515.7259.96 1043.1 4 276.21 1153.1 262.5

5 -112.3292.46 1263.1

6 -608.7308.71 1373.1

7 -1226.7324.96 1483.1

8 -1966.3341.21 1593.1

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,m 3.5K3.5，2.65

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,,0.153 s

有

fbh,,1.0，0.153，9.6，2000，290021b0A,bh,,,28397 mm,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。