成大業(yè)
【摘 要】以府谷煤炭鐵路專用線一古滑坡體的防治為依托,通過對抗滑樁的內(nèi)力計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計的論述和檢算,明確了抗滑樁支檔工程的設(shè)計步驟及原理。
【關(guān)鍵詞】抗滑樁;滑坡推力;內(nèi)力計算;結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.工程概況
1.1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況
在建府谷煤炭鐵路專用線DK24+590至DK24+655段,線路以挖方形式穿越古滑坡體。工區(qū)地貌為黃土丘陵區(qū)的山前緩坡地帶,地形起伏較大,呈南高北低之勢,高程1010~1060m,相對高差50m,東西寬約70米,南北長約80m,據(jù)現(xiàn)場勘探及施工開挖揭示情況判斷,滑面坡度約為20度,滑體厚2.0~8.0m?;w上部為砂質(zhì)黃土,下部為砂巖、泥巖;滑床為風(fēng)化較嚴(yán)重的砂巖、泥巖,可當(dāng)密實土層考慮??睖y期間勘探范圍內(nèi)未見地下水。土壤最大凍結(jié)深度1.50m;地震動峰值加速度0.05g。
1.2古滑坡復(fù)活誘因
該段路塹在開挖完成后的1個多月時間內(nèi)雖有臨空面形成,但并未出現(xiàn)滑動現(xiàn)象,坡體處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)。2012年7月21日府谷地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水,在發(fā)生強(qiáng)降水之后的一個月后,路塹左側(cè)邊坡發(fā)生局部滑動,向路塹挖方內(nèi)側(cè)剪出坍塌,短時間內(nèi)的高強(qiáng)度降水,使得大量雨水滲入滑體及滑帶,增大滑坡體容重的同時,降低了滑帶抗剪強(qiáng)度,進(jìn)而誘發(fā)古滑坡復(fù)活。
1.3滑坡推力
該滑坡滑體厚度較大且局部有滑塌堆積物,自后緣起10m一級刷坡,坡率1:1.50,以便修整坡面減小滑坡推力。推力計算參數(shù)取值,滑帶土綜合內(nèi)摩擦角?=19°,滑體取飽和重度rsat=22kN/m3,k=1.20,c=1.0KPa,抗滑樁附近滑體厚度6.0m,采用傳遞系數(shù)法計算求得該處滑坡推力E=470.40KN/m3。
2.抗滑樁內(nèi)力計算
滑床處的地基土為強(qiáng)風(fēng)化的砂巖及泥巖,取滑面處的地基系數(shù)A=78543KN/m3,滑床土的地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)采用m=39227KN/m4,樁位附近滑體厚度6.0m,擬抗滑樁采用C30混凝土,其彈性模量Eh=30Gpa,樁斷面為2m×3m。相對剛度系數(shù)EI=0.85EhI=11.475×107KN·m2,樁間距4.0m,樁的計算寬度Bp=b+1=3m,樁的埋深h=7.0m,見(圖1.1)所示。
圖1.1
采用地基系數(shù)隨深度成比例增加(m法)求解。
2.1樁的剛度
樁的變形系數(shù)α==0.252(m),樁的換算深度α·h=0.252×7.0=1.764<2.5,屬剛性樁。
2.2荷載計算
假定荷載矩形分布,每根樁所受的水平推力T=470.4×4=1881.6(KN),則q=T/6=313.6(KN/m),滑面處剪力Q0=470.4×3=1411.2(KN),彎矩M0=1881.6×3=5644.8(KN·m)。
2.3滑面至旋轉(zhuǎn)中心的距離
錨固段地基系數(shù)隨深度成比例增加,樁底為自由端時,如(圖2.1)所示??够瑯对谕夂勺饔孟?,繞樁軸某點O1發(fā)生平面轉(zhuǎn)動后樁處于靜力平衡狀態(tài),假定其轉(zhuǎn)角為?,滑面至旋轉(zhuǎn)中心的距離為y0,為求解錨固段樁體的內(nèi)力,必須先求出y0和?的值。
圖2.1
y=
?=
式中C0=m0·h(m0為滑面處對應(yīng)m的豎直地基系數(shù)變化的比例系數(shù))為深度h處的豎向地基系數(shù),W=ba2/6為樁底面抵抗矩,h=7m為裝埋深,a=3m為樁底沿Q0作用方向的長度,b=2m為樁的寬度。
2.4抗滑樁錨固段內(nèi)力
滑動面以下深度y處樁截面的剪力和彎矩,可取y處上部為分離體,由∑x=0及∑M=0求出:
Qy=Q0-Bmφy2(3y0-2y) My=M0+Q0y-Bmφy3(2y0-y)
由此可繪制出錨固段樁身各點的剪力和彎矩,見(圖2.2)所示,當(dāng)樁底偏心距離e>a/6時,樁底應(yīng)力重分布,此時需要按應(yīng)力重分布條件導(dǎo)出樁軸線的轉(zhuǎn)角?、轉(zhuǎn)動中心距滑面處的距離y0以及應(yīng)力重分布的寬度,然后再計算任一截面處的彎矩和剪力。
2.5抗滑樁受荷段內(nèi)力
當(dāng)樁前滑體能夠自身穩(wěn)定,并且有一定的穩(wěn)定強(qiáng)度時,在樁受力后,樁前滑體能夠提供一定的支撐反力以穩(wěn)定滑體。這部分力的大小、分布規(guī)律及對樁的作用很復(fù)雜,目前多按剩余下滑力考慮,其分布規(guī)律可采用與滑坡推力相同的分布圖形如三角形、矩形、梯形。本工點樁前滑面以上無覆蓋地層,故不存在這種反力,受荷段屬于完全懸臂狀態(tài),樁的受荷段只承受滑坡推力,其內(nèi)力計算公式為:
Qy=T1y+ My=0.5T1y2+
式中,Qy為懸臂段任意計算點的剪力(KN);My為懸臂段任意計算點的彎矩(KN·m);y為樁頂至任意計算點的距離(m);本工點假定滑坡推力為矩形分布,式中T1=T2=313.6(KN/m);H1=6.0(m)為受荷段高度,帶入以上二式即可求得懸臂段樁身內(nèi)力,見(圖2.2)所示,最終求得最大彎矩=6208.069(KN·m),距離樁頂 8.074(m),最大剪力1989.725(KN),距樁頂10.926(m)。
圖2.2
3.抗滑樁結(jié)構(gòu)設(shè)計
抗滑樁受到滑坡推力和錨固地層抗力作用,在荷載作用下產(chǎn)生彎曲(轉(zhuǎn)動),為了防止樁體由于荷載作用產(chǎn)生過大變形與破壞,樁身需要配置縱向受力鋼筋以抵抗彎矩,配置箍筋以抵抗剪力。樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》,按受彎構(gòu)建考慮。無特殊要求是抗滑樁一般不做變形、抗裂、撓度等項計算。抗滑樁采用C30混凝土,縱向受力鋼筋選用HRB400級,箍筋選用HRB335級,結(jié)構(gòu)設(shè)計計算如下:
3.1根據(jù)設(shè)計彎矩計算縱向受力鋼筋
抗滑樁總長13.0m,取最大彎矩處為控制截面,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0,則控制截面處的設(shè)計彎矩為6209(KN·m)。按混凝土結(jié)構(gòu)正截面受彎承載力計算模式,計算受力鋼筋,計算按單筋矩形截面考慮,保護(hù)層厚度取100mm,若為單排布筋,則樁截面有效高度h0=2900mm。
計算控制截面受力鋼筋截面積。混凝土受壓區(qū)高度x,截面受力鋼筋截面積As。
x= A=
式中混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值fc=14.3(N/mm2),α1=1.0,帶入后分子取二者之差求得x=76mm;fy=360(N/mm2),為鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值,其余數(shù)值如前所屬帶入后求得As=6026(mm2)。選用8根?32實有As=6431(mm2),滿足要求,則受拉側(cè)鋼筋布置間距為225(mm)。
3.2根據(jù)設(shè)計剪力配箍筋
樁身剪力極值位于地面下10.926m處,等于1989.725(KN),同樣結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0,取1989.725(KN)為設(shè)計剪力。樁身受剪承載力的計算,采用鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力相關(guān)計算公式,均布荷載下矩形截面梁,當(dāng)僅配箍筋時,斜截面承載力按下式計算:
Vu=0.7ftbh0+1.25fyvh0
式中Vu為受剪承載力設(shè)計值(KN);ft=1.43為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計值(N/mm2);fyv為箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值(Kpa);Asv為配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面積(mm2),Asv1為單肢箍筋的截面積(mm2);s為沿樁身箍筋間距(mm)。
先對是否需要配箍筋抵抗剪力進(jìn)行驗算:0.7ftbh0=5806(KN)>1989.725(KN)即剪力設(shè)計值小于混凝土抗剪承載力,故按構(gòu)造要求配筋即可。當(dāng)剪力設(shè)計值大于混凝土的抗剪承載力時,需要進(jìn)行箍筋設(shè)計,由上式導(dǎo)出Asv/s后,即可進(jìn)行箍筋驗算,直至滿足要求。
3.3截面配筋圖
上述計算出的縱向受力鋼筋布置于截面受拉側(cè),即近山側(cè)。受壓側(cè)或遠(yuǎn)山側(cè)布置構(gòu)造鋼筋以形成鋼筋骨架,此處選8跟HRB400級?26,間距225(mm)。另外,各選7根HPB300級?26布置于抗滑樁兩側(cè)邊間距300mm。箍筋布置滿足構(gòu)造配筋要求,采用間距300mm,HRB335級?16鋼筋。綜上所述可繪出抗滑樁的截面配筋圖。
4.結(jié)束語
本文通過工程實例,從原理上講述了抗滑樁設(shè)計的條件和步驟,對于軟弱地層的大型滑坡體采用抗滑樁支檔是必要的。本文所采用的檢算方法可為類似抗滑樁的設(shè)計及優(yōu)化提供參考和依據(jù)。
【參考文獻(xiàn)】
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