【文章內(nèi)容簡介】 于滑面以上部分的樁背上，可假定與滑面平行。通常假定每根樁所承受的滑坡推力等于樁矩（中至中）范圍之內(nèi)的滑坡推力。對于液性指數(shù)較大、剛度較小和密實(shí)度不均勻的塑性滑體，其靠近滑面的滑動速度較大，而滑體表層的滑動速度則較小，滑坡推力分布圖形可假定為三角形。（2）抗滑樁截面大，樁周面積大，樁與地層的摩阻力、粘著力必然也大，由此產(chǎn)生的平衡彎矩顯然有利，但其計算復(fù)雜，所以，一般不予考慮。（3）抗滑樁的基底應(yīng)力，主要是由自重引起的。而樁側(cè)摩阻力、粘著力又抵消了大部分自重。實(shí)測資料表明，樁底應(yīng)力一般相當(dāng)小，為簡化計算，通常忽略不計，而對整個設(shè)計影響不大。 作用在抗滑樁上的力系作用在抗滑樁上的外力包括：滑坡推力、受荷段地層（滑體）抗力、錨固段地層抗力、樁側(cè)摩阻力和粘著力以及樁底應(yīng)力等。實(shí)測資料表明，樁底應(yīng)力一般相當(dāng)小，為簡化計算，通常可以忽略不計，而對整個設(shè)計影響不大。因此，實(shí)際作用在樁上的外力為：滑坡推力和樁側(cè)應(yīng)力。 抗滑樁的設(shè)計計算程序根據(jù)上述設(shè)計要求和設(shè)計內(nèi)容，抗滑樁的設(shè)計計算程序如圖17所示。圖17 主要設(shè)計原理及理論 庫倫土壓力理論庫倫于1776年根據(jù)研究擋土墻墻后滑動土楔體的靜力平衡條件，提出了算土壓力的理論。他假定擋土墻是剛性的，墻后填土是無粘性土。當(dāng)墻背移離或移向填土，墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，填后填土是以一個三角形滑動土楔體的形式，沿墻背和填土土體中某一滑裂平面通過墻踵同時向下發(fā)生滑動。根據(jù)三角形土楔的力系平衡條件，求出擋土墻對滑動土楔的支承反力，從而解出擋土墻墻背所受的總土壓力。主動土壓力：圖18　 已知墻背AB傾斜，與豎直線的夾角為ε，填土表面AC是一平面，與水平面的夾角為β，若墻背受土推向前移動，當(dāng)墻后土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)時，整個土體沿著墻背AB和滑動面BC同時下滑，形成一個滑動的楔體△ABC。假設(shè)滑動面BC與水平面的夾角為α，不考慮楔體本身的壓縮變形。取土楔ABC為脫離體，作用于滑動土楔體上的力有：①是墻對土楔的反力P，其作用方向與墻背面的法線成δ角(δ角為墻與土之間的外摩擦角，稱墻摩擦角)；②是滑動面PC上的反力R，其方向與BC面的法線φ角(φ為土的內(nèi)摩擦角)；③是土楔ABC的重力W。根據(jù)靜力平衡條件W、P、R三力可構(gòu)成力的平衡三角形。利用正弦定理，得： （17） （18）被動土壓力： （19） （110） 地基系數(shù)法 (1)地基反力當(dāng)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(dāng)于懸臂樁。當(dāng)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)的抗力作為已知的外力考慮，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(chǎn)生巖(土)體的反力。反力的大小與巖(土)體的變形狀態(tài)有關(guān)。處于彈性階段時，可按彈性抗力計算，處于塑性階段變形時，情況則比較復(fù)雜，但地基反力應(yīng)不超過錨固段地基土的側(cè)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安全有利，通常略去不計。為簡化計算，樁的自重和樁底應(yīng)力等也略去不計。(2)地基反力系數(shù)樁側(cè)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(cè)壓力與樁在該位置處產(chǎn)生的側(cè)向位移的比值。也即單位土體或巖體在彈性限度內(nèi)產(chǎn)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(shè)：①假設(shè)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(yīng)通過試驗(yàn)確定。一般情況下，試驗(yàn)資料不易獲得，文獻(xiàn)[1]、[2]列出了較完整巖層的地基系數(shù)K值，見表12，非巖石地基的m值，見表13，可供設(shè)計時參考。 巖層地基系數(shù)K值 表12注：一般情況，KH =(0．6～0．8)Kv；巖層為厚層或塊狀整體時，KH= Kv。 非巖層地基m值 表13序號土的種類M(kN/m3)序號土的種類M(kN/m3)1流塑性粘土、淤泥30005000 4半堅硬粘性土、粗砂20000300002硬塑性粘土、粉砂5000100005礫砂，角礫砂，礫石土30000800003細(xì)沙、中砂10000200006塊石土，漂石土8000012000當(dāng)?shù)鼗翞槎鄬油習(xí)r，采用按層厚以等面積加權(quán)求平均的方法求算地基反力系數(shù)。當(dāng)?shù)鼗翞?層時，有 (111)當(dāng)?shù)鼗翞?層時，有 (112)式中：ml、mm3——分別為第l層、第2層、第3層地基土的m值； ll、ll3——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(jìn)行計算。當(dāng)采用C法時，地基反力系數(shù)式為Cx=Cx12，C為地基反力系數(shù)的比例系數(shù)，x為深度。研究表明，當(dāng)x達(dá)到一定深度時，地基反力系數(shù)漸趨于常數(shù)。比例系數(shù)c值參見表14。C法比例系數(shù)C值 表14 樁板墻的破壞形式樁長較大時，巖土體有足夠的嵌固作用，樁上設(shè)置錨索也看作固定點(diǎn)，整個樁看做是受均布荷載作用下的簡支梁，樁被彎斷破壞，其條件是樁的容許抗彎能力小于簡支梁的跨中最大彎矩如圖。對于這種破壞模式其解決辦法有三個：第一， 設(shè)計時充分考慮各種荷載組合效應(yīng)，按階段最終工況和最不利荷載進(jìn)行設(shè)計。 圖19第二， 嚴(yán)格控制施工工況，隨著填土高度，錨索力分次施加，而不是一次施加到設(shè)計錨索力。第三， 合理設(shè)計錨索在樁上的位黃，充分考慮預(yù)應(yīng)力錨索樁板體系的最佳受力模式。預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻整體破壞可分為四種情況：(1) 沿填土面與原坡面滑動、破壞樁板墻在填土面與原坡面之間形成明顯分界面，分界面內(nèi)側(cè)是原狀巖土體，其結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定，分界面外側(cè)是人工填筑土，屬于擾動巖土體，其結(jié)構(gòu)性能不穩(wěn)定，所以在此分界面極容易引起填筑土體滑動造成結(jié)構(gòu)整體破壞。為此設(shè)計時高度重視此分界面，并采取必要的工程措施，一般有兩種工程措施：分層鋪設(shè)橫向土工格柵；清理原坡面表層浮土，并每米高度挖成臺階狀，臺階寬度不小于lm。(2) 沿整個結(jié)構(gòu)體深層滑動面破壞在錨索樁板墻結(jié)構(gòu)體深層有潛在滑動面，或由于群錨效應(yīng)引起，或由于地質(zhì)資料不清楚，設(shè)計時錨固段雖然在穩(wěn)定巖土體內(nèi)，但是并沒有穿過深層潛在滑動面。這種破壞形式比較隱蔽，一般通過地質(zhì)勘探方法，詳盡全面的了解潛在深層滑動面，確保錨索錨固段在滑動面以外的穩(wěn)定巖土體內(nèi)。(3) 由于上支擋結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)引起的破壞樁板墻施工過程中，由于在原坡面、坡角開挖卸荷作用，誘發(fā)樁板墻頂點(diǎn)設(shè)計標(biāo)高以上坡體的破壞，上部坡體錯落、坍塌、滑動使得在樁板墻結(jié)構(gòu)體內(nèi)產(chǎn)生巨大的外力，從而引起錨索樁板墻整體破壞。通常對于這種破壞模式要進(jìn)行上部邊坡的加固，采取措施主要有錨索抗滑樁、錨索框架、錨索地梁、錨墩、噴錨等，都可以有效防治這種形式破壞。(4)樁基失效引起的破壞樁板墻作為新型支擋結(jié)構(gòu)，一般設(shè)計為截面小、樁間距小、樁長長，即支擋結(jié)構(gòu)輕型化。若在樁上設(shè)置幾排錨索，錨索力在豎向的分量顯著增大，容易引起路基沉陷、樁前土體隆起等，此時就應(yīng)當(dāng)考慮地基承力是否滿足設(shè)計要求，樁的土抗力是否滿足設(shè)計要求。工程中一般要求樁坐落在穩(wěn)定巖土體上，或置換優(yōu)良低壓塑墊層。通過在樁前反壓以提高樁前土抗力。第二章 樁板墻的設(shè)計 工程概況 蘭渝鐵路 鐵路自蘭州東引出， 通過甘肅省榆中、 定西安定區(qū)、 渭源、 漳縣、 岷縣、 宕昌、 武都等縣市， 再經(jīng)廣元、 南充到達(dá)重慶， 建成后北與隴海線相接， 南與寶成線相連， 是甘肅省通往西南地區(qū)的主要交通干線， 是連接西南和西北兩大區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的交通樞紐。擬建蘭渝鐵路全長約 4 9 3公里， 分別通過黃土高原區(qū)和秦嶺高中山區(qū)，線路通過祁連褶皺系、秦嶺褶皺系、 松 潘一甘孜褶皺系等構(gòu)造單元的三個二級構(gòu)造單元 ， 自西北向西南依次為祁連中間隆起帶、禮縣 一柞水冒地槽褶皺帶、南秦嶺冒地槽褶皺帶，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，類型多樣。同時， 線路跨黃河水系與長江水系， 經(jīng)過不同的氣候帶。從而為各種地質(zhì)問題的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。主要工程地質(zhì)問題有斷層、 滑坡、 泥石流、濕陷性黃土等。為防止滑坡、石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，邊坡工程中根據(jù)實(shí)際情況采取抗滑樁及抗滑擋土墻等工程措施。 工程概述 本工點(diǎn)起訖里程:DK83+280～DK83+415。 本工點(diǎn)位于低山區(qū)，地勢南高北低，坡面較陡，植被茂盛。 工點(diǎn)范圍內(nèi)大部分地表出露中元古界武當(dāng)山群石英云母片巖，局部地表為第四系全新統(tǒng)洪積粉質(zhì)黏土。巖性特征詳述如下： 粉質(zhì)黏土：分布于局部地表，厚度0～1m，灰黃色，土質(zhì)不均，硬塑， Ⅱ級普通土 ,σ0=150kPa。 石英云母片巖：青灰色，片狀構(gòu)造，變晶結(jié)構(gòu)，片理、節(jié)理較發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化，風(fēng)化層厚2～5m。 Ⅳ級軟石 。風(fēng)化層σ0=500kPa；風(fēng)化層以下σ0=800kPa。片理產(chǎn)狀：N35176。E/20176。S。 主要發(fā)育兩組節(jié)理：J1：N50176。W/90176。，間距10～20cm，延伸1～2m，密閉；J2：N65176。E/80176。N，間距20～50cm，～，密閉。 工點(diǎn)范圍內(nèi)地下水為少量基巖裂隙水，水量較小，水質(zhì)較好，無侵蝕性。相當(dāng)于地震基本烈度六度。 設(shè)計內(nèi)容（1） 路塹邊坡開挖坡率的設(shè)計。（2） 進(jìn)行樁群的平面布置，確定樁位、樁間距等平面尺度；（3） 擬定樁型、樁埋深、樁長、樁斷面尺寸；（4） 根據(jù)擬定的結(jié)構(gòu)確定作用于抗滑樁上的力系；（5） 確定樁的計算寬度，選定地基反力系數(shù)，進(jìn)行樁的受力和變形計算；（6） 進(jìn)行樁、擋土板截面的配筋計算和一般的構(gòu)造設(shè)計；（7） 提出施工技術(shù)要求，擬定施工方案，計算工程量，編制概(預(yù))算等。 設(shè)計依據(jù)1． 《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》2． 《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》3． 《鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊——路基》 土壓力計算 指標(biāo)選取1. 圍內(nèi)路塹挖方大部分位于巖體風(fēng)化層內(nèi)，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，預(yù)加固樁外力采用庫侖主動土壓力理論計算，其巖體參數(shù)如下：γ=22kN/m ，c=0，φ=35 ，2. 預(yù)加固樁的外力安全系數(shù)采用K=。3. 刷方減載后的邊坡代表斷面，如圖 圖21 其中坡率根據(jù)工程地質(zhì)資料及《巖質(zhì)邊坡坡率表》可確定為1: 表21 主動土壓力計算對于里程DK83+370,墻高10m假設(shè)破裂面不交于荷載范圍中： 圖22 校核假定與假設(shè)符合，選用以下圖示計算，其中： 圖2315 抗滑樁的設(shè)計1. 根據(jù)滑坡體的位置和形狀，初擬抗滑樁全長：h=17m，其中受荷段：h1=10m,錨固段：h2=7m；樁間距（中至中）：L=6m；樁截面面積：F=ba=3=178。；樁截面慣性距：I=1/12ba179。=1/123179。=；樁截面模量：W=1/6ba178。=1/632=179。；樁的混凝土(C20)彈性模量：E=104MPa；樁的抗彎剛度：EI=25103MPa=104MNm178。；樁的計算寬度：Bp=+1=；樁的變形系數(shù)：尾=KB14EI14=樁的計算深度：尾h2=7=1,按彈性樁計算樁底邊界條件：按自由端考慮。2. 彈性樁的計算原理抗滑樁滑面以上部分所受荷載，見下圖a，可以將其對滑面以下樁段進(jìn)行簡化，簡化后樁的計算圖式見圖b。此時，可根據(jù)樁周土體的性質(zhì)確定彈性抗力系數(shù)，建立撓曲微分方程式，通過數(shù)學(xué)求解可得滑面以下樁段任一截面的變位和內(nèi)力計算的一般表達(dá)式。最后根據(jù)樁底邊界條件計算出滑面處的位移和轉(zhuǎn)角，再計算出樁身任一深度處的變位和內(nèi)力。圖243. 滑動面以上樁身內(nèi)力和變位計算（1） 彎矩和剪力滑動面以上樁所承受的外力為滑坡推力和樁前反力之差Ex,其分布形式在本設(shè)計中取為矩形，內(nèi)力計算時，按一端固定的懸臂梁考慮。彎矩、剪力為： 其中，,土壓力分布圖形中，土壓力分布高度： T=6M02ExHH2滑面以上樁身各點(diǎn)的彎矩和剪力按下式計算：My=Ty22 Qy=TyH——滑動面以上的樁長(m)y——錨固點(diǎn)以上樁身某點(diǎn)距樁頂?shù)木嚯x（m）（2） 水平位移和轉(zhuǎn)角水平位移： 轉(zhuǎn)角： 蠁y=蠁0T6EIH3y3各截面計算結(jié)果見下表： 受荷段樁身內(nèi)力 表32點(diǎn)號距頂距離(m)彎矩(kNm)剪力(kN)位移(mm)樁身轉(zhuǎn)角(。)194