CN109902320B - 一种陡坡路基椅式桩锚固深度设计计算方法 - Google Patents

一种陡坡路基椅式桩锚固深度设计计算方法 Download PDF

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Abstract

一种陡坡路基椅式桩锚固段深度的设计计算方法，以确保该结构使用安全和指导工程设计。包括以下步骤：①假定椅式桩主桩、副桩的锚固深度分别为h2、h1；②计算椅式桩锚固段以上滑动面处的弯矩和剪力；③计算主桩、副桩推力之和p2、p1；④计算桩前岩土体沿剪切面的剪力T2、T1；⑤计算桩前剪切面上的抗剪能力R2、R1：⑥桩前的抗剪承载力验算，应满足T1<R1、T2<R2。如果桩前的抗剪承载力验算不满足T1<R1、T2<R2要求，则增加主桩、副桩锚固深度h2、h1，循环上述步骤①至步骤⑥重新计算直至满足要求为止。

Description

一种陡坡路基椅式桩锚固深度设计计算方法
技术领域
本发明涉及岩土工程，特别涉及陡坡路基椅式桩的锚固深度设计计算方法。
背景技术
高速铁路要求具有高平顺性、稳定性和耐久性，对路基的总沉降、工后沉降及差异沉降量有严格限制。高速铁路陡坡路基随着悬臂的增大，需要解决过大的不均匀沉降和差异沉降，高悬臂大抗力支挡，以及严格控制支挡结构变形等技术难题，而传统的支挡加固结构使用由此受到限制。本申请人公开了一种兼有承重、阻滑及支挡功能的斜坡路基椅式桩板墙结构(专利号为ZL201220577616.1)，该结构包括沿线路纵向间隔设置的悬臂加固桩(主桩)，以及相邻两悬臂加固桩之间在其内侧固定设置的挡土板，悬臂加固桩的悬空出露部分设置与之刚性连接的横向连接梁，并在线路靠山侧与对应间隔设置的埋式加固桩(副桩)刚性连接。相对于传统填筑路基结构，特别是山区陡坡路基工程中，椅式桩板结构墙位移控制的有效性和结构耐久性得以很好体现，尤其在高大边坡支挡工程中应用具有较大优势。结构中的椅式桩是一种超静定结构，其桩基锚固深度设计计算方法有别于传统锚固桩设计计算，由此提出适用于陡坡路基椅式桩锚固深度设计计算方法具有必要性和重要性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种陡坡路基椅式桩锚固深度设计计算方法，以确保该结构使用安全和指导工程设计。
本发明解决该技术问题采用技术方案如下：
本发明的一种陡坡路基椅式桩锚固深度设计计算方法，它包括以下步骤：
①假定椅式桩主桩、副桩的锚固深度分别为h2、h1；
②计算椅式桩锚固段以上滑动面处的弯矩和剪力，M2、Q2分别为主桩滑动面处的弯矩和剪力，M1、Q1分别为副桩滑动面处的弯矩和剪力；
③计算主桩、副桩推力之和p2、p1：
(3.1)计算主桩推力之和p2
Figure GDA0004044677080000021
(3.2)计算副桩推力之和p1
Figure GDA0004044677080000022
④计算桩前岩土体沿剪切面的剪力T2、T1：
(4.1)计算桩前岩土体达到被动Rankine状态时的剪切面与水平最大主应力的夹角β：
Figure GDA0004044677080000023
式中，
Figure GDA0004044677080000024
为锚固段地层的内摩擦角；
(4.2)计算主桩桩前岩土体沿剪切面的剪力T2：
T2＝p2×cosβ；
(4.3)计算副桩桩前岩土体沿剪切面的剪力T1：
Figure GDA0004044677080000025
⑤计算桩前剪切面上的抗剪能力R2、R1：
(5.1)计算主桩桩前剪切面上的抗剪能力R2：
Figure GDA0004044677080000026
式中，
Figure GDA0004044677080000027
θ为滑动面的倾角；
(5.2)计算副桩桩前剪切面上的抗剪能力R1：
Figure GDA0004044677080000028
式中，
Figure GDA0004044677080000031
⑥桩前的抗剪承载力验算，应满足T1<R1、T2<R2：
(6.1)主桩桩前的抗剪承载力验算：
Figure GDA0004044677080000032
式中，c、
Figure GDA0004044677080000033
分别为锚固段地层的粘聚力和内摩擦角；
(6.2)副桩桩前的抗剪承载力验算：
Figure GDA0004044677080000034
式中，c、
Figure GDA0004044677080000035
分别为锚固段地层的粘聚力和内摩擦角。
所述步骤⑥中，如果桩前的抗剪承载力验算不满足T1<R1、T2<R2要求，则增加主桩、副桩锚固深度h2、h1，循环上述步骤①至步骤⑥重新计算直至满足要求为止。
本发明的有益效果是，有效解决了陡坡路基椅式桩锚固深度的设计计算方法，可以确保该结构使用的安全性和指导工程设计。
附图说明
本说明书包括如下三幅附图：
图1是本发明陡坡路基椅式桩结构示意图；
图2是本发明陡坡路基椅式桩锚固深度设计计算方法的锚固段桩前岩土体抗剪能力计算模型示意图；
图3为计算流程图；
图中示出构件名称及所对应的标记：主桩1、副桩2、横向连接梁3、挡土板4、填料5、土层B、岩层A、滑动面F。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参照图1、图2和图3，一种陡坡路基椅式桩锚固段深度设计计算方法，它包括以下步骤：
①假定椅式桩主桩、副桩的锚固深度分别为h2、h1；
②计算椅式桩锚固段以上滑动面处的弯矩和剪力，M2、Q2分别为主桩滑动面处的弯矩和剪力，M1、Q1分别为副桩滑动面处的弯矩和剪力；
③计算主桩、副桩推力之和p2、p1：
(3.1)计算主桩推力之和p2
Figure GDA0004044677080000041
(3.2)计算副桩推力之和p1
Figure GDA0004044677080000042
④计算桩前岩土体沿剪切面的剪力T2、T1：
(4.1)计算桩前岩土体达到被动Rankine状态时的剪切面与水平最大主应力的夹角β：
Figure GDA0004044677080000043
式中，
Figure GDA0004044677080000044
为锚固段地层的内摩擦角；
(4.2)计算主桩桩前岩土体沿剪切面的剪力T2：
T2＝p2×cosβ；
(4.3)计算副桩桩前岩土体沿剪切面的剪力T1：
T1＝p1×cosβ
⑤计算桩前剪切面上的抗剪能力R2、R1：
(5.1)计算主桩桩前剪切面上的抗剪能力R2：
Figure GDA0004044677080000045
式中，
Figure GDA0004044677080000046
θ为滑动面的倾角；
(5.2)计算副桩桩前剪切面上的抗剪能力R1：
Figure GDA0004044677080000051
式中，
Figure GDA0004044677080000052
⑥桩前的抗剪承载力验算，应满足T1<R1、T2<R2：
(6.1)主桩桩前的抗剪承载力验算：
Figure GDA0004044677080000053
式中，c、
Figure GDA0004044677080000054
分别为锚固段地层的粘聚力和内摩擦角；
(6.2)副桩桩前的抗剪承载力验算：
Figure GDA0004044677080000055
式中，c、
Figure GDA0004044677080000056
分别为锚固段地层的粘聚力和内摩擦角。
所述步骤⑥中，如果桩前的抗剪承载力验算不满足T1<R1、T2<R2要求，则增加主桩、副桩锚固深度h2、h1，循环上述步骤①至步骤⑥重新计算直至满足要求为止。
实施例：
选取某陡坡路基椅式桩结构为计算原型，其左侧路肩高填方，高度为17m。椅式桩板结构设置于路基填筑一侧，主桩与副桩的截面尺寸均为2.25m×3.25m，主桩桩长为50m，副桩桩长为33m，嵌入基岩14m，横梁截面尺寸为2.25m×3.0m，横梁长6m。该陡坡路基段上覆第四系全新统坡残积层粉质粘土，下伏基岩为二叠系下统茅口组灰岩，各土层参数见下表。
土层及结构材料参数取值
Figure GDA0004044677080000057
①假定椅式桩主桩1、副桩2的锚固深度h2、h1，拟定h2＝h1＝13m；
②计算椅式桩锚固段以上滑动面处的弯矩和剪力：
由现有拟定尺寸，按椅式桩弹性地基梁计算理论可计算得:
副桩2锚固点处M1＝87300kN·m，Q1＝11300kN；
主桩1锚固点处M2＝83400kN·m，Q2＝10500kN。
③计算主桩1、副桩2推力之和p2、p1：
(3.1)主桩1推力之和p2为：
Figure GDA0004044677080000061
(3.2)副桩2推力之和p1为：
Figure GDA0004044677080000062
④计算桩前岩土体沿剪切面的剪力T2、T1：
(4.1)由岩土体参数可知：c＝200kPa，
Figure GDA0004044677080000063
θ＝30°，则
Figure GDA0004044677080000064
(4.2)计算主桩1桩前岩土体沿剪切面的剪力T2：
T2＝p2×cosβ＝15035.90×cos25°＝13627.15kN；
(4.3)计算副桩2桩前岩土体沿剪切面的剪力T1：
T1＝p1×cosβ＝16013.68×cos25°＝14513.32kN；
⑤计算桩前剪切面上的抗剪能力R2、R1：
(5.1)计算主桩1桩前剪切面上的抗剪能力R2：
Figure GDA0004044677080000065
Figure GDA0004044677080000066
主桩1桩前剪切面上的抗剪能力为：
Figure GDA0004044677080000071
(5.2)计算副桩2桩前剪切面上的抗剪能力R1：
Figure GDA0004044677080000072
Figure GDA0004044677080000073
副桩2桩前剪切面上的抗剪能力R1为：
Figure GDA0004044677080000074
⑥桩前的抗剪承载力验算，应满足T1<R1、T2<R2：
(6.1)主桩1锚固段：T2＝13627.15kN，R2＝13395.08kN
T2＞R2，故h2＝13m设置不合理；
(6.2)副桩2锚固段：T1'＝14513.32kN，R1＝14280.57kN
T1＞R1，故h1＝13m设置不合理。
增加锚固深度，假定锚固深度h1＝h2＝14m，验算桩前抗剪承载力，重复步骤①至⑥：
①假定椅式桩主桩1、副桩2的锚固深度分别为h2＝h1＝14m；
②计算椅式桩锚固段以上滑动面处的弯矩和剪力，由现有拟定尺寸，按椅式桩弹性地基梁计算理论可计算得:
副桩2锚固点处M1＝87300kN·m，Q1＝11300kN；
主桩1锚固点处M2＝83400kN·m，Q2＝10500kN。
③计算主桩1、副桩2推力之和p2、p1：
(3.1)主桩1推力之和p2为：
Figure GDA0004044677080000081
(3.2)副桩2推力之和p1为：
Figure GDA0004044677080000082
④计算桩前岩土体沿剪切面的剪力T2、T1：
(4.1)由岩土体参数可知：c＝200kPa，
Figure GDA0004044677080000083
θ＝30°，则
Figure GDA0004044677080000084
(4.2)计算主桩1桩前岩土体沿剪切面的剪力T2：
T2＝p2×cosβ＝14628.57×cos25°＝13257.99kN
(4.3)计算副桩2桩前岩土体沿剪切面的剪力T1：
T1＝p1×cosβ＝15587.30×cos25°＝14126.89kN
⑤计算桩前剪切面上的抗剪能力R2、R1：
(5.1)计算主桩1桩前剪切面上的抗剪能力R2：
Figure GDA0004044677080000085
Figure GDA0004044677080000086
主桩1桩前剪切面上的抗剪能力为：
Figure GDA0004044677080000087
(5.2)计算副桩2桩前剪切面上的抗剪能力R1：
Figure GDA0004044677080000088
Figure GDA0004044677080000089
副桩2桩前剪切面上的抗剪能力R1为：
Figure GDA0004044677080000091
⑥桩前的抗剪承载力验算，应满足T1<R1、T2<R2
(6.1)主桩1锚固段：T2＝13257.99kN，R2＝14045.44kN
T2＜R2，故h2＝14m设置合理。
(6.2)副桩2锚固段：T1'＝14126.89kN，R1'＝14370.13kN
T1＜R1，故h1＝14m设置不合理。
综述所述，该陡坡路基椅式桩工点锚固深度设计计算为h1＝h2＝14m。
由此可见，本发明有效解决了陡坡路基椅式桩锚固深度的设计计算方法，可以确保该结构使用的安全性和指导工程设计。

Claims (2)

1.一种陡坡路基椅式桩锚固深度设计计算方法，它包括以下步骤：
①假定椅式桩主桩、副桩的锚固深度分别为h2、h1；
②计算椅式桩锚固段以上滑动面处的弯矩和剪力，M2、Q2分别为主桩滑动面处的弯矩和剪力，M1、Q1分别为副桩滑动面处的弯矩和剪力；
③计算主桩、副桩推力之和p2、p1：
(3.1)计算主桩推力之和p2
Figure FDA0004044677070000011
(3.2)计算副桩推力之和p1
Figure FDA0004044677070000012
④计算桩前岩土体沿剪切面的剪力T2、T1：
(4.1)计算桩前岩土体达到被动Rankine状态时的剪切面与水平最大主应力的夹角β：
Figure FDA0004044677070000013
式中，
Figure FDA0004044677070000014
为锚固段地层的内摩擦角；
(4.2)计算主桩桩前岩土体沿剪切面的剪力T2：
T2＝p2×cosβ；
(4.3)计算副桩桩前岩土体沿剪切面的剪力T1：
T1＝p1×cosβ
⑤计算桩前剪切面上的抗剪能力R2、R1：
(5.1)计算主桩桩前剪切面上的抗剪能力R2：
Figure FDA0004044677070000015
式中，
Figure FDA0004044677070000021
θ为滑动面的倾角；
(5.2)计算副桩桩前剪切面上的抗剪能力R1：
Figure FDA0004044677070000022
式中，
Figure FDA0004044677070000023
⑥桩前的抗剪承载力验算，应满足T1<R1、T2<R2：
(6.1)主桩桩前的抗剪承载力验算：
Figure FDA0004044677070000024
式中，c、
Figure FDA0004044677070000025
分别为锚固段地层的粘聚力和内摩擦角；
(6.2)副桩桩前的抗剪承载力验算：
Figure FDA0004044677070000026
式中，c、
Figure FDA0004044677070000027
分别为锚固段地层的粘聚力和内摩擦角。
2.如权利要求1所述一种陡坡路基椅式桩锚固深度设计计算方法，其特征是：所述步骤⑥中，如果桩前的抗剪承载力验算不满足T1<R1、T2<R2要求，则增加主桩、副桩锚固深度h2、h1，循环上述步骤①至步骤⑥重新计算直至满足要求为止。
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