CN112989466A - 一种基于简布法的边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缓倾角折线滑动面边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法，其实施过程如下：初步确定深埋抗剪桩的直径D及其在边坡上的布置位置和布置间距s；选取纵向一列抗剪桩及其计算宽度范围内的边坡作为计算单元，将该计算单元的滑体部分划分为n个条块，设置抗剪桩数量为m排，且包含桩的条块水平投影长度为s。采用简布法对各条块进行受力分析，考虑由钢筋抗剪能力提供的抗滑力，计算边坡在安全系数为Fs时各抗剪桩所需钢筋束横截面积As，由此进行钢筋束的配置。最后根据锚固体抗拔承载力验算，计算抗剪桩基岩锚固段长度和滑体埋入段长度。本发明具有较好的可操作性，在保证安全的前提下兼顾经济性，且有利于节省工期，减小灾害发生的可能性。

Description

一种基于简布法的边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法
技术领域
本发明涉及边坡支护结构设计方法，尤其涉及一种基于简布法的边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法。
背景技术
随着各类建设规模的扩大，边坡失稳、滑坡等地质灾害频发，在滑坡防治，尤其是滑坡应急抢险中，要求支护结构施工方便迅速、对滑坡体扰动小并且经济合理，现有的处理手段如减载、反压及锚索、抗滑桩等支挡形式对场地条件要求较高，且工期一般较长，应用起来有一定限制。本发明提出一种基于简布法的边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法，采用钢筋束与水泥砂浆浇筑而成的抗剪桩进行支护，利用钢筋束横截面抗剪能力提供抗滑力；根据简布法进行受力分析，计算剩余下滑力，并将其均匀分配到各排桩上，确定满足边坡极限平衡状态所需的抗剪桩钢筋束截面积，确定其配筋，并由抗拔稳定性验算得出抗剪桩嵌入基岩及滑体的长度。该抗剪桩具有较好的可操作性，现场施工便利，能针对滑面有效提供抗滑力，在保证安全的前提下兼顾经济性，避免不必要的浪费，有助于节省工期，减小灾害发生的可能性。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是：提供一种基于简布法的边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法，以解决现有滑坡支护手段用于滑坡应急抢险中施工时间长、对滑坡体扰动大和经济性差的问题。
本发明采取的技术方法为：一种基于简布法的边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：初步确定深埋抗剪桩的直径D及其在边坡上的布置位置和横纵布置间距s；
步骤二：选取纵向一列抗剪桩及其计算宽度(即桩间距s)范围内的边坡作为计算单元，从滑坡体后缘到前缘按1～n的顺序将该计算单元的滑体部分划分为n 个条块，用i表示其中任意一个条块，设置抗剪桩数量为m排，且各条块水平投影长度均为s；
步骤三：采用简布法对各条块进行受力分析，按照下列公式计算边坡在安全系数为Fs时总的剩余下滑力水平分力；
Figure RE-GDA0003018389920000021
公式中，Fs为安全系数；Pi为第i个条块的剩余下滑力水平分力；Wi为第i 个条块的重力；θi为第i个条块的滑面处法线与竖直面的夹角；li为第i个条块滑面长度；ci为第i个条块的滑面粘聚力；
Figure RE-GDA0003018389920000024
为第i个条块的滑面内摩擦角。
步骤四：将总的剩余下滑力平均分配到各排抗剪桩上，可得抗剪桩所需钢筋束横截面积，由此进行钢筋束的配置；
Figure RE-GDA0003018389920000022
Figure RE-GDA0003018389920000023
公式中，P为边坡总的剩余下滑力；m为抗剪桩排数；N为各排抗剪桩分摊的剩余下滑力；fv为钢筋抗剪强度设计值；As为钢筋束横截面积。
步骤五：根据锚固体抗拔承载力验算，按下列公式进行抗剪桩基岩锚固段长度和滑体埋入段长度计算。
Figure RE-GDA0003018389920000031
Figure RE-GDA0003018389920000032
公式中，la为抗剪桩锚固段长度；K为锚固体抗拔安全系数；fy为钢筋抗拉强度设计值；D为抗剪桩钻孔直径；frbk为岩土层与锚固体间的极限粘结强度标准值，当计算抗剪桩在基岩中嵌固段长度时采用基岩与锚固体极限粘结强度，当计算抗剪桩在滑体中嵌固段长度时采用滑体与锚固体极限粘结强度；n为钢筋束含有的钢筋根数；ds为钢筋直径；fb为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值；α为采用2根或2根以上钢筋且绑扎成钢筋束时的粘结强度折减系数。
附图说明
图1为本发明实施方式中边坡滑体剩余下滑力计算中条块划分示意图；
图2为本发明实施方式中抗剪桩布置方式平面示意图；
图3为本发明实施方式中包含抗剪桩的条块i的简布法受力分析图；
图4为本发明实施方式中抗剪桩横截面大样图。
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的具体实施方式进行清楚、完整地描述。
一种基于简布法的边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法，其具体实施过程如下：针对某可能滑动的边坡，于边坡合适位置处设置m排抗剪桩，各排抗剪桩桩径一致，均为D，桩横纵间距均为s，取纵向一列抗剪桩及其计算宽度(即桩间距s) 范围内的边坡滑体作为计算单元进行分析。从滑坡后缘到前缘按1～n的顺序将边坡滑体划分为n个条块，i表示其中任意一个条块，如图1、图2所示。
在简布法假定的基础上，引入一条新的假定，即不考虑条块之间的切向力。取条块i进行受力分析，如图3所示，考虑条块竖向力平衡条件，由竖向力平衡可得：
Wi＝Nicosθi+Tisinθi (1)
由滑面上的极限平衡条件，可得：
Figure RE-GDA0003018389920000041
将公式(2)代入公式(1)中，整理可得：
Figure RE-GDA0003018389920000042
条块i的剩余下滑力的水平分力为：
Pi＝(Wisinθi-Ti)cosθi (4)
将公式(3)代入公式(4)中，整理可得：
Figure RE-GDA0003018389920000043
公式中，Ni为条块i滑面上的法向力，Ti为条块i滑面上的抗滑力。
边坡滑体的总剩余下滑力水平分力为：
Figure RE-GDA0003018389920000044
设置多排抗剪桩后，将总剩余下滑力的水平分力平均分配到各排桩上，可得各抗剪桩应承担的下滑力为：
Figure RE-GDA0003018389920000045
由公式(7)可得，各抗剪桩的钢筋束横截面积为：
Figure RE-GDA0003018389920000046
抗剪桩采用钢筋束与水泥砂浆浇筑而成，如图4所示，各抗剪桩埋入滑体长度与嵌入基岩长度可由抗剪桩抗拔承载力满足要求计算得出，即锚固段注浆体与孔壁土体粘结强度及锚固段钢筋与注浆体粘结强度均满足要求，可按下列公式求出，并取其中较大值。
Figure RE-GDA0003018389920000051
Figure RE-GDA0003018389920000052
本发明提出了一种基于简布法深埋抗剪桩支护结构设计方法，考虑由钢筋抗剪能力提供的抗滑力，通过简布法计算剩余下滑力，并将其均匀分配到各排桩上，确定满足边坡极限平衡状态所需的各排抗剪桩钢筋束截面积，并计算出由抗拔稳定性确定的抗剪桩嵌入基岩及滑体的长度。为滑坡抢险应急工程提供了一种施工迅速、经济合理的支护结构设计方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经创造性劳动的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于简布法的边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：初步确定深埋抗剪桩的直径D及其在边坡上的布置位置和横纵布置间距s；
步骤二：选取纵向一列抗剪桩及其计算宽度(即桩间距s)范围内的边坡作为计算单元，从滑坡体后缘到前缘按1～n的顺序将该计算单元的滑体部分划分为n个条块，用i表示其中任意一个条块，设置抗剪桩数量为m排，且各条块水平投影长度均为s；
步骤三：采用简布法对各条块进行受力分析，按照下列公式计算边坡在安全系数为Fs时总的剩余下滑力水平分力；
Figure FDA0002967653700000011
公式中，Fs为安全系数；Pi为第i个条块的剩余下滑力水平分力；Wi为第i个条块的重力；θi为第i个条块的滑面处法线与竖直面的夹角；li为第i个条块滑面长度；ci为第i个条块的滑面粘聚力；
Figure FDA0002967653700000012
为第i个条块的滑面内摩擦角。
步骤四：将总的剩余下滑力平均分配到各排抗剪桩上，可得抗剪桩所需钢筋束横截面积，由此进行钢筋束的配置；
Figure FDA0002967653700000013
Figure FDA0002967653700000014
公式中，P为边坡总的剩余下滑力；m为抗剪桩排数；N为各排抗剪桩分摊的剩余下滑力；fv为钢筋抗剪强度设计值；As为钢筋束横截面积；
步骤五：根据锚固体抗拔承载力验算，按下列公式进行抗剪桩基岩锚固段长度和滑体埋入段长度计算。
Figure FDA0002967653700000021
Figure FDA0002967653700000022
公式中，la为抗剪桩锚固段长度；K为锚固体抗拔安全系数；fy为钢筋抗拉强度设计值；D为抗剪桩钻孔直径；frbk为岩土层与锚固体间的极限粘结强度标准值，当计算抗剪桩在基岩中嵌固段长度时采用基岩与锚固体极限粘结强度，当计算抗剪桩在滑体中嵌固段长度时采用滑体与锚固体极限粘结强度；n为钢筋束含有的钢筋根数；ds为钢筋直径；fb为钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值；α为采用2根或2根以上钢筋且绑扎成钢筋束时的粘结强度折减系数。
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