CN113158294A - 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 - Google Patents

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_k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，根据滑面形式，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，其中第j+1～j+m条块均包含完整抗剪桩桩体，且包含桩的条块水平投影长度为s。采用传递系数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F_s时第k排抗剪桩所需钢筋束横截面积A_sk，由此进行钢筋束的配置。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

一种缓倾角折线滑动面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，尤其涉及一种缓倾角折线滑动面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。本发明提出一种缓倾角折线滑动面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；根据折线滑动法计算剩余下滑力，并将其分配到各排桩上，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，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：提供一种缓倾角折线滑动面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：一种缓倾角折线滑动面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：初步确定各排深埋抗剪桩的直径D_k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，根据滑面形式，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，当i＝j+1～j+m时，表示包含完整抗剪桩桩体的条块，即包含第一排抗剪桩的条块编号为j+1，其前一条块编号为j，后一条块编号为j+2，包含最后一排抗剪桩的条块编号为j+m，且包含桩的条块水平投影长度均为s；

步骤三：采用传递系数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F_s时第k排抗剪桩所需钢筋束横截面积A_sk，由此进行钢筋束的配置；

其中，

T_i＝W_i sinθ_i

公式中，F_s为边坡安全系数；N_j+k为第k排桩所应承担的下滑力；f_v为钢筋抗剪强度设计值；P_j+k为包含第k排桩的条块的剩余下滑力；P_n为最后一个条块的剩余下滑力；P_i为第i个条块的剩余下滑力；ψ_i-1为第i-1条块对第i条块的传递系数；θ_i为第i个条块的滑面倾角；W_i为第i个条块的重力；l_i为第i个条块滑面长度；c_i为第i个条块的滑面粘聚力；

为第i个条块的滑面内摩擦角。

步骤四：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。

公式中，l_ak为第k排抗剪桩锚固段长度；K为锚固体抗拔安全系数；f_y为钢筋抗拉强度设计值；D_k为第k排抗剪桩钻孔直径；f_rbk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；d_s为钢筋直径；f_b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缓倾角折线滑动面边坡滑体条块划分示意图；

图2为本发明实施方式中抗剪桩平面布置示意图；

图3为本发明实施方式中包含第j+k排抗剪桩的条块受力分析图；

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。

一种缓倾角折线滑动面边坡深埋抗剪桩支护结构设计方法，其具体实施过程如下：某沿折线形滑面滑动的边坡，于合适位置处设置m排抗剪桩，第k排抗剪桩桩径为D_k，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。

根据滑面形式，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，当i＝j+1～j+m时，表示包含完整抗剪桩桩体的条块，包含第k排抗剪桩的条块编号为j+k(k＝1～m)，即包含第一排抗剪桩的条块编号为j+1，其前一条块编号为j，后一条块编号为j+2，包含最后一排抗剪桩的条块编号为j+m，包含抗剪桩的条块水平投影长度为桩间距s，如图1、图2所示。

根据传递系数法，边坡安全系数为F_s时，从边坡后缘起各条块依次传递作用于第n条块的剩余下滑力为：

其中，

T_n＝W_n sinθ_n

公式中，P_n为第n-1个条块作用于第n条块的剩余下滑力，ψ_n-1为第n-1个条块对第n个条块的传递系数；T_n为第n个条块自重产生的下滑力；R_n为第n个条块自重产生的抗滑力。θ_n为第n个条块的滑面倾角；W_n为第n个条块的重力；l_n为第n个条块的滑面长度；c_n为第n个条块的滑面粘聚力；

为第n个条块的滑面内摩擦角。

如图3所示，包含第k排桩的条块(k＝1～m)，其剩余下滑力为：

其中：T_j+k＝W_j+ksinθ_j+k

设置多排抗剪桩后，将最后一个条块的剩余下滑力以按各包含桩的条块剩余下滑力加权平均的方式分配到各排桩上，由公式(1)、(2)可得各排桩应承担的下滑力：

第k排桩：

由公式(3)可得，各排抗剪桩的钢筋束横截面积为：

第k排桩：

公式中，k为桩的排数，k＝1、2、……m-1，m；N_i+k为第k排桩应承担的下滑力，A_sk为第k排桩钢筋束的横截面积。

抗剪桩采用钢筋束与水泥砂浆浇筑而成，如图4所示，各排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。

本发明针对缓倾角折线形滑动面的边坡，提出了一种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，通过折线滑动法计算剩余下滑力，并将其分配到各排桩上，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)

1.一种缓倾角折线滑动面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：初步确定各排深埋抗剪桩的直径D_k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，根据滑面形式，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，当i＝j+1～j+m时，表示包含完整抗剪桩桩体的条块，即包含第一排抗剪桩的条块编号为j+1，其前一条块编号为j，后一条块编号为j+2，包含最后一排抗剪桩的条块编号为j+m，且包含桩的条块水平投影长度均为s；

步骤三：采用传递系数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F_s时第k排抗剪桩所需钢筋束横截面积A_sk，由此进行钢筋束的配置；

其中，

T_i＝W_isinθ_i

公式中，F_s为边坡安全系数；N_j+k为第k排桩所应承担的下滑力；f_v为钢筋抗剪强度设计值；P_j+k为包含第k排桩的条块的剩余下滑力；P_n为最后一个条块的剩余下滑力；P_i为第i个条块的剩余下滑力；ψ_i-1为第i-1条块对第i条块的传递系数；θ_i为第i个条块的滑面倾角；W_i为第i个条块的重力；l_i为第i个条块滑面长度；c_i为第i个条块的滑面粘聚力；

为第i个条块的滑面内摩擦角；

步骤四：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。

公式中，l_ak为第k排抗剪桩锚固段长度；K为锚固体抗拔安全系数；f_y为钢筋抗拉强度设计值；D_k为第k排抗剪桩钻孔直径；f_rbk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；d_s为钢筋直径；f_b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。

Images