今天接着前两节内容给大家介绍讲解抗滑桩设计的步骤和一般方法。
3.1 桩的锚固深度及桩底支承条件
目前工程上多从控制锚固段桩周地层的强度来考虑桩的锚固深度,即要求抗滑桩传递到滑动面以下地层的侧壁应力,不大于地层的侧向容许抗压强度。其计算方法如下:
1、一般土层或严重风化破碎岩层
抗滑桩在滑体推力作用下,桩发生转动变位,当桩周岩、土达到极限状态时,桩前岩、土产生被动抗力,桩后岩、土产生主动压力。显然,桩身某点对地层的侧壁压应力,不应大于该点被动抗力与主动压应力之差。
按最简单的情况根据土的极限平衡条件,当地面无横坡或横坡较小时,根据朗肯土压力理论,桩前岩、土作用于桩身的被动抗应力为:
桩后岩、土作用于桩身的主动土压力为:
故
则桩身对地层的侧壁压应力
应符合下列条件:
当地面横坡
i 较大且
时,根据库仑土压力理论,桩身对地层的侧壁压应力
应符合下列条件:
式中,
—滑动面以下土体的综合内摩擦角。
一般检算桩身侧壁压应力最大处,若不符合式(3.1)、(3.2)的要求,则调整桩的锚固深度或桩的截面尺寸、间距,直至满足为止。
2、比较完整的岩质、半岩质地层
桩身作用于围岩的侧向压应力,其容许值
为:
式中:
—在水平方向的换算系数,根据岩石的完整程度、层理或片理产状、层间的胶结物与胶结程度、节理裂隙的密度和充填物,可采用0.5-1.0;
η—折减系数,根据岩层的裂隙、风化及软化程度,可采用0.3-0.45;
R
—岩石单轴抗压极限强度(kPa) 。
对圆形截面桩,因桩周最大压应力为平均应力的1.27倍,则上式可写为:
通过计算,若不符合式(3.3),则调整桩的锚固深度或截面尺寸、间距,直至满足为止。
上述公式,只能作为决定桩的锚固深度及校核地基强度时的参考。从多年的工程实践看,常用的锚固深度,对于土层或软质岩层约为1/3-1/2桩长,比较适宜。但对于完整、较坚硬的岩层可以采用1/4桩长。
抗滑桩的顶端,一般为自由支承。而底端,由于锚固程度不同,可以分为自由支承、铰支承、固定支承三种。通常采用前两种。
1、自由支承
如图3-1a所示,在滑动面以下桩的AB段,地层为土体、松软破碎岩时,现场试验表明,在滑坡推力作用下,桩底有明显的位移和转动。这种条件,桩底按自由支承处理,可令
QB=0,
MB=0。
2、铰支承
如图3-1b所示,当桩底岩层完整,并较AB段地层坚硬,但桩嵌入此层不深时,桩底按铰支承处理,可令
xB=0,
MB=0。
3、固定支承
如图3-1c所示,当桩底岩层完整、极坚硬,桩嵌入此层较深时,桩身B点处按固定端处理,可令
xB=0,
φB=0。但抗滑桩出现此种支承情况是不经济的,故应少采用。
图3-1 桩底支承条件图
3.2 刚性桩与弹性桩的区分
抗滑桩属刚性桩或弹性桩,所谓刚性桩是指发生位移时,桩轴线仍然保持原有线型,只是桩周土发生变形,反之则为弹性桩。除按桩周岩、土的性质及其松散程度定性外,试验表明,当埋入滑动面以下的计算深度(桩的锚固深度h2与桩的变形系数α或β的乘积)为某一临界值时,可视桩的刚度为无限大,其在水平荷载作用下的极限承载能力,只取决于地层弹性抗力的大小,而与桩的刚度无关;若对计算深度为此临界值的桩,分别按弹性桩和刚性桩计算,结果二者的水平承载力及传递到地层的压力图形均比较接近。为此,通常将这个临界值作为判断桩为刚性桩或弹性桩的标准。临界值规定如下:
1、按“K”法计算
当
属刚性桩
当
属弹性桩
式中,β—桩的变形系数,m-1 ,其值为:
式中,K—地基系数(kPa/m);
E—桩的钢筋混凝土弹性模量(kPa),
E = 0.8
Ec;
Ec—混凝土弹性模量(kPa);
I—桩的截面惯性矩(m4);
Bp—桩的计算宽度(m)。
2、按“
m”法计算
当
属刚性桩
当
属弹性桩
式中,α—桩的变形系数,m-1,其值为:
其中,m—地基系数随深度而变化的比例系数(kPa/m2 )。
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