抗滑桩设计与计算讲解

1、1 第4章 抗滑桩的设计计算 4.1 4.1 基本概念基本概念 4.2 4.2 抗滑桩的要素设计抗滑桩的要素设计 4.3 4.3 抗滑桩的内力计算抗滑桩的内力计算 4.4 4.4 抗滑桩的结构设计抗滑桩的结构设计 4.5 4.5 预应力锚索抗滑桩的设计预应力锚索抗滑桩的设计 2 抗滑桩设计与计算抗滑桩设计与计算，铁道部第二勘测设计院编，铁道部第二勘测设计院编， 中国铁道出版社，中国铁道出版社，19831983年，北京年，北京 李海光，李海光，新型支档结构设计与工程实例新型支档结构设计与工程实例，人民交，人民交 通出版社，通出版社，20032003，北京，北京 郑颖人等，边坡与滑坡工程治理，人民

2、交通出版郑颖人等，边坡与滑坡工程治理，人民交通出版 社，社，2002007 7 铁路路基支挡结构设计规范，中华人民共和国行铁路路基支挡结构设计规范，中华人民共和国行 业标准，业标准，TB10025-2006TB10025-2006，中华人民共和国铁道部发布中华人民共和国铁道部发布 公路设计手册公路设计手册路基路基，人民交通出版社，人民交通出版社，19971997 第4章 抗滑桩的设计计算 3 4.1 4.1 基本概念基本概念 抗滑桩是防止地表岩土体发生滑动破坏抗滑桩是防止地表岩土体发生滑动破坏( (滑坡滑坡) ) 的一种的一种地下结构地下结构。设于滑坡的适当部位，一般。设于滑坡的适当部位，一般

3、 完全埋置于地下完全埋置于地下( (有时也露出地面有时也露出地面) )，桩的下段，桩的下段 须埋置在滑动面以下稳定地层的一定深度。须埋置在滑动面以下稳定地层的一定深度。 在滑坡推力作用下，桩依靠埋入滑面以下部在滑坡推力作用下，桩依靠埋入滑面以下部 分的锚固作用，以及桩前滑面以上滑体的被动分的锚固作用，以及桩前滑面以上滑体的被动 抗力来维持稳定。它是一种抗力来维持稳定。它是一种侧向受荷桩侧向受荷桩。 4 5 6 7 抗滑桩的其它分类 施工方式 打入桩打入桩 钻孔桩钻孔桩 挖孔桩挖孔桩 材 料 木木 桩桩 钢钢 桩桩 钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩 截面形态 圆形桩圆形桩 管形桩管形桩 矩形桩矩形桩 4

4、.1 4.1 基本概念基本概念 8 抗滑能力强，圬工数量小抗滑能力强，圬工数量小，在滑坡推力大、滑动带深的，在滑坡推力大、滑动带深的 情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难。情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难。( (当单排当单排 桩所承受的滑坡推力超过桩所承受的滑坡推力超过200200吨吨, , 桩长超过桩长超过35m35m时需作可时需作可 行性论证行性论证) )。 桩位灵活桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可 以单独使用，也可与其他构筑物配合使用。以单独使用，也可与其他构筑物配合使用。 配筋合理配筋合理，可以沿桩长根据弯矩大小合理地

5、布置钢筋，可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢筋( (优优 于管形状、打入桩于管形状、打入桩) )。 n(4)(4)施工方便，设备简单施工方便，设备简单。采用混凝土或少筋混凝土护壁，。采用混凝土或少筋混凝土护壁， 安全、可靠。安全、可靠。 n(5)(5)间隔开挖桩孔间隔开挖桩孔，不易恶化滑坡状态，有利于抢修工程。，不易恶化滑坡状态，有利于抢修工程。 n(6)(6)通过开挖桩孔，可通过开挖桩孔，可校核地质情况校核地质情况，修正原设计方案。，修正原设计方案。 n(7)(7)施工影响范围小，对外界干扰小。施工影响范围小，对外界干扰小。 抗滑桩的优点 9 二、抗滑桩的受力及破坏形式二、抗滑桩的受力及破坏

6、形式 滑动面 受荷段 锚固段 滑坡推力 b a T (KN/m) 10 L L 土拱 土拱 滑动面 LL L 土拱土拱 b a b a b a 设：单宽推力设：单宽推力T (KN/m) (计算单元) 单桩所受滑坡推力：单桩所受滑坡推力：TL 11 a q h1 h2 TL h10.5 b qb 当作一维杆件(计算桩 内力)时，推力分布 TL b a q h1 h2 TLqh1 b 1 2 空间模型空间模型平面模型平面模型 q bq 12 滑动面 受荷段 锚固段 滑坡推力 13 抗滑桩破坏的基本形式抗滑桩破坏的基本形式 滑动面 滑动面 b a b a b a 推测滑动面 实际滑动面 滑动面 滑动

7、面 14 三、桩周土地层三、桩周土地层( (岩土岩土) )抗力抗力 p i si p i si =k 文克尔地基模型 1.地基系数地基系数k (弹簧彼此独立弹簧彼此独立) A-承载板面积承载板面积(m2) 15 n 0 km (yy) 地基系数地基系数k ，一般认为，一般认为k 随深度随深度y 按幂函数变化。按幂函数变化。 y0y0y0 n=00n1 m n=0时，时，k=常数。通常按这种规律考虑抗力的计算方法，称为常数。通常按这种规律考虑抗力的计算方法，称为K K法法； 0n1时，时，k随深度呈凹抛物线随深度呈凹抛物线 变化。变化。 16 地基系数地基系数k=常数常数 的假定的假定 适合于较

8、完整硬质岩适合于较完整硬质岩 层、未扰动硬粘土或半岩质地层；层、未扰动硬粘土或半岩质地层； 地基系数地基系数k=my 的假定的假定 适合于一般硬质半坚适合于一般硬质半坚 硬砂粘土、碎石土、或风化破碎成土状的软质岩硬砂粘土、碎石土、或风化破碎成土状的软质岩 层，密实度随深度增加的地层。层，密实度随深度增加的地层。 地基系数地基系数k=A+my 的假定的假定适合于超固结粘土层、适合于超固结粘土层、 地面有超载的地层或某些半硬质地层。地面有超载的地层或某些半硬质地层。 通常以滑动面为界，将桩分成两段分别选取通常以滑动面为界，将桩分成两段分别选取地基系数地基系数。 17 b a x0 xy y B p

9、 xyk xy 2.弹性抗力弹性抗力 Bp桩的抗力计算宽度桩的抗力计算宽度 b a x0 xy y B p xyk xy 18 3.受荷段地层抗力受荷段地层抗力 4.锚固段地层抗力锚固段地层抗力 滑动面 滑坡推力 当桩的受荷段产生较小的位移时，当桩的受荷段产生较小的位移时， 岩土体处于岩土体处于弹性状态弹性状态，此时的地，此时的地 层抗力，属于层抗力，属于弹性抗力弹性抗力。 当位移继续增大时，桩前滑体将当位移继续增大时，桩前滑体将 沿滑动面产生滑动沿滑动面产生滑动或者达到或者达到被动被动 极限状态极限状态。桩前抗力。桩前抗力受限于桩前受限于桩前 剩余抗滑力或被动土压力。剩余抗滑力或被动土压力。

10、 当桩的锚固段产生较小的位移时，岩土体处于当桩的锚固段产生较小的位移时，岩土体处于弹性状态弹性状态，此时，此时 的地层抗力，属于的地层抗力，属于弹性抗力弹性抗力。当桩周土进入。当桩周土进入塑性状态塑性状态时，抗力时，抗力 增加不多增加不多( (略有增加略有增加) )；当桩周土进入；当桩周土进入破坏状态破坏状态时，抗力不再增时，抗力不再增 加加( (甚至降低甚至降低) )。 锚固段地层抗力受限于地层的侧向容许应力锚固段地层抗力受限于地层的侧向容许应力 19 四、刚性桩与弹性桩四、刚性桩与弹性桩 刚性桩刚性桩：仅桩的位置发生变化，桩：仅桩的位置发生变化，桩 轴线仍保持原来的线型（尤如刚轴线仍保持原

11、来的线型（尤如刚 体一样）。体一样）。 弹性桩弹性桩：桩的位置与桩轴同时发生：桩的位置与桩轴同时发生 改变。改变。 刚性桩弹性桩 试验研究表明：试验研究表明： 当侧向受荷桩当侧向受荷桩埋入稳定地层的计算深度埋入稳定地层的计算深度，低于某一，低于某一临界值临界值时，时， 可视桩的刚度为无穷大；在侧向荷载作用下，桩的极限承载力可视桩的刚度为无穷大；在侧向荷载作用下，桩的极限承载力 仅取决于桩周土弹性抗力的大小；仅取决于桩周土弹性抗力的大小； 计算深度为此临界值时，按刚性桩或弹性桩计算，其水平承载计算深度为此临界值时，按刚性桩或弹性桩计算，其水平承载 力及传递到地层的压力图形比较接近。力及传递到地层

12、的压力图形比较接近。 20 地基系数 桩的变形系数 刚性桩 弹性桩 k=常数 1/4 p k B 4E I 2 h1 2 h1 k=my 1/5 p m B E I 2 h2.5 2 h2.5 E桩的弹性模量（桩的弹性模量（kN/m2）；取）；取 I桩的截面惯性矩（桩的截面惯性矩（m4）；）； Bp抗力计算宽度（抗力计算宽度（m）；）； 、桩的变形系数（桩的变形系数（m-1）； k地基系数地基系数 （kN/m3）；）； m地基系数随深度变化的比例系数地基系数随深度变化的比例系数 （kN/m4）。）。 c E0.8E 12 3 bh I 21 悬臂桩法悬臂桩法出现较早、计算简单、在实际中应用较多

13、。出现较早、计算简单、在实际中应用较多。 铁路路基支挡结构设计规范铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-2006)(TB10025-2006)推荐的即推荐的即 是该法。本课程介绍的即是该方法是该法。本课程介绍的即是该方法 对于悬臂式抗滑桩、桩前滑体可能滑走的全埋式抗滑桩，对于悬臂式抗滑桩、桩前滑体可能滑走的全埋式抗滑桩， 通常采用通常采用悬臂桩法；悬臂桩法； 对于一般的全埋式抗滑桩，上述对于一般的全埋式抗滑桩，上述两种方法两种方法均可采用均可采用 地基系数法地基系数法，由于没有考虑滑面的存在及其影响，由于没有考虑滑面的存在及其影响( (即即假假 设桩前滑体也产生弹性抗力设桩前滑体也产生弹性

14、抗力) )，这样做只有当，这样做只有当求出的桩前求出的桩前 滑体弹性抗力滑体弹性抗力桩前滑体实际具有的抗力桩前滑体实际具有的抗力时，才可以。否时，才可以。否 则不合理则不合理 22 平面上常为一排。对于大型、复杂的滑坡，纵向较长、平面上常为一排。对于大型、复杂的滑坡，纵向较长、 下滑力较大，也可布置两排、三排。布置方向应与滑动下滑力较大，也可布置两排、三排。布置方向应与滑动 方向垂直或接近垂直；方向垂直或接近垂直； 当滑坡下滑力特别大时，平面上可把桩布置成当滑坡下滑力特别大时，平面上可把桩布置成“品品”字字 型或型或“梅花梅花”型。还可结合滑坡特征和施工条件，采用型。还可结合滑坡特征和施工条件

15、，采用 其它形式的抗滑桩。其它形式的抗滑桩。 4.2 4.2 抗滑桩的要素设计抗滑桩的要素设计 滑坡下部，滑面较缓、下滑力较小或系阻滑段，常能滑坡下部，滑面较缓、下滑力较小或系阻滑段，常能 提供一定的桩前抗力，是设桩的较好位置。提供一定的桩前抗力，是设桩的较好位置。 抗滑桩的平面位置和间距，一般应根据滑坡推力大小、抗滑桩的平面位置和间距，一般应根据滑坡推力大小、 地层性质、滑面形态和坡度、滑体厚度和施工条件等因地层性质、滑面形态和坡度、滑体厚度和施工条件等因 素综合而定。素综合而定。 23 24 4.2 4.2 抗滑桩的要素设计抗滑桩的要素设计 实际工作中，一般是以实际工作中，一般是以“桩间土

16、体与侧壁产生的摩桩间土体与侧壁产生的摩 阻力不小于桩间的滑坡推力阻力不小于桩间的滑坡推力”为控制进行估算为控制进行估算。有。有 条件时，可通过模拟试验，考虑土拱效应，并结合条件时，可通过模拟试验，考虑土拱效应，并结合 实践经验确定桩间距实践经验确定桩间距 一般情况下，当滑体完整、密实或滑坡推力较小，一般情况下，当滑体完整、密实或滑坡推力较小， 桩距可取得大些；反之，应取得小些。滑坡主轴附桩距可取得大些；反之，应取得小些。滑坡主轴附 近桩距取得小些，两侧桩距取得大些近桩距取得小些，两侧桩距取得大些 桩间距：合适的桩间距应该使得桩间滑体具有足够的桩间距：合适的桩间距应该使得桩间滑体具有足够的 稳定

17、性，在下滑力作用下，不致从桩间挤出。稳定性，在下滑力作用下，不致从桩间挤出。 根据工程经验，桩距一般为根据工程经验，桩距一般为610m 25 目前采用矩形（方形）、圆形。但考虑桩的受力条件目前采用矩形（方形）、圆形。但考虑桩的受力条件 和施工方便，抗滑桩以采用正面一边较短，侧面一边和施工方便，抗滑桩以采用正面一边较短，侧面一边 较长的矩形截面为好。较长的矩形截面为好。 桩的截面尺寸，根据下滑力大小、桩距、锚固段的侧桩的截面尺寸，根据下滑力大小、桩距、锚固段的侧 向容许应力等因素综合考虑。向容许应力等因素综合考虑。 采用人工挖孔施工时，采用人工挖孔施工时，桩的最小宽度桩的最小宽度一般不宜小于一般

18、不宜小于 1.25 m。 桩 的 工 程 常 采 用 的 截 面 尺 寸 有 ：桩 的 工 程 常 采 用 的 截 面 尺 寸 有 ： 2 m 3 m ， 2.5m3.5m， 3m4m 等。以等。以2m3m最为常见。最为常见。 26 抗滑桩锚固深度，与锚固段地层强度、滑坡推力、桩刚度、抗滑桩锚固深度，与锚固段地层强度、滑坡推力、桩刚度、 桩截面、桩距，是否和如何考虑桩前滑体抗力等有关。桩截面、桩距，是否和如何考虑桩前滑体抗力等有关。 目前一般从目前一般从控制锚固段桩周地层的强度控制锚固段桩周地层的强度来考虑，即要求锚固来考虑，即要求锚固 段桩侧应力不大于地层的侧向容许应力。段桩侧应力不大于地层

19、的侧向容许应力。 H H max 式中式中 岩石单轴抗压强度； 折减系数。根据岩层裂隙、风化及软化程度，可采用0.30.45 在水平方向的换算系数。据完整程度、层理产状、胶结物及胶 结程度、节理密度及充填物，可采用0.51.0； H K R RK HH 27 桩身侧向压应力桩身侧向压应力被动土压力主动土压力被动土压力主动土压力 通常仅验算滑面以下通常仅验算滑面以下2/3h2和和h2处。处。 工程经验工程经验 对于土层或软弱岩层，锚固长度约为对于土层或软弱岩层，锚固长度约为1/21/3桩长桩长； 对于较完整、坚硬岩层，锚固长度可采用对于较完整、坚硬岩层，锚固长度可采用1/4桩长桩长。 当地层为土

20、层或风化成土、砂砾状岩层时当地层为土层或风化成土、砂砾状岩层时，桩身发生转，桩身发生转 动变位，当达到极限状态时，桩前土体产生被动土压力，动变位，当达到极限状态时，桩前土体产生被动土压力， 桩后产生主动土压力桩后产生主动土压力 28 滑动面 M Q 滑动面 M Q 滑动面 M Q 自由端铰支端固定端 按按固定端支撑固定端支撑设计抗滑桩是不经济的，应少用。设计抗滑桩是不经济的，应少用。 MB=0,B0 QB=0, xB0 MB=0, B0 QB0, xB=0 MB0,B=0 QB0 ,xB=0 四、桩底支撑条件四、桩底支撑条件 锚固段地层为土层或软弱破锚固段地层为土层或软弱破 碎岩体时，可视为碎

21、岩体时，可视为自由端；自由端； 桩底完整、嵌入较浅，可视桩底完整、嵌入较浅，可视 为为铰支端；铰支端； 桩底岩层完整、嵌入较深，桩底岩层完整、嵌入较深， 可视为可视为固定端固定端 完整 基岩 B B B MB弯矩；B转角; QB剪力； xB位移 29 地基系数法：地基系数法： 滑动面 悬臂桩法 M Q 滑动面 地基系数法 首先，将受荷段桩身所受的滑坡推力、桩前剩余抗滑力或被动土压力首先，将受荷段桩身所受的滑坡推力、桩前剩余抗滑力或被动土压力 作为已知力，计算作为已知力，计算受荷段桩身内力受荷段桩身内力； 仅将仅将滑坡推力作为已知力滑坡推力作为已知力，根据滑面上、下地基，根据滑面上、下地基 系数

22、，把系数，把整根桩作为弹性地基梁整根桩作为弹性地基梁计算。计算。 然后，将滑面处的弯矩剪然后，将滑面处的弯矩剪 力作为已知力，根据锚固力作为已知力，根据锚固 段地基系数，计算段地基系数，计算锚固段锚固段 桩身内力、桩身变位。桩身内力、桩身变位。 4.3 4.3 抗滑桩桩身内力计算抗滑桩桩身内力计算 30 计算方法 受荷段 锚固段 备 注 悬臂梁法 悬臂梁 弹性地基梁：刚性桩 弹性桩 全桩按刚性桩 全桩按弹性地基梁 m m m 法 K K K 法 基本法 (初参数法) m K m-K 法 m K m-K 法 K1 K2 K-K 法 地基系数法 无量纲法 m1 m2 m-m 法 31 一、刚性桩的

23、内力计算一、刚性桩的内力计算 （一）计算简图（一）计算简图 （二）内力、变位表达式推导（二）内力、变位表达式推导 （三）（三）y0、的确定的确定 二、弹性桩的内力计算二、弹性桩的内力计算 （一）弹性桩的挠曲微分方程（一）弹性桩的挠曲微分方程 （二）（二）m法法(k=my ) （三）（三）K法法(k=K ) （四）换算桩法（四）换算桩法(k=A+my )*(不讲不讲) 32 4.4 4.4 抗滑桩的结构设计抗滑桩的结构设计 33 xbx As s f c f 1 cu y s M xxb时，时， ccuy s， ，适筋梁 x砼受压区高度；砼受压区高度； xb砼界限受压区高度（砼、钢筋同时屈服）；

24、砼界限受压区高度（砼、钢筋同时屈服）； b矩形截面宽度；矩形截面宽度； h0截面有效高度截面有效高度 h0=ha y钢筋的极限拉应变钢筋的极限拉应变 cu非均匀受压时砼极限压应变非均匀受压时砼极限压应变; xxb时，时， ccuy s， ，超筋梁 2 01 x hxbfM c syc Afxbf 1 0 hx b min 34 fc砼轴心抗压强度设计值；砼轴心抗压强度设计值； ft砼轴心抗拉强度设计值；砼轴心抗拉强度设计值； fcu,k砼立方体抗压强度设计值砼立方体抗压强度设计值; fy钢筋抗拉强度设计值；钢筋抗拉强度设计值； Es钢筋弹性模量；钢筋弹性模量； cus y cus y b E

25、f E f 1 8 . 0 1 1 5 , 10)50(0033. 0 kcucu f y t f f45 , 2 . 0max min 35 00 25. 17 . 0h s A fhbfVV sv yvtcs cs V sv sv A yv f t f sb Asv sv 36 0 0 0 0 20. 0, 4 25. 0, 4 hbfV b h hbfV b h cc cc yv t svsv f f 24. 0 min, 0 7 . 0hbfV t 37 抗滑桩的配筋抗滑桩的配筋 无特殊要求，一般可不做变形、抗裂、挠度等验算；无特殊要求，一般可不做变形、抗裂、挠度等验算； 桩身砼等级不

26、低于桩身砼等级不低于C30C30；护壁和锁口砼等级不低于；护壁和锁口砼等级不低于C15C15； 纵向受力筋纵向受力筋： 抗滑桩内抗滑桩内不宜设置斜筋（不宜设置斜筋（弯起钢筋），可采用调整箍筋直弯起钢筋），可采用调整箍筋直 径、间距和截面尺寸等措施满足斜截面抗剪强度。径、间距和截面尺寸等措施满足斜截面抗剪强度。 箍筋箍筋：宜采用封闭式，肢数不多于：宜采用封闭式，肢数不多于4肢，直径肢，直径 14mm；间；间 距距 400mm 抗滑桩两侧及受压边，应适当布置抗滑桩两侧及受压边，应适当布置纵向构造筋：纵向构造筋：直径直径 12mm；间距；间距 300mm ；受压边两侧应布置；受压边两侧应布置架立钢筋

27、架立钢筋： 直径直径 16mm； 38 抗滑桩 一般的梁 纵向受力筋 直径16mm h300，直径10mm h300，直径8mm 净距120mm （困难时80mm） 梁下部，净距25mm，d 保护层70mm 保护层2540mm，d 箍筋 直径14mm h800，直径8mm h800，直径6mm 间距400mm V0.7ftbh0时 150h300，间距150mm 300h500，间距200mm 500h800，间距250mm h800，间距300mm 纵向构造筋 直径12mm 间距300mm 间距200mm(T 形梁) 架立筋 直径16mm，受压边两侧 跨度4m，直径8mm 跨度 46m，直径

28、10mm 跨度6m，直径12mm 39 40 一、预应力锚索抗滑桩的形式和特点一、预应力锚索抗滑桩的形式和特点 二、锚拉桩二、锚拉桩锚索受力锚索受力及及桩身内力桩身内力计算计算 三、锚拉桩配筋的注意事项三、锚拉桩配筋的注意事项 4.5 4.5 预应力锚索抗滑桩的设计计算预应力锚索抗滑桩的设计计算 41 一、预应力锚索抗滑桩的形式和特点一、预应力锚索抗滑桩的形式和特点 2020世纪世纪8080年代开始研究在普通抗年代开始研究在普通抗 滑桩的桩顶或桩身安设滑桩的桩顶或桩身安设预应力锚预应力锚 索索( (锚杆锚杆) ), ,并应用于工程，这就是并应用于工程，这就是 预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩(

29、 (锚拉桩锚拉桩) ) ( (普通普通) )抗滑桩抗滑桩在滑坡治理中得到普遍应用。但在治在滑坡治理中得到普遍应用。但在治 理大型、特大型滑坡时，因滑体厚度大、滑坡推力理大型、特大型滑坡时，因滑体厚度大、滑坡推力 大，常常使得桩身截面很大、桩长很长、施工困难、大，常常使得桩身截面很大、桩长很长、施工困难、 造价高。造价高。例如：有的桩截面例如：有的桩截面3.57m，桩长，桩长5060m 桩顶桩顶 23孔锚索孔锚索 桩顶、桩身桩顶、桩身 23孔锚索孔锚索 预应力锚索预应力锚索 ( (锚杆锚杆) ) 42 预应力锚索预应力锚索 ( (锚杆锚杆) ) 大大 小小 L小小L大大 改善了普通桩的受力特点，减小了桩身弯矩、剪力，改