地基处理-钢管桩

1、浅谈微型注浆钢管桩在工程中的应用摘要注浆与钢管微型桩组合结构是加固滑坡的一种新型支挡措施。对于新型滑坡支挡结构微型钢管桩，具有安全可靠、造价低、工期短、适用范围广等特点，具有很高的技术经济效益。本文在总结前人研究成果的基础上,系统分析了微型钢管桩的加固机理,研究了微型钢管桩的设计计算方法,归纳起来,本文主要内容如下:1、介绍了国内外钢管桩的发展历史和现状和微型钢管桩的特点；2、分析和归纳出了微型钢管桩的受力机理、设计方法；3、分析了微型钢管桩在如下工程中的应用：在边坡治理中的应用、在填土边坡加固中的应用、在公路路基加固中的应用、在机场边坡中的应用。关键词：微型钢管桩，边坡加固，设计方法，新型桩

2、ABSTRACTGroutingandsteelmicro-pilesstructureisanewsupportmeasuresofreinforcinglandslide.Newlandslide-microsteeltubepileretainingstructure,safety,reliability,lowcost,shortduration,applicabletoawiderangeoffeatures,withhightechnicalandeconomicbenefits.Aftersummarizingtheresultsofpreviousstudiesbasedont

3、hemechanismofmicrosteeltubepileinreinforcementofsystemanalysis,researchdesignandcalculationmethodofmicrosteeltubepile,tosumup,thisarticlereadsasfollows:introducesthedevelopmentofsteelpipepilehistoryandcurrentsituationandcharacteristicsofmicrosteeltubepile;analyseandsummarizeofmicrosteeltubepilebeari

4、ngmechanism,designmethod;analysisonapplicationofmicrosteeltubepileinthefollowingprojects:applicationinslope,fillslopereinforcementintheapplicationsapplicationinhighwaysubgradereinforcementandapplicationofslopeattheairport.Keywords：microsteeltubepile,slopereinforcement,Designmethods,newtypepile目录TOC

5、o 1-5 h z第一章绪论5国内外微型钢管桩的发展状况5微型钢管桩简介5 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1.1.2微型钢管桩在国外的发展状况51.1.3钢管桩在国内的发展状况7 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.2微型钢管桩的特点8第二章微型钢管桩的设计和加固机理分析方法92.1微型钢管桩的设计92.1.1微型钢管桩的锚固深度问题9 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 2.1.2桩身强度计算10 HYPERLINK l bookmark12 o

6、 Current Document 2.1.3桩强度的校核12 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.1.4锚杆锚固长度的计算132.1.5桩位移的变形分析162.1.6桩位移曲线及内力分析16 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 2.2微型钢管桩加固机理分析方法18反算法的基本原理182.2.2微型钢管桩加固机理分析方法19 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 2.3小结20第三章微型钢管桩在工程中的应用203.1微型桩在边坡治理中的应用203.1

7、.1微型桩在边坡治理应用概述20 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 微型钢管桩在加固边坡时的特点及适用性21 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 3.1.3边坡加固工程技术措施22 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 微型注浆钢管桩在填土边坡加固中的应用25注浆微型钢管桩在公路路基加固中的应用263.3.1微型桩在公路路基加固中的应用概述263.3.2加固方法和作用机理26注浆微型钢管桩在机场边坡中的应用283.4.1注浆微型钢管桩在机场边坡中的应用

8、概述28 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 3.4.2计算原理29第四章结论31参考文献32第一章绪论国内外微型钢管桩的发展状况1.1.1微型钢管桩简介微型钢管桩是在微型桩和钢管桩的基础上发展而来的。微型桩L1(MicroPiles)是一种新型桩基础，又称树根桩(Roopile).一般认为，锻型桩的直径为70-300mm,长细比比较人(一股人m微型钢管桩是采用晋通地质钻机先钻孔至基岩内的-定深度，然后放置无缝钢管至桩孔底部，再在钢管底部进行压力灌注水泥浆，便水泥浆总稍林孔山*且形成钢背水泥浆桩-体。当微型桩直径逐渐増人时，其工作性能及应用条件逐

9、渐接近传统桩。直径小1;300mm的軸孔力II筋灌拄桩可认対是僦型桩巴微型桩的直径人300mm：hh徴业桩的T作性能与札:统桩无叨显区别+而且rL径过kl，J徴型桩在经济I不合理。与常规钻孔灌注桩相比+微型桩具有承载力较高、施工场地小、对土层适应性强、布置书式灵活等特点-主要应川广圧坑龙护、旧房改造、房屋，汕:讥山建筑加円紅肚厉洪堤坝加固.葡构)筑物加固防龜、边坡加固等丁刑屮内.1.1.2微型钢管桩在国外的发展状况微型钢管桩的概念是在上个世纪勿年代由意人利的FernandoLizziH提出，宙Fotidcdil沪公同首先开发利川+在意人利讹屮被称PaliRadicc+在英语屮被称为艮ootPi

10、le.由于树根桩在工程应用中可以是竖直的也可以是倾斜的*可以是单排*也可以是多排的，因此树根桩可布置成三维系统独待方式的网状休系，称为网状树根桩(ReticulatedRootPiles),口本称其为R.R.P.U最初的目的是为了加固在二战中受到破坏的历史建筑物和纪念碑。第一个应11It例是对珈不勒斯A.Angiiulli学校建於|jJ抓I灿，Lizzi兼川的微电桩桩禅100mm,桩长竹g钻孔注浆成桩,汁浆为和艸、水泥和水之历锻巴桩在火山灰和砂土中进行了试桩试验，随后又在多种土质中进行了现场试验，在现场试验屮微型桩表现出了优异的承載能力。随着微型桩技术得到接受，它逐渐被推广到整个欧洲20年肓传

11、A美国利其他国家1962年Fondcdilc司把微型桩技术引入到英国，用于历史性建筑物的加固1965年德国采用了相类似的技术用于地卜交通建设*同一时期，微型桩被应用于米兰地铁的部分建设。1983年德国为微型桩制订了独立的技术规范(DIN412S).1993年法国土木工程应用研究和试验所在国家土木工程学院的FrancoisSchlosser教授和岩土力学教育研究中心的RogerFrank博士的技术指导匚开展了一项由国家公共劳动联盟支持的名为FOREVER的五年国家计划研究。这项针对微型桩的研究包括理论研究、数值模拟、室内试验(离心机试验现场试验等，主要目的是促逬微取桩在建构)筑物深基础、边坡稳定

12、、堤岸加固、现有构筑物的加固、挡土墙以及浅基础中的应用。此后，微型桩的研究逐渐转向了微型单桩的力学行为和微型桩的设计理论【叫日本在加年代中期开始使用微型钢管桩随着日本经济的快速发展，加上口本国土面积小*四周邻海，地震频发，因此日本开始在沿海软弱地和人工围海造地上兴建各类高人且抗震的建筑物。由于钢材抗压、抗拉强度高，材质的离散性小，富于延性，是优质的建筑材料，能够取得可靠的承载力，且钢桩还具有机械化施工快的优点，因此使用量不断扩人。目前钢管桩和微型钢管桩己构成日本钢桩的主体，其川途也逐渐多样化山J1.1.3钢管桩在国内的发展状况我国J-bin：纪泓）年代开始对微型桩进行试验研究利工程应川。谨早是

13、宙同济大学叶书麟教授推荐，1殆0年在室内作了150mmx150mmMOOOnmi的微型桩成桩试验研究，得到了徴型桩成桩的有益成果；在我国金山石化码头使用微型钢管桩，接着在浦I丨桥墩上得到了成功使用1219S5年在上海东湖宾馆加层屮,同济人学与上海市基础工程公司合作在国内工程中第次正武使用微型桩并取得了成功，取得了微型桩宝贵的实际工程资料，对微型桩的研究起了极大的促进作用。J9S7年初，上海市隧道设计院对延安东路越江隧道的盾构穿越黄浦后到达浦西，向市中心推进时，采用微型桩托换加固沿线的外滩廉天文台、纺织晶仓库和针织品仓库等建筑，収得了有益的实践经验和良好的经济效益“叫王建平【（1997）在杂填土

14、、黄土和软土地基中的进行了微型桩单桩载荷试验，提出对于杂填土取桩顶沉降在0.01倍桩径时对应的桩顶荷載作为微型桩的极限荷戦.对厂黄土和软土取桩顶沉降在0.03倂桩侥时对应的桩顶荷载作为微型桩的极限荷载。2005年，史佩栋、何开胜研究讨论了网状微型桩承受横向荷载的设计方法，把网状微型桩与土的复合结构当件-有筋土墙3给出了完全不考虑桩土粘结和考虑桩土完全粘结的理论计算公式，同时也给出了考虑桩上部分粘结的蛊验计算公式。完全不考虑14土粘结的情况，将总荷载平均分配给单桩：桩土完全粘结的情况，利用钢筋混凝土梁的计算方法计算“有筋土墙J认为樂中的“钢筋対就是桩，“混凝土橄就是地基土，地基土的抗拉强度为零“

15、微型钢管桩技术在我国迅速推广+址仃文献表川仁微唱钢管桩在我国杓应川己经非常广泛，但是16-pi这些文献也同时表明，微型钢管桩的设计理论在我国也是菲常滞后，这也是限制微型钢管桩应用的一个主要因素占微型钢管桩的特点微型钢管桩广泛用于支承桩、摩擦桩.支护14等各类工程.尤其是作为支祇桩使用时，由于能够将其充分沉入到较坚硬的支承层.故能够发挥钢材整个断面的强度*即使在3伽以上的深厚软弱土地基中”微型钢管桩也可以沉入到较坚实支承层上，且能充分发挥钢材的承载力n总起来讲，微型钢管桩的主要优点有:（1）承受强大的冲击力。由于能承受强大的冲击力，因此其穿透和贯入性能优越。若地基中埋藏有厚度不大.标贯击数丽30

16、左右的慎夹层，均可顺利穿过n可根据设计需要贯入到坚实支承层中口2）承藪力大n由于作为桩母材的钢材，苴18服强度SL所以只要将桩沉设到坚实支承层上，便可获得很大的承载力.竹）水平阻力大，抗横向力强由于钳管桩的断面强度大*对抵抗弯距作用的抵抗距也大，所以能承受很大的水平力*另外若加大直径后还可以采用大直径厚壁管，因此可广泛的用于承受横向力的系船桩、桥台、桥墩上.（4）设计的灵活性大。可根据需要，变更桩的壁厚；还可根据需要选定适应设计承载要求的外径.C5）桩栓容易调节口当作为桩尖支承层的层面起伏不乎时，己准备好的桩会出现或长或短的情由于微型钢俘桩可以自由的进行焊接接也或勺割切短.所以很容易调节桩的长

17、度，这样便可以顺利的进行施工口C6）接缝安全，适于长尺寸施工“由于钢管桩易于作成焊接接头将桩段拼接且接缝的强度与母材强度相等，所以能够定出适应需要的埋设深度。（7）与上部结构容易结合【X通过将钢筋预先焊于桩上部，钢管桩很容易与上部的承台混離土錯合。也可以直接同上部结构相焊接，因而保证上下共同工作。（8打桩时排土量少微型钢管桩可以开口打入，也可以预钻孔植入，相对来说排土截面积小，打入效率高，对粘土地基的扰动作用小I对邻近建（构）筑物没有不利影响，可在小血积现场进行非常密集的打桩施工，最适用亍高层建筑物s大型机械设备基础和港湾结构物等.在小面积上作用大荷亶的工程剧。（9）搬运、堆放操作容易.微型钢

18、管桩自重轻，不必担心破损，容易搬运堆放操作。（10）节省工程费用、缩短工期。由于微型钢管桩具有上述许多特点，若在实际工程中能充分利用这些特点，就可以缩短工期。微型钢管桩是最适合于快速施工的.因此其综合经挤效益高相对而盲可节省工程费用。第二章微型钢管桩的设计和加固机理分析方法微型钢管桩的设计微型辆管桩的设计主要有桩身截面设计；桩身在起吊、打入和工作状态下的强度和稳定性验算；桩的细部构造等口微型钢管桩的锚固深度问题微型钢管桩埋入滑面以下稳定地层内的锚固深度，与该地层的强度、桩所承受的滑坡推力、桩的柑对刚度以及如切考虑桩前滑面以上滑体反力等有关。原则上讲，又桩的锚固段传递到滑面以下地层的侧向压应力不

19、得大亍该地层的容许侧向抗压强度.锚固裸度车足，会引起工程的失败尽管微型钢管班施工比絞方便快速，且埋深不受地v障碍物的限制，但锚固过深将导致工程量和投资的增加此外，巴桩埋入滑面以下若T慄度时.深度有限和无限的结构近似相I出过长的埠深也没有必臥2.1.2桩身强度计算桩身强度计算应考虑的问题有！桩身在水平荷载作用下产生的应力应左桩身钢材的容许应力范围内，应著虑曲工问题和腐蚀问题竹最小壁厚在考虑到钢管在抗压、抗拉、抗弯和抗剪切的安全王作的同时，也要考虑到它的腐蚀.所以一般认为微型钢管桩的壁厚应该大于加m有时也可以根据实际需要进行调整.压曲稳定钢管桩在压力下必须泾证压曲稳定，而压曲时报据外在条件可分以为

20、下几种.出露部分的压曲出霭部分的压曲可以根据材料力学上的歌拉公式进行计算得出压曲极限荷裁巴，同时还要考虑出露部分两端的支承情况，下表给出不同的支承情况下的极限压曲荷载的欧拉公式。展27欧拉庄世公式承件支条Is下向直T向直竖一下向直竖曲压2-y22载-荷-r-二二一r=一n一2-肋-4-一度强-%r-4r-4:-4表中作一欧拉的压曲极晅荷载(KN)压曲时的压应力强度(畑，I为截面的二次半轻(詔人(2-21)(2-22)入土部分的压曲入土时有两种情况要君虑压曲，一种情况是土质极其软弱另一种情况是钢管桩的长细比比较大.根据Bjernun理论，其压曲极限荷载可以表示如下*P.=式中打压曲极限荷载（KN

21、）；n正整数：E材料的弹性模量（KPC截面惯性矩（mtT：L桩的压曲恢度（饷入KT&rZaghi的横向地基弹性系数（KPG为了保守起见，通常取宀所以上式可以写为:nFE1KI1侧土压曲.根据米塞斯（Mises）理论叫这种压力主要针对闭门钢曾桩，在产生侧向均部压力时.岂S师时，产生的压曲外力从，可以表示为；(2-23)式中PK产生的压曲的外压力（S；y材的泊松比（一般取0,3）；I型柳傅桩的壁厚（用弭）；r型钢骨桩的半径（mm）；L承受外压力部分的桩长f这是桩受側向压力的情况.若桩同时还受到轴向压力时，米塞斯的解不受影响.2.1.3桩强度的校核微型桩桩身作用r围岩的最大横向压应力应不大于地基的横

22、向容许承载力。最大横向压应力可以在计算微型桥的内力过稈中求岀，地基的横向容许承载力口j以按卜式汁算，式中：F地层岩匕的容重；卩一一地层岩土的内摩攘角；亡地层岩上的粘聚力；h地层至计算点的深度应分别对截面压应力和压曲稳定进行验算(L)容许压应力的脸算公式为：(2-24式中4压应力(KPEA桩净截面积(曲)；Nr轴向压力(血人对抗拔力的楼核将桩作为受拉构件，计算公式为(2-25)式中丐拉应力（KPCNt轴向抗拔力W注:当有焊接时，应校核接头强度（3）对弯曲r剪切校核应力计算有弯曲应力和剪切应力计算压应力的计算公式，(2-26)式中a曲应力（畑）：盘桩的有效截面积（跡人I林的有效截面惯性矩（阳兀M弯

23、矩（颐血人N轴向荷载KNhy距重心的距离W因为钢材有一定的腐蚀，所以在计算时应考虑月和/的有效数据剪切应力的计算圆环形状钢管的截面剪力计算公式为：(2-27)式中工剪切应力（KPa）.Q剪力（KN）；A净截面积（佈最大应力4（0：亠加4旳平珂匾力“叨*沪）其屮D和研为钢骨的外径和内径，单检是cm。2.1.4锚杆锚固长度的计算在微型钢管桩加固边坡中，通常与锚杆-起使用。釆用锚杆改变了钢管械的悬壁豎力状态，提高了徹型钢管桩抗弯能力，发挥了微型钢管桩的抗剪能力大的扰点.大大减小了钢管的截面和埋深匚在不同的她层中的锚固段型式有较大的区别，本文只介绍锚杆锚固段钻孔为直筒状、采用较小的压力注浆注浆后锚固段

24、钻孔无扩孔现象发生的锚杆，其備固力主要受锚杆杆体与注浆体界面控制。(1)由位移变形协调关系可知，锚杆水平伸长量人与锚杆锚头处微型钢管桩的水平位移2相等，即有：/产0(3-11)等于锚杆总的变形量?乘以cosa,考虑到锚杆在土体中受到锚杆拉力2、锚杆与水泥浆体的握裹力A、水泥浆体与孔壁的粘聚力乙等力的共同作用,因此，锚杆总的变形也应诊包括锚杆的自由伸长量、在锚杆与水泥浆体的握裹力影响下的变形量、水泥浆体与孔壁粘聚力影响下的变形量/即：?=A7;+仃+0=上丛-./2_frbd/2(3-12)砂E42呐22E人2EAE厶由于/八0相对于纠较小，锚杆的总变形量/可以近似的看成纠，故:/二纠(3-13

25、)式中；A锚杆自由段长度；仃一锚固段长度；4一一锚固体直径；久一锚杆钢筋苴径；A锚杆钢筋的截面面积；思一杆孔的截面面积；E,-锚杆钢筋的弹性模量：仁地层与锚固体粘结强度特征值；筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值。cosa锚杆的轴向拉力标准值和设计值可按下式计算:(3-14)(315)式中：心杆轴向拉力标准值：Na锚杆轴向拉力设计值：比一锚杆所受水平拉力标准值：a锚杆倾角：人一荷载分项系数可取1.30。锚杆锚固体与地层的锚固长度应满足下式要求，(3-16)锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度应满足F式要求：LN人改317)电押J*式中1213段长度；比一锚固体直卷：d-杆钢筋直径；A地层与锚固体粘结强度特

26、征值：人側筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值匕勺锚周体与址层粘皓作条件系临.对永久件锚杆取LO(L对临吋性锚杆取1,33；盘筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永久性锚杆取0创，对临时性锚杆取072.表A2土体与锚回休粘姑谴度特征值pa)k.-t值A-土性粘-_-硬塑塑翌坚虞可软一一0250斗-S-2-2-2-5053221J土砂_散密密实松稍中密-001)5457K1卜0-045-3_57(oL密密实稍中稱90110150眇80-g表J3鋼箭、钿统餓与砂浆之间的辂绪强度设计值MP叮锚杆类型水泥浆或水泥砂桨强度等级M25M30M35水泥砂浆勺螺纹钢筋闾2.102,402.70水泥砂浆与钢绞线，高强度钢

27、丝何2J52.953.40将式(3-16).(3-17)分别代入式(3-13)得：锚杆与微型钢管桩共同便用卜：锚杆锚固休与地层的锚固长度应满足下式要求;1訥m锚杆与微型钢管桩共同使用F,锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度应满足卜弍要求：(3-19)锚杆与微型钢管桩共同使用时，锚固段长度按式芬怡人(3-19)进行计算,并取其中大值口2.1.5桩位移的变形分析桩的位移是由于土体对它的作用产生的，因此所引起的应力是由变形弓|起的，首先应该从变形着手，我们考虎的桩土变形体系有下面三种形式分别是;自由位移、弹性约束也移和全约束位移.对自由位移体系来说，桩土共同运动.相互Z间没有约東*SM桩本身并不能产生应力

28、，故称之为輻自由位移体系S对弹性约束体系来说，土体位移受到桩的约束叫使土体位移比理想状态下要小*而桩受到土体挤压.产生内力。桩的位移为土体自由位移和自身受到的约束位移之差，土体的约束位移对桩产生侧压力，故称之为”弹性约束位移化对全约束休系来说，理论上可以假设桩的抗弯刚度无穷大所以可以认为桩和土的位移都是霉或者可以认为自由土体被桩弹回到初始检置，釣束位移尊于上体的自由位移，此时虽然桩的挠度为零*但是所受的土压力是蛊大的画“2.1.6桩位移曲线及内力分析首先建立一个计算模型“假设桩离开原来的位置使得这一侧的土体受压.则相反的一侧是受拉的虫于土体不承受担力，故可以设想为出压力弹簧模型”*这种假设同时

29、也避免了桩祀两恻同时受到土压力，由于土坤为非弹性体，可以进一步假定其为弹性体.也就是考虑土体的流变特性所以我们采用的弾性体模型也称为审水平基床系数法”假定桩是半无限长的长杆.则它的挠度是微分方程式为:(2-28)(2-29)式中qM桩上土压分布（KN/加）；心水平基床系数（KNI品）;D管的外径（如）；y（x）桩的位移曲线（cm由于土体的流动是变形变化的，当产生必的位移时，基本的微分方程为;(2-30)其中片是一个“换算水平刚度系数”，但由于土体的性质是变形变化的，其基本微分方程式为：它随着约束位移与桩的两次位移之比的变化而变化。先假设它有一个平均值，把它作为一个常数，可得微分方程式：(231

30、)务罟心(2-32)阻2-34)结合边界条件来解这个四阶常系数现行微分方程，颯后可得到挠度曲线.转角和力矩曲线：开仗T7Z少cos处鲁=(cos0 x+sinfix)(2-35)2-36)ax(2-37)M（*Xa竝0%伽血外(2-38)人为桩顶位移。这里有一个特定常数丘“还没有求得，根据大STS现场实测第一位移零点位于零点以T30-50m处。由于徹型钢管桩的位移量一般不超过Man,与位移零点之比也只有几百分之一丫而实测挠曲变形倾角也是1度左右，与理论大致相当，故可以把这种桩当作没有曲率只有斜率的“撤斜桩”来计算*2.2微型钢管桩加固机理分析方法2.2.1反算法的基本原理（1）反算法又称反演分

31、析法或逆算法，它是在极限平衡原理基础上假定边坡处于极限平衡状态，此时边坡稳定安全系数K=L用边坡滑动力与抗滑力的平衡，计算潸动EI抗明撐标。反算法求得的滑面抗剪指标，是滑体滑动现象的反映、尽管选戢不同的计偉剖面或采用不同的反算公式，所得到的抗剪指标不尽相同，但只要相同的方法在相同的剖面L作正演稳定分析.都能得到可信的相钗的结果.139114:1通过上述的理论，我们知道粘聚力和内摩擦角卩是影呐边坡稳定性的主要指标我们应用极限平術理论分析未加固边坡的稳定性时*边坡的安全系数大于或小于1成为我们评价边坡稳定性的标准，而边坡安全索数主要取决于粘聚力C和内摩擦角学的大小.本文在通过延续反算法的思路r针对

32、在经过微型钢管桩加固后的边坡进行分析.假定在经过微型钢管桩的加固后，滑坡得到控制，此时边坡稳定安全系数会増大(本文视边坡为永久工程，取安全系数K-1-2)，在极限平衡原理计算公式一典条分法的垦础上我们得出边坡原有抗滑力和微型钢管桩楠加的抗滑力与边坡滑动力比值就是边坡经微型钢管桩加固后的安全系数口微型钢管桩的对边坡产生的抗滑力主要取决于微型钢管桩桩径的大小、桩壁的厚度、桩间距等因素.微型钢管桩加固机理分析方法上立提到边坡的稳定安全爲数是反应边坡稳宦前定量值根据瑞典条分法求安全稳定系数K值，K二挈卑L滑幼力根据式(2T0),在边坡未加周前边坡的稳定安全系数为：gy+JKcosa.tan硏K迟匕晶竹

33、边坡经过微型钢管桩加国后，边坡的稳定安全系数增大，根据式2-31)边坡稳定安全系数的増大，意味着作用在边坡的抗滑力矩在原冇的基础上增大，撒型钢管桩提供了抗澱力矩的增加部分.K午锂響竺空竺也(2-31)汕5式中各变量与武C2-：il)同其中门型钢管桩对边坡提供的抗滑力。（1）根据钻探和地质调查得到的未加固边坡土体抗剪强度指标的数值，通过理正边坡稳定分析软件，可以计算出未加固边坡的稳定安全系数抗滑力与卜滑力。在经过微型钢曾桩的如同后，经泊理的边坡达到稳定状态，吐时边坡稳迄安全系数会增大（本文视边坡为永久工程，取安全系数K.2）t用式Q34）减式（2-歸）可以算出微型钢管桩对边坡提供的抗滑力的大小。

34、在此基础上对微型钢管聊对边坡提供的抗力分析后，通过算出的微型钢管桩对边坡提供的抗滑力大小反算出微型钢管桩的桩参数。（2）选取不同的桩的参数，求出在所给不同桩参数的情况卜，通过计第得出边坡稳定安全系数、边坡土体抗剪强度指标.分析微型钢管桩的桩参数对边坡稳定安全系数、抗剪强度指标的影响规律。2.3小结本章总结了十质边坡的特点及影响边坡稳定的因素：边坡稳定性的分析方法土休的抗剪强度是边坡稳定的主要指标，分析土体的抗剪强度对边坡稳龙性具有重要意义在此基础上，运用反算法原理提岀微型钢管桩设计计算方法及微型钢管桩的加固机理分析方法。第三章微型钢管桩在工程中的应用3.1微型桩在边坡治理中的应用3.1.1微型

35、桩在边坡治理应用概述微型桩由意大利在20世纪血年代首创，主要用于皋础托换工程，之后传入美国和其它国家.我国于1981年幵始研究*19站年在匕海第一次使用，由于其结构比较简单，易丁施工.在现在岩土工程中的应用范围口益扩大，尤其用亍建筑物牆层、建筑物改造、地基不均匀沉降事故处理、岸（華坑）边以及地弋洞上方建筑物的基础托换。近年来，在边坡加固及滑坡处理等方面也得到了一定的应意大利把微型桩的作用视为加强土休的抗剪性能，H本称其为毗卩工法，将徹型桩按布置方式分为受压或受拉两类加固方法。【诃地质灾害，如地飓.山崩、滑坡利泥石流等，是地质体在众多因素作用F变化、破坏、运动而给人类造成生命财产损失的地质现象，

36、他们曾经给人类造成过巨大的灾害，制约着国民经济的发展因丽引起各国政府的重觇滑坡与边坡稳定密切柏关，是主要的地质灾害之一也是一种常见的山区地质灾害，由于其常常中断交通，培塞河道，摧毁厂矿掩埋村镇易造成重大灾害，而且分布面广，发生频繁，产生条件复杂.作用因素众多、笈生和运动的机理具有多样性、多变性性和复杂性。因而一直是世界各国着力研究的地质和工程问题之一滑坡按其自然类别或工程的关系可以分为口然边坡、水库库岸或岸坡边披、矿山边坡、路堑边坡叫类“库岸或岸坡边坡本质上亦是属于自然边坡类型，其差别仅是因为建库或处于岸坡部位。矿山边坡及铁飓边坡则属于人工边坡或受人工开挖越响的边坡由于滑坡的发生，常常给人民的

37、生命财产造成比報严重的损失给工程建设带来了狼大的影响。国综丄所述”边坡稳定问题在工程農设中具有极其重要的地位.为防止边城失稳的产生和发展，保证工程建设的顺利进行和人们的财产安全，对不稳定的边坡临须采取一定的加固措施n微型钢管桩在加固边坡时的特点及适用性（1）造价低，经济性好乜有类似土钉墙的作用，利用桩顶连接梁可以形成空问框架结构，并讨桩间1-起形成复合型挡上墙以支描其后I二体。具有一般抗滑桩的作用，微型桩嵌入潜在滑面以卜附穗定土空足摒深度，犹如布滑体和滑床之间打入楔子，可以承受较人剪切力“（3）施工所需要的场地较小，几没有开挖方，不会形成较大的临空面，故施工速度抿且比较安全.M）适应性强布置形

38、式灵活，对地层适应性强，町以单独使用或号直支挡丁稈如锚杯等配合便用。（5）冃了桩顶连系梁后，使每根微型钢管桩和桩间岩丄体更加紧密地联系圧了-起，能够右效的控制坡面上加固区域拉裂缝的形成、开展,对于减小披裂缝充填水对边坡稳能性的不利影响有积极作用.3.1.3边坡加固工程技术措施边坡加固丄程，其技术途径为，(1)减小滑坡下滑力或消除下帘因素。(2增加滑坡阻滑力或增加阻清因素任何边坡处治工程都是围绕上述两条途径，结合边坡地形、地质、水文*滑域形成机理及发展阶段*因地制宜釆取一种或多种措剧，达到防止滑坡灾害产生或治理已发生的滑坡灾害的目的如果稳定分祈结果表明边坡的安全系数达不到规定的姜求，可采取不同的

39、加固措端提高边坡的安全度.目就町供采用的边坡加固措施很多，但無纳起來主要有如下几类；(1)减载措施，(2)排水与截水措施：(3)锚固措施;(4)混凝土抗剪结构播施；(5)支档措施6)压坡措墙等.洌CI)减载措施减载措施包括削头减载;和削坡减载两种.削头减载是将边坡上韶定范困内霜盖层威岩体削掉，以降低边坡总高度；削坡减载是梅边坡的坡度放缓两种减载措施的作用都是减少边坡可能发生滑动破坏的下滑力.一般来讲，削坡措施常常受到建筑物布置上的制约*边坡不能放得太缓或根本不能放缓，而削头措施较少受到制约减载措施的实施有主动和被动之分，卞动宪施是在开挖之前就已经考虑了此项措施，而被动实施是开挖过程中或开挖完成

40、后.因边坡矢稳滑塌才考虑到的补救措施.在己完成加固处理的水电工程边坡中属于被动实施的情况最多n(2)排水和截水措施排水措楣可分为坡内排水措施和表面排水措龍两种。坡内排水措施包格在边坡内设置的排水平铜r排水竖井，或在拝水平期和排水竖井内打的排水孔，以及在边坡表面上打的排水孔坡内排水措施可降低坡内的地下水位，减小作用在边坡滑体上的水荷载.该种措施的排水效果取决不连续面的规模、渗透性能、输水能力和方位般來讲，坡内排木措施是一种较有效的边坡处理措施之一.表面排忒描画包括在坡顶和坡面上修的截水构。表面拌水摘施町将坡顶和坡面上的來水集中排泄，减小裂隙水压力对边坡稳定的不利影响表面排水措诞是岩质高边坡处理中

41、种快捷、经拆有数的措施口（3）锚固措施锚固措施包括预应力锚固和非预应力锚固两种，前者是一种主动加固，后者是一种被动加固。预应力锚固是采用预应力锚索、锚打或钢丝对岩体进行加固，通过对可能失稳的岩体主动施加压力，提高滑动面上的抗剪参数和抗滑力（通过提供正压力、反向力实现），从而实现提高边坡的抗消稳定安全度。非预应力锚固是采用砂浆锚杆、树脂锚杆等对边坡岩体进行加固，通过提高滑动面上的抗剪参数和抗滑力（通过提高抗剪力实现）来实现提高边坡的抗滑稳定安全度。在预应力锚固措施中，预应力锚索的应用最为广泛，其主要的特点是施工方便快捷、占用场地少和加固效果好。预应力锚索种类按灌浆次数可划分为两次灌浆全长粘结式和

42、一次灌浆双层保护自由式两种。在国外一次灌浆双层保护自由式应用较为普遍，国内仍以两次灌浆全长粘结式为主。（4）混凝土抗剪结构措施混凝土抗剪结构措施包括在岩（土）体内打抗滑桩、抗剪碉或塞等，是一种被动加固。在边坡滑体滑面检置比较明确的情况下，可采用混凝七抗剪结构措施.抗滑桩和抗剪酮或塞的使用条件不尽相同：边坡滑体的规模不大时可采用抗滑桩，-般来讲断面尺寸不大，提供的阻滑力有限;边坡滑体的规模较大、深层滑动的情况，可采用抗剪嗣或塞将滑面截断，为滑体提供抗剪力，根据需要抗剪嗣可以做得很大。从施工质量方面讲，由于抗滑桩为垂直开挖，可保证混凝土和周围岩体紧密结合。而抗剪嗣或塞一般由水平洞室回填混凝土形成，

43、洞顶混凝土的回填质量不易保证。根据已建工程的经验，混凝土抗剪结构均存在配筋量大、钢筋间距较密的情况.如何保证泯凝土振捣的密实度是施T中应注意的问题.（5）支挡措施欧美国彖从19世纪中叶就开始了对滑坡灾害防治的硏究，但是早期由于人们对滑坡的性质和变化规律认识不深，对那些大、中型滑坡只能绕避，只对小型滑坡釆取减载、反压、抗滑挡土墙等进行治理，排水工程更是优先考虑的措施。直到第二次世界大战后随着各国经济的发展和国土开发利用，遇到的滑坡越来越多，用人为支挡工程治理大量滑坡才真正开始，50年来有了较大的发展和提高,一些大型滑坡也采用支挡工程来治理.支挡工程的发展大体可分为三个阶段，20世纪50年代以前，

44、治理滑坡以地表和地下排水工程为主，抗滑支挡工程主要是挡土墙。20世纪60-70年代，在以应用排水工程和抗滑挡土墙为主的同时，大力开发应用抗滑桩工程以解决抗滑描土墙施工中的困难。欧美国家和前苏联多用钻孔钢筋混疑士灌注桩，直径1.0-1.5mm,深2O-3Om,日本则多用钻孔钢恃桩，钻孔直径400550mm,深20-30m,孔中放入克径318.5457.2mm,壁厚l0-40mm的钢管，钢管内外灌入混凝土或水泥砂浆，为增加桩的抗剪断能力，有时在钢管中再放入H型钢。桩间距1.5-4.0m,而以2.0-2.5m居多.为了增加桩的抗弯能力和群桩受力，国外常将两排或三排桩顶用承台联接，形成刚架受力。也有少

45、数用打入桩的。20世纪70年代后期.在日本开始应用宜径1.53.5m的挖孔抗滑桩。20世纪80年代以来，在小宜径抗滑桩应用的同时，为治理大型滑坡，大直径挖孔抗滑桩开始使用。如日本在大阪府的龟之漱滑坡中采用直径5.0m.深50-60m的大型抗滑桩。它是周围均匀布筋，只在滑动面附近用型钢加强。与此同时，抗滑支挡结构的另一个特点是锚索工程在滑坡防治中大量使用，或与抗滑桩联合使用，或锚索单独使用（加反力梁或锚墩）。由于锚索工程不开挖滑体，又能机械化施工，比抗滑粧工程节省投资50%,所以目前被广泛应用。（6）压坡措施压坡措施就是在边坡滑体的趾部附近人为地增强约束（用土、石或其它材料）以防止坡体滑动。一般

46、来讲用于压坡的材料采用开挖的废弃料，该措施的使用也往往受到场地的限制。在场地允许的前提下边坡工程中对大型古滑坡的处理可采该措施。（7）其他在滑坡防治丁程实践中，工程师们认识到预防工程滑坡的重要性。在特殊岩土或岩土体存在不利于坡体稳定的结构层（面）的地段，应设置预加固工程以防止工程滑坡的产生，采取先加固再开挖、边加固边开挖。避免滑坡发生后再进行整治c提出了分层稳定和坡脚预加固的新概念。此外，小锚孔注浆技术得到应用:达成铁路金堂滑坡采用髙压旋喷注浆加固滑坡滑动带，内昆铁路冷家坡隧道进口岩石滑坡采用了钢花管注浆加固，均取得成功，该技术具有施工便捷、机械化程度高、劳动强度低等优点，与抗滑桩、墙被动支挡

47、相比较，其属于对滑坡主动加固，技术具有先进性。正在修订的铁路特殊路基设计规范，滑坡防治技术中纳入了预应力锚索的内容。同时强调排水、削方、结合支拦、综合治理的原则，强调了预加固以防止滑坡产生的新概念，对注浆加固滑坡滑动带（面）的技术作了推荐。8经过多年的工程实踱和理论研究国内外在滑坡防治的各个方面都取得了很犬成就，苴中支挡抗滑结构的发展应用尤为迅速大、小型普通抗滑桩、预应力锚村抗潸桩、预应力锚朴地梁与预应力锚料框架等新型桩锚结构已右：I程实践中大量应用，并初步昭成了较为成熟的计算理论、施工方法.徹型钢管桩是一种新型滑坡支样结构.是指直径小于300nEn的描入it或灌注桩.桩休主要由压力灌注的水泥

48、C砂）浆或混凝.上与钢管组成常用的锚固及抗湃结构（抗滑墙或抗潸桩）.M.T.T艺复杂、适应性较劳、造价高.rfu结合预应力锚杆和微型钢管桩，可达到一般锚固及抗滑结构同样的工程效果，且其具有适用条件广泛、工期短.安全简单、经济效益高零突出优点，特别是对于传统抗滑结构不具备诫工条件时则更貝优越性,近年来越来越多地应用丁-边坡加固及滑坡治理工程中，但其丁作原理、受力性状和设L理论很不完善微型注浆钢管桩在填土边坡加固中的应用随芳城市建谀的快速笈展，在工程兴建过程中经常遇到填上边城=填土边坡加同一般采用的方法主嬰为崔i墻、卜钉墙和护坡桩（水泥搅拌桩、旋喷聊、谦注轿）答儿种加固力法.拦墻人优点是造价较低r

49、诞.方便，因此在边坡位移嚏求不是严格且场地条件潢牡施匸要求的地方务釆用.匕钉塩加固最大特点就是益价低，施工较方便，因此在辿坡位移无特殊姿求的地方广泛采用护坡桩屮的水泥搅拌桩、旋喷林加固的特点就是造价相对较低，施二綾方便*阖此在边坡位移无特殊要求的地方宜采用,护坡桩中的淞注桩抑周屋大优点是控制位移能力强，但投入大.成木窩、施工星杂、匸期长4丈咲丄禅宴例弁绍种综仑的边坡加囿方法：睁压注浆和谶型钢管旅构成的加囿体系:其施工便利.造价相对经济，对控制边坡位移变形.增强整林稳定性、保证边玻不发主局部坍塌等具有很好的作用，大大握裔了边坡的安全稳定性.在填上屮柏人微哩钢讶桩并静压注浆提裔了加固体的柔性从抗弯

50、强度和抗剪强度，两者结合作为加周的一种措施，能薛决边堆土体的冃稳性在边坡加同中的应用，其优越性得到充分痕挥，不仅施T冏期短，而且保址边坡及周边坏境的女罷特别是对填土怦度大、放坡坡度小、周边有建筑物或地下管线等的边坡5固*具有常规注集和护坡桩无法相比的优势。3.3注浆微型钢管桩在公路路基加固中的应用3.3.1微型桩在公路路基加固中的应用概述劈裂注浆是目前应用较广的一种软弱土层加固方法.它既可应用于渗透性校好的砂层.又川应用于渗透性垦的粘性土层。劈裂注浆釆用昌压注浆丁艺，将水泥或化学浆液等注入土层，以改善土层性质，在注浆过程中,注浆管出口的浆液对四周地层施加了附加压应力，使土体发生剪切裂缝,而浆液

51、则沿着裂缝从土体强度低的地方向强度高的地方劈裂*劈人土体中的浆体便形成了加I制土体的网络或骨架。钢管桩在支搪结构屮具有施工快捷方便”扰动小，见效快、适用范围广等特点.其加固作用主要体现在通过自身刚度抵抗下滑力口劈裂注浆型钢管桩是一种不仅通过自身刚度抵抗下滑力还通过注浆作用改善桩周土体的力学性能，变滑体为抗体亦桩土北同作用下共同发挥抗滑支描的作用口3.3.2加固方法和作用机理1.加固方法路基填土和粘土,填筑的结构比较松散，下部为强透水的卵石层，产生病害原因一方面是在地下水作用下,产生渗漏潜蚀，先将卵石层上部覆盖层的底部剥落流失，致使接触带附近空隙增加，沉降量加大，因此地下水活动不可忽视;另一方面

52、是因为填土较高，不密实,路基压实度不够，空隙率较大，雨水浸湿后造成路基不均匀沉浆,产生纵向裂缝，而且路基边坡高陡，并伴随着向外滑移。基于此，采用采用劈裂注浆型钢管桩进行加固治理。(2)作用机理：钢管及其周围的水泥浆体形成一个微型桩，多根微型桩密布在滑体上，穿过滑动面嵌入滑床基岩中成为锚固桩，从而对滑体产生支扌半作用,增加抗滑力。劈裂注浆形成树根桩，浆液凝固时具有粘聚性和吸水性,将滑体和不动体粘聚形成一个扩散状的复合体,使滑带土的性质得到改善，提高。值，增大摩擦力，从而改善了滑面处岩土体的抗滑作用。通过水泥浆体的充填、挤密，使岩土体密度加大，空隙减少,渗透系数减小，从而减少地表水的渗入，提高滑体

53、的稳定性。3.4注浆微型钢管桩在机场边坡中的应用3.4.1注浆微型钢管桩在机场边坡中的应用概述微型桩通常是指直袒小-300mm附站扎灌注賦爹大面积成群布置形成支护体系。微型桩由于其施工便利、对环境影响小、施工环境要求低、加固效果好等忧点自20世纪S0年代以来得到迅诫发展和应用，其在边坡加固、地基加固、探基坑开挖支护、地面沉陷修复、滑坡处理等方面都得列了成功痕用。注浆微型钢管桩体離是将注浆技术和微型桩技术相给合的一种辺坡加固护段，其既改善了滑带上的力学性质又增加了微型单桩刚度偏小的缺点是一种常见的边圾快速加固方法微型钢管林设计通常是桩撫剩亲下猎力确左其钻孔H牲展钢管面积然阳边圾稳定性分析通用的设

54、计指标是安全系数，边坡穏定魅也都以寮全系数作为其穩定ttKr评价指标因而，确定微型钢管桩作用下的边坡安全嘉数对于边般设计3.4.2计算原理极隈吓衡法晁边坡稳疋件让算啟为戒熟、应用啟广、经验最为丰富的计篁方法4针对条恸力的不同假设提出了很多不同的计算方法便用较为广泛的包柄Fellemus法、Bishopi去rJmiibu法、Spric亡r注、Morgenstern-Price；虫、传递丟数怯等。为了簡便，此处以便用广泛附Eimh叩陆为例,说明注浆微型桩支护体盏作用F的边皴稳泄性计算方法,其它计算方法与此类慚。微型桩作用下的边坡稳定性心訪呼法计算模型如圏1所示图戸、匕二分别为第，上条两侧面上的法向

55、作用力a迖=匚-出;洛、x.,4分别为第/上条w侧面上的切向作用力*建山.小-人；鬥为微型桩能廉爱的剪切力*当对应条址无微型桩时取此时匀常Bishop等同；八念改分别为第八係底Ihi飙乐1条礎度利底i師帧角，几右.畑皿,；昭质、匚分别為第1条航小淆瀚匸的滋向反力利抗0?力，乩隣杆符合并伦强度准则“根据第，土条垂直方旬上力的平衡可以得到：叽一扣匕一皿】叽一巴“出P,=(1)根据库伦准则和安全系数兀的定义，土条滑面上的抗即力为；TOC o 1-5 h z（c十6伽）（二c丄十他伽厂F-Frr英中G0分别为第，土条涓面处的粘聚力和内摩擦角。联立上两式可以得出：曜十i泌.(3)(4)(5)_L_cUm

56、0sin0cos/9+，F,取叫=cos+竺空巴匕，则上式可以简化为N=丄附十&Y-込in&）叭F.根据整个滑体的力矩平衡，可以得到；阿兀-工恥-口尺其中：兀、.1；分别为第f土条的重心至関心的水平庾离和微型桩与滑面交点至圆心的竖向距离。联立、（4）、（5）式即可得到微型桩作用下的Bishop法安全柔数计笄公式为：为+“十十&,）lanF*工IKsin（9.-工F,cos0（）显然，当无微型桩作用，即刁为0时，式（6）即转化为常规的Bishop法。当有微型桩作用时，即当尺大于0时，计鯨所得安全系数代较无粧时的值大，这与实际柑符，表明此处提出的算法是合理的。对于筒化Bishop法，则假定不考虑条

57、间切向力，即武（6）中AX,为0。式（6）为关于代的隐式解，需婴通过迭代求解本文以某机场岛填方边坡为例，根据滑坡防治工程设汁与施工技术规范所确定的原则，将注浆微翌桩能承受的抗剪力（除以抗剪断安全系数后作为水平荷栽施加屁所在土条，给出了注泵微翌桩支护体系作用下的边坡安全系数计算方法，使得加固后的效果能更为自观淸晰地得到体现，为设计人员握供金考。第四章结论对于新型滑坡支挡结构一微型钢管桩.具有安全可靠、造价低、工期短、使用范囤广等特点，但兰前对微型钢骨桩的设计计算与加固机理没有一套感熟的理论，本文在总结前人研究成果的基础上.系统分析了微型钢管桩的加固机理，研究了微型钢管桩的设计计算方法，結合I程实

58、例，归纳起來，本文所得应果如下:通过研究土质边坡的稳定性，并在极限平衡拄理论的基础匕运用反算法推导肉指导设讼施T的理论公式：5?,/.+W,cosa（r,/4+加3：盃）团4K(2)讨沦了锚杆在与微型钢管桩共同使用时，锚杆锚恂K度的计算：3)在微型御管桩抑固边坡中，微型钢管桩提供的抗滑力二要是抗剪力，桩径对边坡稳定性彫响较小；桩壁厚度对边坡彫响较大.实际工程设计屮，壁厚是槪型钢管桩支护边坡的重耍参数乜本文研究的部分成果可以宜接用来指导工程实践，为微型钢管桩用于处理边坡问题提供了一种较合理的设计计算方法，微型钢管桩结构施工便捷并且对坡体秋动小，在今后各类边坡加固和滑坡治理中都有着广泛的应用前景井具有显著的经济数益和社会效益。参考文献1谷伟平,李国雄,蒋利,李静.微型钻孔嵌岩钢管灌注桩.岩土工程学报,2000,22(3):344347彭少民等，国内