边坡抗滑桩计算

彳彦文手

CHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITY

《地质灾害理论与制》

课程设计报告

学院名称_____________________

专业班级

学生姓名_______________________

学号____________________

指导老师______________

起讫日期

目录

1.工程概况.....................................................错误!未定义书签。

工程概况...................................................错误!未定义书签。

场地条件..................................................错误!未定义书签。

气象水文..............................................错误!未定义书签。

地形地貌..............................................错误!未定义书签。

地层岩性..............................................错误!未定义书签。

地质构造..............................................错误!未定义书签。

水文地质条件..........................................错误!未定义书签。

人类工程活动..........................................错误!未定义书签。

2计算依据.....................................................错误!未定义书签。

计算参数..................................................错误!未定义书签。

计算工况及安全系数确定...................................错误!未定义书签。

3.滑坡稳定性及滑坡推力计算....................................错误!未定义书签。

计算剖面..................................................错误!未定义书签。

计算方法..................................................错误!未定义书签。

3.3计算结果............................................错误!未定义书签。

稳定性评价................................................错误!未定义书签。

4.抗滑桩结构设计.............................................错误!未定义书签。

抗滑桩拟定................................................错误!未定义书签。

抗滑桩参数计算............................................错误!未定义书签。

抗滑桩计算模式选取........................................错误!未定义书签。

受荷段内力计算............................................错误!未定义书签。

锚固段内力计算............................................错误!未定义书签。

计算转动中心的深度及转角.............................错误!未定义书签。

求锚固段内力及侧向应力...............................错误!未定义书签。

桩侧应力验算错误!未定义书签。

抗滑桩配筋计算错误!未定义书签。

正截面受弯计算错误!未定义书签。

斜截面受剪计算错误!未定义书签。

纵筋的截断设计错误!未定义书签。

5.抗滑桩间挡土板设计错误!未定义书签。

挡土板的拟定错误!未定义书签。

荷载确定错误!未定义书签。

板墙配筋设计错误!未定义书签。

6.排水工程错误!未定义书签。

排水沟设计错误!未定义书签。

7工程量统计表错误!未定义书签。

材料用量错误!未定义书签。

挖方量计算错误!未定义书签。

填方量计算错误!未定义书签。

模板的方量计算错误!未定义书签。

1.工程概况

工程概况

该边坡体位于重庆市巫溪县安子平K96+030〜K96+155段公路的斜坡体匕滑

坡体段的公路路基己填筑至高程727m左右。该路段为早期修建的乡村机耕道路,

先为经济发展需要将公路拓宽至7m,使边坡的稳定性降低，需针对其可能诱发滑

坡而对其治理。

场地条件

1.2.1气象水文

本区属中一一亚热带季风气候。月平均气温最高是8月，平均气温为28.5℃,

最低气温为零下1.8℃。多年平均相对湿度为79舟。年平均降雨量1082nun,降雨

多集中在5~9月，尤其是6~8月多暴雨，日最大降雨量达192.9mm,小时最大降

雨量超过65nlln。雨季，尤其是暴雨期往往是滑坡的活动期。

据工程地质调查，斜坡坡顶、坡脚无塘、田、水库、河流等地表水体分布

1.2.2地形地貌

本区属构造侵蚀中山斜坡地貌，地势总体东南高西北低，地面高程为

720.846m〜741.70m,设计线路左侧地形较平缓，为阶梯状旱地，斜坡坡向310°〜

320°,坡角10°〜20°,局部达25°,斜坡由上至下坡度变缓，区内见少量杂草灌木。

1.2.3地层岩性

拟建段出露地层有第四系全新统筑填土层（QJD、残坡积层（Q>F）及三叠

系中统巴东组（T?b）泥岩、灰岩，现分述如下：

筑填土层（QD：灰褐色、灰黑色，松散，稍湿，主要由碎石，粉粒、粘粒

及少量生活垃圾组成，土石比3：2,该层仅在ZK64附近有分布，层厚2.50m。

含碎石粉质粘土（Qf）：黄褐色、土黄色，稍湿，稍密，主要由粉质粘土、

碎石及风化岩屑不均匀混合组成，粉质粘土含量约80〜90%可塑状，碎石含量

约10〜20%,成分以泥岩为主，呈强风化状态，粒径2〜5cm,棱角状，区内有

分布,层厚4.25m0

泥岩（Lb）：主要由粘土矿物组成，网状方解石脉发育，泥质细粒结构，薄

层状构造，按风化程度可分强弱风化两亚层，现分述如下：

强风化泥岩：青灰色，节理裂隙发育，大部分原生结构已被风化破坏，表面

可见铁锦质氧化膜，层厚2.20%

弱风化泥岩：青灰色，节理裂隙发育，部分原生结构已被风化破坏，节理裂

隙光滑平直，本次勘察最大揭露厚度0.70n】。

1.2.4地质构造

区内构造属朝阳官阳背斜南翼，出露三叠系中统巴东组泥岩。区内基岩呈单

斜产出，走向及倾向沿公路略有变化，产状为161。Z41°,主要发育二组节理,

U产状319。N51°,节理面光滑平直，张开度1〜2mm，充填泥质，延伸〜6.00m,

穿层，密度1条/0.8m；L2：产状为185°Z53°,节理面粗糙，闭合，密度1

条/0.6mo

1.2.5水文地质条件

场地地层具松散土层与下伏基岩的双层结构，区内水文地质条件简单，地下

水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。该类地下水主要赋存于第四系上层

中，区内地下水主要受大气降雨补给。场地斜坡坡度较陡，大气降雨主要运移方

式为顺坡向下以地表水形式排泄，部分地表水下渗至第四系土层以分散潜流方式

运移向低处排泄。区内分布的紫红色泥岩为区域性相对隔水层。简易水位观测：

勘察期间对勘探孔作简易水文观测，所有钻孔中均未见地下水，在勘察深度范围

内地下水贫乏，场地水文地质条件简单。但在雨季第四系土层可能存在松散堆积

层孔隙水，基岩中存在少量风化裂隙水。综上所述，场地内地表水类型为大气降

水斜坡面流，地下水类型为第四系残坡积松散层孔隙水、基岩裂隙水，受季节控

制。

1.2.6人类工程活动

场地主要人类工程活动为修建道路，由于公路拓宽斜坡堆载，对坡体土体稳

定性产生不利影响，是诱发该滑坡的主要因素之一。区内及周边人工切坡及堆填

最大高度约〜10.00m,破坏地质环境的人类工程活动中等强烈。

2计算依据

计算参数

(1)土的主要物理力学指标

天然重度(Y)：m3；天然状态：C=36kPa,中=。；

饱和重度(Y)：m3；饱和状态:C=29kPa,4二°;

(2)岩石的主要物理力学指标

强风化泥岩：承载力基本容许值匕。产600kPa

中风化泥岩：弱风化泥岩天然抗压强度标准值Mpa,饱和抗压强度标准值

Mpa,承载力基本容许值[cro]=1600kPa

计算工况及安全系数确定

根据《地质灾害防治工程勘察规范》(DB50/143-2003)：该滑坡防治工程

等级为二级，其稳定性安全系数取。

计算工况如下：

工况I:正常情况

工况II：暴雨或久雨状态饱和情况

3.滑坡稳定性及滑坡推力计算

计算剖面

根据《K96+030~K96+155工程地质详细勘察报告》及图件，本次计算以滑坡

1一1剖面为计算剖面，对其进行了稳定性计算，以分析其剖面的稳定状态。

计算方法

滑动面呈折线型，滑坡稳定性计算适宜采用传递系数法。按折线滑动面将土

体分成条块，假定条间力的合力与上一条土条底面平行，然后根据各分条力的平

衡条件，逐条向下推求，直至最后一条土条。根据滑坡体地质条件情况，水作用

效应仅考虑对岩土强度参数的削弱。

抗滑力：K=叱cos%tan勿+c4

下滑力：Ti=Wisinat

剩余下滑力：Fj=KWisinat-R.t+

传递系数公式：a-=cos（a“一区）一吆〃sin（a_]—%）

?一]，一!

z（R,n匕）+凡

K_i=lj=i_____________

八一n-l

稳定系数：z（in匕）+（

/=1j=i

推力传递系数；

玛：第i个条块末端的滑坡推力（kN/m）;

K：抗滑稳定安全系数

叱：第》个条块地下水位线以上土体天然量IkN/m）；

%：第》个条块所在滑动面上的内摩擦角（°）；

%：第i个条块所在滑动面上的倾角（。）；

G：第，个条块所在滑动面上的单位粘聚力；

生第，个条块所在滑动面上的长度；

3.3计算结果

滑坡体稳定性计算，以I—I剖面的滑动模式有以下两种：

模式一：填筑土体沿填筑界面滑动破坏；

模式二：填筑土体和坡积土体沿岩土界面整体滑动破坏；

滑坡体稳定性计算简图见下图（图1）

按填筑土体与坡积土体界面滑动、坡积土体与岩层界面滑动情况，分别在天

然工况、暴雨工况下计算得到四种相应的结果。（详尽计算结果参见附表I计算

表）

稳定性计算结果如下表1,填筑土体与坡积土体整体在暴雨工况下为不稳

定，稳定系数最小。

表1滑坡稳定系数

天然工况暴雨工况

填筑体的稳定性

填筑体与坡积土体稳定性

设计工况下剩余下滑力计算计算结果见表2

表2设计工况下的条块剩余下滑力

滑块编号暴雨工况填筑体条块的剩余下滑力滑块编号暴雨工况填筑体与坡积体整体条块的剩余下滑力

11

22

33

44

55

66

77

88

99

稳定性评价

由上两表看出：填筑土体稳定，不会沿填土界面发生滑移失稳。填筑土体与坡

积土体整体不稳定，会沿岩土界面发生滑移失稳。因此斜坡可能在暴雨状态下诱

发沿岩土界面发生滑坡灾害发生，需要利用其最不利状态设计防护措施。

4.抗滑桩结构设计

抗滑桩拟定

参考《重庆市地质灾害防治工程设计规范》(DB50/5029-2004)抗滑桩设计

要求，进行抗滑桩拟定设计。

在I—I剖面的第9个条块处设置钢筋混凝土抗滑桩，采用C30混凝土，

查资料得，其弹性模量%=3x10'Pa

抗滑桩截面为矩形，断面尺寸bXa=2mX31n

抗滑桩桩长：H3ni,其中受荷段兄=9.23m,锚固段〃2=5m；

桩间距(中至中)：I尸5m

抗滑桩参数计算

桩截面的惯性矩：/」而=4.5m1

12

桩截面模量：W=—ba2=3m

6

桩的抗弯刚度：EI==X107m2

桩的计算宽度：Bp=b+l=3m

地基系数计算：

受荷段的地基系数：根据岩性及地层情况，由于在滑面以上还存在有

筑填土层(Q4me)和含碎石粉质粘土(Q4dl+el)层厚约为9.23m,取该土层

的抗滑地基系数的比例系数为m=7000KN/m4,则滑面处的地基系数采用

A=7000X=64610KN/w，

锚固段的地基系数：泥岩(T2b)由强风化泥岩厚为2.20m和弱风化

泥岩厚为0.70m组成，桩的埋长为5m。强风化泥岩取抗滑地基系数为

44

m=80000KN/m,弱风化泥岩取抗滑地基系数m=100000KN/m0根据多层土

的地基系数的比例系数的取值可得

相_g后+〃马(24+生丸_8OOOOX2灸+1OOOOOx(2x2.2+2.8)x2.8_961

(.+.)2-(22+2.8)2-

抗滑桩计算模式选取

桩的变形系数鲁二川

桩的换算深度为二X6=<故按刚性桩计算。

受荷段内力计算

桩后荷载：滑坡推力尸=502.3左匕加

主动土压力£-kN/m(计算过程见

桩前荷载：剩余抗滑力m力〃

抗滑桩桩悬臂端作用的力系仅滑坡推力产

则作用在每根桩上的力：

桩承受的水平向推力：T=502.3xcos26°x5=2257.32

垂直推力不考虑（有利效应且力较小）

作用在滑坡的水平推力按矩形分布，如下荷载分布图（图2）

滑动面以上桩按悬臂梁计算：

滑面处的剪力：Q尸KN

滑面处弯矩：好X2=

锚固段内力计算

4.5.1计算转动中心的深度及转角

“2A(3M0+20/)++32)〃)]

转动中心的深度:))―2[3A(2Mo+Q/)+〃”2(3町…d

r图2荷载分布图n

5x[2x64610x(3x10417.53+2x2257.32x5)+96128-----、________________..32x5)]

2x[3x64610x(2x10417.53+2257.32x5)+96128x5x(3x10417.53+2x2257.32x5)]

—3.37m

J2[3A(2%+2用+mh(3M0+2Q)项

':0—3”[6.(一+砌+/〃2]

12[3x64610x(2x1()417.53+2257.32x5)+96128x5x(3x1()417.53+2x2257.32x5)]

3X53[6X64610X(64610+96128x5)+961282x52]

4.5.2求锚固段内力及侧向应力

侧向应力：%=(%-y)0(A+ay)

=(x(64610+96128y)x

=-223.02)，2+601.67y+505.15

滑动面以下深度y处桩截面的弯矩和剪力，取y处上部为分离体，由X,沪0及

求得：

当正必时：Qy=2)-g-)，)一，4网”2(3”一2y)

11,

。、.二2257.32——x6461Ox3x0.00232xyx(2x3.37-y)——x3x96128x0.00232xy2x(3x3.37-2xy)

2'6

3

/.ev=2257.32-1515.447-902.51^+223.02y

My=%+Q))，-，A"2(3%_y)一看练〃也3(2%_),)

My=10417.53+2257.32)」1x3x6461Ox0.00232y2(3x3.37-y)--x3x96128x0.00232y、(2x3.37—y)

612

M=10417.53+2257.32)」757.72/-300.83/+55.75/

当y2历时：Q>.4"夕），2（3%一2），）一:与纥/^（丁一%）?

Vz乙L

2257.32--x3x96128x0.00232y2(3x3.37-2j)--x3x6461Ox0.00232x3.37

62

+gx3x64610x0.00232x(y-3.37)2

2

gv=2257.32-1515.44.V-902.51y+223.02/

3

My=M)+-1BpAgy；(3y-%)+：与加()，一y0)'-《Bpm(py(ly^-y)

=10417.53+2257.32y・\x3x6461Ox0.00232x3.372x(3y-3.37)+

qx3x6461Ox0.00232x()，—3.37)3-《x3x96128x000232/(2x3.37-y)

Mx=10417.81+2257.32)，-757.72/-300.83/+55.75V

由上面的函数关系式求得不同锚固段处的弯矩/，、剪力。、、桩侧应力区.,

用Excel绘制内力图（图三）如下：

抗滑桩锚固段剪力分布图

深度

状抗列.

产轴卜

层单合

岩的符

0，石应

二0成岩

也二、皿

时。组。5

m化力0a

7时岩0p

3风应6k

.小泥30

30色微压=0

=.〜63

大y1灰等侧0

的0=

系最：尸青中。0；

40

关为深：）为层层2取；。0

b地xa4

化）埋深L下地5造取2

（对.，Px

变力当埋其质构k5

组00.

度应得当，岩身x层度00

深东用桩3程0x

侧a求得2半8岩3

随（p，=4.

K，N求巴.、据化20

力力K2层4

点，统质凡根软=

抗抗==为地，

v大-点x中岩，及

性xaa约质R

性rc最l大m“定化度

l系的岩

弹弹力e最M度决风强"

向：叠整的

向剪矩：厚小、限

侧力：三完整<

为弯矩带大隙极

侧应力为于完

，即为弯化角裂压a

侧剪要属较

时点即大风倾的抗切

大大主。比5

m一点最强a状石轴5.

5最最部P为7

2的一,M产岩单6

.上层8

l0的算4层决岩=

=、°2地围

y为0验14=岩取

个势融包芨中R段

<2深力为Z一——y

力床为固<

埋应力°一——

应滑1度锚2

当侧剪6:占k小

侧1强件

桩为压条

桩侧各点应力都满足，即锚固长度满足设计要求。

抗滑桩配筋计算

桩身需要配纵向受力钢筋以抵消弯矩，配置箍筋以抵抗剪力。桩身结构设计

计算参考《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)。根据5.5.2桩身内力计算,

最大弯矩”max=，最大剪力：Knax二4。

4.7.1正截面受弯计算

取桩的永久作用分项系数：/G=1.35

取桩结构重要性系数：为=16

则：

M=心=1.35x1.0x11672.05=15757.27KN•m

取C30混凝土，混凝土轴心抗压强度设计值工.=14.3的。，混凝土强度等级不

高于C50,四取。取选用HRB335钢筋，钢筋抗压强度设计值/、,=300Mpa

考虑到可能需要双排配筋,故取保护层厚度c=70mmoh值取为3000mm,则

为二2930mm。

由力矩平衡条件得

X

M<Mu=aJcbx{h{}--)

x=194.49/n/n

为防止出现超筋破坏，应满足

刍九=0.55x2930=1611.5即满足要求

由力的平衡条件得

a}fcbx=fyAs

A=18541.38"〃/

为防止出现少筋破坏，应满足&*min劭

p^bh=0.00215x2000x3000=12900即满足要求

选用用23根①32等间距单排布置，A=18498.9/W,布置在桩的受拉区。

根据《DZ0240-2004一滑坡防治工程设计与施工技术规范》，桩的两侧及受压边,

应适当配置纵向构造钢筋，间距取400mm,直径取16nun.桩的受压边两侧，应配

置架立钢筋，直径取20nm1。

4.7.2斜截面受剪计算

取桩的永久作用分项系数：/G=1.35

=|

取桩结构重要性系数：/0-°

则：

V=yG/0Vmax=1.35xl.0x4453.84=6012.684KN•m

当"%=%=293%00G=I.465<4时，

V<0.25乃/协o=0.25X1X14.3X2000X2930=20949.5

即满足要求，不会出现斜压破坏

斜截面受剪承载力的计算：

V>aJ叭=0.7x1.43x2000x2930=5865.86M承载力不满足

A

则需满足%匕二0.7力她+0中

选用HRB335中25钢筋，箍筋做成封闭式。

A、,=nAvl=2x490.9=981.8〃〃"，4川为单肢箍筋的截面面积

.A^V-O.lfbh.6012.684x103-0.7x1.43x2000x2930八「

.二,>----------=--------------------------------------------------------------=0.167

300x2930

fyA

根据《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002),箍筋的最大间距5心=300，〃%,

最小直径不低于8mmo

箍筋的最小配筋率要求：

4'=0.24^=0.24xI4%。。=0.114%

箍筋的配筋率需满足：p,=%=%',>20005-人皿=0,114%

S<430.61〃〃%则箍筋间距取s=300mm

因此选用中25@300的双肢箍筋。

4.7.3纵筋的截断设计

根据《混凝土结构设计规范》，采用弯矩包络图进行钢筋截断，本设计仅截

断两处以减少钢筋数量。每根钢筋所抵抗的弯矩可近似地按该根钢筋的面积

A

Aj与钢筋总面积A的比值乘总的抵抗弯矩即。现截断九根

A

纵向受力钢筋，每根钢筋面积为加〃/，则截断钢筋的抵抗弯矩：

A12xRO49

=X11672=6088.987CN-m

A"18498.9

如图4所示，滑面上2.53m处以上和滑面下3.3H处以下可截断9根纵向受力钢

图4简略抵抗弯矩图

根据配筋设计和构造配筋，I—I截面由最大弯矩Ma=U672KN-〃2控制,

在抗滑桩滑面以上2.53m和滑面以下范围内。II—II截面由剩余钢筋弯矩

Mu=11672-6089=5583KN•租控制，在滑面上2.53m处以上和滑面下3.3m

处。抗滑桩绘制抗滑桩截面配筋图，如图5所示：

5.抗滑桩间挡土板设计

挡土板的拟定

挡土板材料及施工：采用C30混凝土，选用HRB335级钢筋，现场预制

板墙尺寸：截面为矩形，截面尺寸bXh=1000X250,板长a=3600,如图

5所示

V

0

0

0

T

图6板墙尺寸

[

2

503O

60

荷载确定

当土体为粘性土时，《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）对边坡支挡

结构土压力计算提出如下规定，计算支挡结构的土压力时，可按主动土压力计算。

由板墙测土地质条件，按库伦主动土压力计算：

K=---------。叩—£）=05]

“cos2£cos（£+%）U+Jsin（/+/）sin0-a）「

\COS（£：+Q））COS（£-a）

滑面处的库伦士压力%=MK,=20X9.23X0.51=94.15KN/m2

则总库伦土压力：Ea=-qk\=-x94.15x9.23=434.50^

取最大库伦士压应力/_94.15KN/”/均匀作用在单跨板上进行设计

则板跨最大弯矩为M=!//；二』x94.15x3.32=128.16KN•小

88

板墙配筋设计

取桩的水久作用分项系数：7G=135

=1

取桩结构重要性系数：/0-°

贝I]：M=yG/0Mniax=1.35x1.Ox128.16=173.02^-m

取C30混凝土，混凝土轴心抗压强度设计值力=14.3Mp〃，取选用HRB335

级钢筋，钢筋抗压强度设计值fv=300Mp〃。

保护层厚度c=30mm,as=40mm,h值取为250i)m,则/?()=210mnio

由力矩平衡条件得

X

MSMxafbMh。一力

x=68.93mm

为防止出现超筋破坏，应满足x/k

。九二0.55x210=1155%机即满足要求

由力的平衡条件得

2000$-------------2000

*21202兔20

4皿6

8生16

8

o

CD

/@256500

/5@300

/0国500

)2R招2

如

截面I—I截面II—II

^fcbx=fyAs

A=3285.66，加亦为防止出现少筋破坏，应满足Xs，＞pm[nbh

pxlAbh=0.00215x1000x250=537.5即满足要求

选用用10920@100单排布置，A=3142/W,在沿板跨度方向截面受拉

一侧布置。

根据《DZ0240-2004—滑坡防治工程设计与施工技术规范》，分布钢筋选用直

径12mm,布置与受力钢筋垂直方向，间距200nmb板墙配筋图见图6。

图7板墙配箭图

6.排水工程

该区域属中一亚热带季风气候，年平均降雨量1082mm,降雨多集中在5〜9

月，尤其是6~8月多暴雨，日最大降雨量达192.9皿，小时最大降雨量超过65mmo

根据《K96+030~K96+155工程地质详细勘察报告》，斜坡坡顶、坡脚无塘、田、

水库、河流等地表水体分布。滑坡地质条件简单，滑体厚度和滑坡规模都较小，

综合考虑仅需简单按区域性进行排水沟设置。

排水沟设计

排水沟材料：采用浆砌条石

排水沟布置：在公路内侧布置，延伸出滑坡周界5m

按重庆市区域常用排水沟截面设计区间取值，截面尺寸见图8o

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7工程量统计表

材料用量

7.1.1钢筋用量表

抗滑桩的钢筋用量表如下表所示:

单根抗滑桩钢筋用量表

理论质量

钢筋用途等级代号直径(mm)根数单根长度(m)总长(in)总量(kg)

(kg/m)

抗弯钢筋I1RB33532337231

抗弯钢筋HRB33528229154

箍筋HRB3352546

架立筋HRB3352525