抗滑桩设计

抗滑桩设计的要求和步骤

抗滑桩设计应满足的要求如下：

(1) 整个滑坡体具有足够的稳定性，即抗滑稳定安全系数满足设计要求值，保证滑体不超过桩顶，不从桩间挤出；

(2) 桩身要有足够的强度和稳定性。桩的断面和配筋合理，能满足桩内应力和桩身变形的要求；

(3) 桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围内；

(4) 抗滑桩的间距、尺寸、埋深等都较适当，保证安全，方便施工，并使工程量最省。

抗滑桩设计计算步骤如下：

(1) 首先弄清滑坡的原因、性质、范围、厚度，分析滑坡的稳定状态、发展趋势； (2) 根据滑坡地质断面及滑动面处岩（土）的抗剪强度指标，计算滑坡推力； (3) 根据地形、地质及施工条件等确定设桩的位置及范围；

(4) 根据滑坡推力大小、地形及地层性质，拟定桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距；

(5) 确定桩的计算宽度，并根据滑体的地层性质，选定地基系数；

(6) 根据选定的地基系数及桩的截面形式、尺寸，计算桩的变形系数（ 或 ）及其计算深度（ h或 h），据以判断是按刚性桩还是按弹性桩来设计；

(7) 根据桩底的边界条件采用相应的公式计算桩身各截面的变位，内力及侧壁应力等，并计算确定最大剪力、弯矩及其部位；

(8) 校核地基强度。若桩身作用于地基的弹性应力超过地层容许值或者小于其容许值过多时，则应调整桩的埋深或桩的截面尺寸，或桩的间距，重新计算，直至符合要求为止；

（9) 根据计算的结果，绘制桩身的剪力图和弯矩图； (10) 对于钢筋混凝土桩，还需进行配筋设计。 4.3.2抗滑桩设计的基本假定

作用于抗滑桩的外力包括：滑坡推力、受荷段地层（滑体）抗力、锚固段地层抗力、桩侧摩阻力和粘着力以及桩底应力等。这些力均为分布力。

（1）滑坡推力作用于滑面以上部分的桩背上，可假定与滑面平行。由于还没有完全弄清桩间土拱对滑坡推力的影响，通常是假定每根桩所承受的滑坡推力等于桩距（中至中）范围之内的滑坡推力；

（2) 根据设桩的位置及桩前滑坡体的稳定情况，抗滑桩可分为悬臂式和全埋式两种。受力情况如图（图4-1）所示。当桩前滑坡体不能保持稳定可能滑走的情况下，抗滑桩应按悬臂式桩考虑；而当桩前滑坡体能保持稳定，抗滑桩将按全埋式桩考虑；

地面

地面

已知力滑坡推力 滑坡推力

基反力滑动面

滑动面

悬臂式桩

全埋式桩

图4-1 抗滑桩受力示意图 （3）埋于滑床中的桩将滑坡推力传递给桩周的岩（土），桩的锚固段前、后岩（土）受力后发生变形，从而产生由此引起的岩（土）抗力作用；

（4）抗滑桩截面大，桩周面积大，桩与地层间的摩阻力、粘着力必然也大，由此产生的平衡弯矩对桩显然有利。但其计算复杂，所以一般不予考虑；

抗滑桩的基底应力，主要是由自重引起的。而桩侧摩阻力、粘着力又换工消了大部分自重。实测资料表明，桩底应力一般相当小，为简化计算，对桩底应力通常也忽略不计。计算略偏安全，而对整个设计影响不大。 4.3.3 1-1′剖面抗滑桩设计

(1)抗滑桩各参数的确定或选取

在滑坡力最大处即边坡1-1′剖面潜在变形区滑面条块21（剩余下滑力828.7KN）附近处设置一排钢筋混凝土抗滑桩，间距为6m，共布置8根抗滑桩。初拟抗滑桩桩身尺寸为b×h=1.5m×2.0m。桩长12m，自由段h1为6m，锚固段h2为6m。采用C30混凝土，查资料得，C30混凝土，Ec=3.00⨯104N/mm2。

bh31.5⨯2.03

==1m4。 桩的截面惯性矩I=1212

桩的钢筋混凝土弹性模量E=0.8Ec=0.8⨯3.00⨯107=2.40⨯107KPa。 桩的计算宽度Bp=1.5+1=2.5m。

1-1剖面滑动面以下为较完整的岩层（泥灰岩），对于较完整的岩层，其地基系数

的选取参考下表（表4-1）：

剖面处滑面以下是泥灰岩，岩石饱和单轴抗压强度标准值为16.85MPa，根据上表侧向KH可取：KH=2.7×105kN/m3 按K法计算，桩的变形系数 为：

1

4

5

⎛2.7⨯10⨯2.5⎫⎛kH⋅Bp⎫ ⎪=0.28

所以抗滑桩属于刚性桩，所谓刚性桩是指桩的位置发生了偏离，但桩轴线仍保持原有线型，变形是由于桩周土的变形所致。这时，桩犹如刚体一样，仅发生了转动的桩。

桩底边界条件：按自由端考虑。

14

（2）外力计算

每根桩的滑坡推力：Er=En⨯L=828.7⨯6=4972.2kN，按三角形分布，其

P=

Er4972.2

==1657.4kN

0.5⨯h10.5⨯6

桩前被动土压力计算：

抗滑桩自由段长度h1=6m,自由段桩前土为块石土，按勘察报告提高的参数，块石土的c=8.81kPa ψ=15.4O γ=15.4kN/m3

ϕ15.4ο2o

)=1.66 Kp=tg(45+)=tg(45+

22

2

o

Ep=

121

γ1h1Kp+2ch=⨯20.5⨯6.02⨯1.66+2⨯8.816=748.75kN/m 22

(3)桩身内力计算 ①剪力

QA=

(P-Ep)h1

⨯

y1657.4-748.752⨯y=y=75.72y2 26⨯2

②弯矩

y75.722=y⋅y=25.24y3 33

各截面计算结果见下表（表4-2）：

MA=Qy⋅

(4)锚固段桩侧应力和桩身内力计算 ①滑动面至桩的转动中心的距离

该滑面地基系数随深度为常数，K=A=Kv=Ks=2.7×105kN/m3 滑动面至桩的转动中心的距离为：

y0=

h2(3MA+2QAh2)6⨯(3⨯5451.8+2⨯2725.9⨯6)==3.6m 32MA+QAh23⨯2⨯5451.8+2725.9⨯6②桩的转角

∆ϕ=

6(2MA+QAh2)BpAh2

3

=

6⨯(2⨯5451.8+2725.9⨯6)=0.00112rad 53

2.5⨯2.7⨯10⨯6

③桩侧应力

∆δy=(A+my)(y0-y)∆ϕ=2.7⨯105+105y(3.6-y)⨯0.00112=1088.64+100.8y-112y2

()

④最大侧应力位置 令

dσydy

=0，则

22=4y

100.-8 y=0.45m ⑤剪力

Qy=QA-

11

BpA∆ϕy(2y0-y)-Bpm∆ϕy2(3y0-2y) 26

=2725.9-

1

⨯2.5⨯2.7⨯105⨯0.00112⨯y⨯(2⨯3.6-y) 2

1

-⨯2.5⨯105⨯0.00112⨯y2(2⨯3.6-2y) 6

=-126y2+93.4y3-2721.6y+2725.9

dQydy

=0，则

93.4y2-252y-2721.6=0

y=3.6m

⑥弯矩

My=MA+QA.y-

1

Bp∆ϕy2[2A(3y0-y)+my(2y0-y)] 121

=5451.8+2725.8y-⨯2.5⨯0.00112y22⨯2.7⨯105⨯(3⨯3.6-y)+105y(2⨯3.6-y)

12

[]

2

=23.33y4-42y3-136y0+272.85y+545.81

锚固段桩侧应力、桩身剪力及弯矩计算汇总如下

根据桩的应力和内力的计算结果，绘出桩的受力图，如下所示：

图4-2桩侧应力图

图4-3 桩身剪力图

图4-4 桩身弯矩图

（5）桩侧应力复核

比较完整的岩质、半岩质地层

桩身对围岩的侧压应力 max（kPa）应符合下列条件：

σmax≤K´⋅1K´⋅R2

´式中 K1——折减系数，根据岩层产状的倾角大小，取0.5~1.0； ´ K2——折减系数，根据岩层破碎和软化程度，取0.3~0.5；

R0——岩石单轴抗压极限强度，kPa 由式得,

1088.64kPa

（6）桩的结构设计 ①基本指标 混凝土C25：

C25混凝土的轴心抗压强度设计值为fc=11.9N/mm2，轴心抗拉强度设计值，符

号ft=1.27N/mm2。钢筋HRB335（20MnSi）

，抗拉强度设计值

fy=300N/mm2，抗压强度设计值f'y=300N/mm2。

桩的强度设计安全系数：受弯时K=1.2；斜截面受剪时K'=1.3，混凝土保护层

厚度取35mm

②正截面受弯配筋计算

钢筋混凝土保护层厚度均为 10cm，钢筋均采用 II 级钢筋；永久荷载分向系数为1.25，结构重要系数为 1.0，根据《混凝土结构设计规范》，对应于C25混凝土，混凝土受压区等效矩形应力图形系数α1=1，对应于C25混凝土，钢筋种类为HRB335的相对受压区高度ξb=0.550，故 截面有效高度：h0=2000-100=1900mm αs=

M

α1fcbh02

=

6798.93

=0.11 32

1⨯11.9⨯10⨯1.5⨯1.9

ξ=1--2αs=1--2⨯0.11=0.117

γs=0.51+-2s=0.5⨯1+-2⨯0.11=0.942

As=

选2128钢筋，提供的截面积As=12930.75mm2。

()()

Mfyγsh0

=

6798.932

=12662mm 3

300⨯10⨯0.942⨯1.9

实用条件验算：

As≥As,min=0.45

ft

bh0 fy

As≥As,min=ρmibhn0 式中 As,min—纵向受拉钢筋的最面 ；小面截积

ρmin—钢筋混凝土构件中纵向 受力钢筋的最小配筋百分率ρmin， 受弯构件取0.2% 和0.ft45fy中较大者。/ 0.4f5f/ty=

0.⨯451.2=7300

∴As,min=ρminbh0=0.002⨯1500⨯1900=5700mm2

③斜截面配筋计算

验算是否按计算配置箍筋

0.7ftbh0≥K⋅V

力设计值；式中 V—构件斜截面上的最大剪 强全度系数 K—斜截面受剪时桩的安 。

由以上公式得：

0.7 1900ftb0h=0.⨯71.⨯271⨯500 =2533.6k5N0

箍筋按构造要求配置，取双肢16@200，

N1.⨯3434=7.15k5651.29

ρsv=

2Avs1

bS

式中 ρsv—箍筋配筋率；

Asv1—单肢箍筋的截面面积；

b—截面宽度；

S—箍筋间距。

ρsv,min=

nAsv1f

=0.24t bSfyv

式中 ρsv,min—箍筋最小配筋 率

n—同一截面内箍筋的肢；数

fyv—箍筋的抗拉强度设计，值fyv＝fy。

由上式得： 2A2⨯201.1ρsv=vs1==0.134%

bS1500⨯200 由上式得：

ft

ρsv,mi=0.2=n

fyv因ρsv>ρsv,min，故构造配筋合理。 斜截面抗剪强度计算： 验算斜截面抗剪强度： 当

hw2900==1.93

1.270.⨯=

300

10%0.

0.25βcfcbh0≥K⋅V 以上各式中 V—剪力设计值

b—截面腹板宽度；

低于C50时，取βc＝1.0； βc—混凝土强度影响系数，

hw—截面腹板高度，矩面形取截有效高度。

由上式得：

0.25βcfcbh0=0.25⨯1.0⨯11.9⨯1500⨯1900 =8478.k7N5>K⋅mQax=

5651.k N30

符合要求。

纵向构造钢筋确定

在桩的两侧分别布置6根φ18的构造钢筋

（2）绘制钢筋布置图，详见抗滑桩钢筋构造图（附件）。