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摘要:随着我国铁路、高速公路、大型水库等基础建设项目的快速发展,滑坡治理成为一项越来越重要的工程实践活动。抗滑桩不仅适合滑面埋深大的滑坡治理,而且具有对滑体扰动小、可多桩同时施工、工期短、抗滑能力强等突出优点,是国内外滑坡治理的一种主要方法。本文结合工程实例,对抗滑桩设计中的要点及施工中应注意的问题进行了详细阐述,望为同行业工作者提供参考。
关键词:滑坡;抗滑桩;锚固深度;配筋;施工
Pick to: along with the railway, highway, the rapid development of large infrastructure projects, such as reservoir, the landslide governance has become a more and more important project practice. Embedded depth of anti-slide pile is not only suitable for sliding surface of landslide, and with a small perturbation of sliding body, but more pile construction, short construction period and at the same time such outstanding advantages as anti-sliding capability is strong, is a main method of landslide governance at home and abroad. Combining with engineering example, the key points of anti-slide pile design and construction, this paper expounds in detail some problems that should be paid attention to in the looking for workers to provide the reference in the same industry.
Key words: landslides; Anti-slide pile; The anchoring depth; Reinforcement; The construction
中图分类号:文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
工程概况
某高速公路K127+43~+150段路堑边坡坡度为1∶1,路基宽度为24.5m。2008年8月该路段路堑开挖工作基本完成,由于8月中旬连续降雨的影响,开挖边坡开始出现滑移,滑移方向顺岩层倾向路基,路堑边坡临空面产生向路基方向0.5m左右的挤压变形,滑坡前沿滑坡舌形成隆起鼓丘高达1m左右,滑坡体两侧出现剪切裂缝,下部形成鼓胀裂缝。滑坡体后上方形成“圈椅”状滑坡壁,滑坡壁高约0.5~1m。
抗滑桩设计
抗滑桩承受块石挡墙的荷载和边坡土层的侧压力及滑坡力,抗滑桩桩顶横系梁中采用预应力锚索锚固于中风化凝灰岩,抗滑桩属于压弯构件。
(一)抗滑桩尺寸设计
在本工程BC段,边坡高度为10.3m,此段采用抗滑桩+挡土板+预应力锚索进行支护,抗滑桩尺寸为1.2m×1.6m,桩间距4m,桩顶设置冠梁,断面尺寸为1.0m×1.0m,抗滑桩上设置预应力锚索。
在本工程CD段,边坡高度为16.0~16.9m,此段采用抗滑桩+挡土板+预应力锚索进行支护,CD01~CD04抗滑桩尺寸为1.2m×1.6m, CD05~CD12抗滑桩尺寸为1.3m×1.8m,桩间距4m,桩顶设置冠梁,断面尺寸为1.0m×1.0m,抗滑桩上设置预应力锚索。
DE段,边坡高度为13.6m,此段采用抗滑桩+挡土板+预应力锚索进行支护,抗滑桩尺寸为1.2m×1.6m,桩间距4m,桩顶设置冠梁,断面尺寸为1.0m×1.0m,抗滑桩上设置预应力锚索。下图为上部设置预应力锚索的抗滑桩构造图。
预应力锚索的抗滑桩构造图
(二)桩的锚固深度
桩埋入滑面以下稳定地层内的适宜锚固深度,与该地层的强度、桩所承受的滑坡推力、桩的相对刚度以及桩前滑面以上滑体对桩的反力等因素有关。原则上由桩的锚固段传递到滑面 以下地层的侧向压应力不得大于该地层的容许侧向抗压强度、桩基底的压应力不得大于地基 的容许承载力来确定。
锚固深度是抗滑桩发挥抵抗滑体推力的赖以生存的前提和条件,锚固深度不足,抗滑桩不足以抵抗滑体推力,容易引起桩的失效。但锚固过深则又造成工程浪费,并增加了施工难度。可采取缩小桩的间距,减少每根桩所承受的滑坡推力,或增加桩的相对刚度等措施来适当减少锚固深度。
(三)抗滑桩的构造设计
抗滑桩受到滑坡推力和锚固地层抗力作用, 在荷载作用下产生弯曲(转动),为了防止桩体由于荷载作用产生过大变形与破坏,桩身需要配置纵向受力钢筋以抵抗弯矩,配置箍筋以抵抗剪力。 桩身结构设计参照《混凝土结构设计规范》,按受弯构建考虑。无特殊要求是抗滑桩一般不做变形、抗裂、挠度等项计算。抗滑桩采用 C30混凝土,纵向受力钢筋选用 HRB400级,箍筋选用 HRB335级,结构设计计算如下:
1、根据设计弯矩计算纵向受力钢筋
抗滑桩总长 13.0m,取最大弯矩处为控制截面,结构重要性系数为 1.0,则控制截面处的设计弯矩为 6209(KN·m)。 按混凝土结构正截面受弯承载力计算模式,计算受力钢筋,计算按单筋矩形截面考虑,保护层厚度取100mm,若为单排布筋,则桩截面有效高度 h0=2900mm。
计算控制截面受力钢筋截面积。混凝土受压区高度x,截面受力钢筋截面积As。
式中混凝土轴心抗压强度设计值 fc=14.3 (N/mm2),α1=1.0,带入后分子取二者之差求得 x=76mm;fy=360(N/mm2),为钢筋的抗拉强设计值,其余数值如前所属带入后求得 As=6026(mm2)。 选用8根准32实有 As=6431(mm2),满足要求,则受拉侧钢筋布置间距为225(mm)。
2、根据设计剪力配箍筋
桩身剪力极值位于地面下 10.926m 处,等于 1989.725(KN),同样结构重要性系数取 1.0,取 1989.725(KN)为设计剪力。桩身受剪承载力的计算,采用钢筋混凝土受弯构件斜截面受剪承载力相关计算公式,均布荷载下矩形截面梁,当仅配箍筋时,斜截面承载力按下式计算:
式中 Vu为受剪承载力设计值(KN);ft=1.43 为混凝土抗拉强度设计值(N/mm2);fyv 為箍筋抗拉强度设计值(Kpa);Asv为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面积(mm2),Asv1为单肢箍筋的截面积(mm2);s为沿桩身箍筋间距(mm)。
先对是否需要配箍筋抵抗剪力进行验算:0.7ftbh0=5806 (KN)>1989.725(KN)即剪力设计值小于混凝土抗剪承载力,故按构造要求配筋即可。当剪力设计值大于混凝土的抗剪承载力时,需要进行箍筋设计,由上式导出 Asv/s 后,即可进行箍筋验算,直至满足要求。
3、截面配筋图
上述计算出的纵向受力钢筋布置于截面受拉侧,即近山侧。 受压侧或远山侧布置构造 钢筋以形成钢筋骨架,此处选8根HRB400级准26,间距225(mm )。 另外,各选 7 根 HPB300 级准26 布置于抗滑桩两侧边间距300mm。 箍筋布置滿足构造配筋要求,采用间距 300mm,HRB335 级准16 钢筋。
(四)截排水沟设计
先在线路左侧滑坡周界外2~3m处设置一道环形截水沟以及滑坡中部处设置一道截水沟,将滑坡周界外水及坡面水拦截引排到滑坡体外,截水沟与滑坡两侧天沟及自然排水沟顺接。
抗滑桩的施工技术要点
(一)施工准备
1、整平孔口地面,做好桩区地表截排水及防渗工作(有条件可先施工左侧滑坡界外的环形水沟,或施工临时截水沟,保证施工范围内不受雨水冲刷影响),并在孔口加设20cm的围埂。在雨季施工时,孔口搭设雨棚。
2、备好各项工序的机具、器材和井下排水、通风、照明设施,落实人员调配、施工组织计划工作。
3、备足施工使用材料,钢筋加工设备用地。
4、对滑坡变形、移动做好观测,做好井下作业和撤出人员的安全防护技术措施。
(二)施工工艺及要求
1、挖孔
孔口开挖时,首先开挖1米孔深后进行井口护壁。护壁采用砼护壁,砼标号为C30。井口应高出原地面30cm,以防开挖时四周杂物及石头掉入孔内,并于护壁四周设置截水和排水沟,安装出碴用支架并布臵好出碴路线。
岩层用爆破法开挖,为提高爆破效果,保护井壁的稳定性,爆破采用秒差全串联电爆破网络。由电容式起爆器点火起爆,并控制药量,实施浅眼松动爆破。
2、检孔
当桩孔开挖到设计高程上4米时,现场应进行岩层地质收集取样,一进入弱风化长石砂岩时,报监理工程师,保证嵌岩桩嵌入弱风化岩不小于桩长0.4倍,到达设计高程后,用笼式井径器进行孔径和孔形检查,桩孔垂直度用垂球进行检测,经监理工程师检查合格后方可下钢筋笼。
钢筋笼的加工与安装
(1)钢筋的表面应清洁,使用前应将表面的油渍、漆皮、鳞锈等清除干净。钢筋应平直,无局部弯折,成盘的钢筋和弯曲的钢筋均应调直。采用冷拉方法调直钢筋时,Ⅰ级钢筋的冷拉率不宜大于2%;HRB335、HRB400牌号钢筋的冷拉率不宜大于1%。钢筋的弯制和末端的弯钩应符合设计要求。φ10钢筋制作的箍筋,其末端应做弯钩,弯钩的弯曲直径应大于受力钢筋的直径,且不小于箍筋直径的2.5倍,弯钩平直部分的长度不宜小于箍筋直径的5倍。
(2)钢筋下料
钢筋下料严格按设计图纸尺寸及技术交底进行。截断钢筋应采用专用的钢筋切断机,严禁采用焊气割等方式,以保证钢筋接头处母材的质量。
(3)钢筋笼的组成与安装
钢筋笼加工成型后运至施工现场,吊车配合人工进行钢筋笼连接、安装。经监理工程师对挖孔检验确认符合后,应清除松渣、泥污、沉淀等软层,整平孔底,然后拆除支撑,采用吊车放钢筋笼,用Φ32螺纹钢每4米每周4根均匀加固,控制标高及中心垂直度,由施工员及监理工程师检查后,方可进行砼灌注。
4、砼灌注
混凝土自井口倾落的自由高度不应超过2.0m,浇筑前应先在底部填10cm厚的水泥砂浆,当浇筑高度超过3m时,应采用串筒、溜管或振动溜管使混凝土下落。待混凝土达到一定厚度时,进行振捣。砼标号为C30采用集中拌合,搅拌车运输,以串筒漏斗将砼导入孔中,插入式振动棒捣固。串筒不得高于工作面2m,每一捣固层厚度以不超过30cm为宜。若有地下水时,及时用水泵抽水。
结语
经过对抗滑桩实施上述的设计方法和施工技术,其施工过程达到了预期的效果,质量、安全都得到了有效控制,工程顺利实施。
参考文献
[1]池淑兰,孔书祥,梁明学.路基及支档结构[M].北京:中国铁道出版社,2001.
[2]高辉.铁路隧道滑坡的治理及监测结果分析[J].企业技术开发,2006.4.
[3]江峰,秦词峰.武罐高速公路洛塘南隧道滑坡防治技术研究[J].山西建筑,2011.9.
关键词:滑坡;抗滑桩;锚固深度;配筋;施工
Pick to: along with the railway, highway, the rapid development of large infrastructure projects, such as reservoir, the landslide governance has become a more and more important project practice. Embedded depth of anti-slide pile is not only suitable for sliding surface of landslide, and with a small perturbation of sliding body, but more pile construction, short construction period and at the same time such outstanding advantages as anti-sliding capability is strong, is a main method of landslide governance at home and abroad. Combining with engineering example, the key points of anti-slide pile design and construction, this paper expounds in detail some problems that should be paid attention to in the looking for workers to provide the reference in the same industry.
Key words: landslides; Anti-slide pile; The anchoring depth; Reinforcement; The construction
中图分类号:文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
工程概况
某高速公路K127+43~+150段路堑边坡坡度为1∶1,路基宽度为24.5m。2008年8月该路段路堑开挖工作基本完成,由于8月中旬连续降雨的影响,开挖边坡开始出现滑移,滑移方向顺岩层倾向路基,路堑边坡临空面产生向路基方向0.5m左右的挤压变形,滑坡前沿滑坡舌形成隆起鼓丘高达1m左右,滑坡体两侧出现剪切裂缝,下部形成鼓胀裂缝。滑坡体后上方形成“圈椅”状滑坡壁,滑坡壁高约0.5~1m。
抗滑桩设计
抗滑桩承受块石挡墙的荷载和边坡土层的侧压力及滑坡力,抗滑桩桩顶横系梁中采用预应力锚索锚固于中风化凝灰岩,抗滑桩属于压弯构件。
(一)抗滑桩尺寸设计
在本工程BC段,边坡高度为10.3m,此段采用抗滑桩+挡土板+预应力锚索进行支护,抗滑桩尺寸为1.2m×1.6m,桩间距4m,桩顶设置冠梁,断面尺寸为1.0m×1.0m,抗滑桩上设置预应力锚索。
在本工程CD段,边坡高度为16.0~16.9m,此段采用抗滑桩+挡土板+预应力锚索进行支护,CD01~CD04抗滑桩尺寸为1.2m×1.6m, CD05~CD12抗滑桩尺寸为1.3m×1.8m,桩间距4m,桩顶设置冠梁,断面尺寸为1.0m×1.0m,抗滑桩上设置预应力锚索。
DE段,边坡高度为13.6m,此段采用抗滑桩+挡土板+预应力锚索进行支护,抗滑桩尺寸为1.2m×1.6m,桩间距4m,桩顶设置冠梁,断面尺寸为1.0m×1.0m,抗滑桩上设置预应力锚索。下图为上部设置预应力锚索的抗滑桩构造图。
预应力锚索的抗滑桩构造图
(二)桩的锚固深度
桩埋入滑面以下稳定地层内的适宜锚固深度,与该地层的强度、桩所承受的滑坡推力、桩的相对刚度以及桩前滑面以上滑体对桩的反力等因素有关。原则上由桩的锚固段传递到滑面 以下地层的侧向压应力不得大于该地层的容许侧向抗压强度、桩基底的压应力不得大于地基 的容许承载力来确定。
锚固深度是抗滑桩发挥抵抗滑体推力的赖以生存的前提和条件,锚固深度不足,抗滑桩不足以抵抗滑体推力,容易引起桩的失效。但锚固过深则又造成工程浪费,并增加了施工难度。可采取缩小桩的间距,减少每根桩所承受的滑坡推力,或增加桩的相对刚度等措施来适当减少锚固深度。
(三)抗滑桩的构造设计
抗滑桩受到滑坡推力和锚固地层抗力作用, 在荷载作用下产生弯曲(转动),为了防止桩体由于荷载作用产生过大变形与破坏,桩身需要配置纵向受力钢筋以抵抗弯矩,配置箍筋以抵抗剪力。 桩身结构设计参照《混凝土结构设计规范》,按受弯构建考虑。无特殊要求是抗滑桩一般不做变形、抗裂、挠度等项计算。抗滑桩采用 C30混凝土,纵向受力钢筋选用 HRB400级,箍筋选用 HRB335级,结构设计计算如下:
1、根据设计弯矩计算纵向受力钢筋
抗滑桩总长 13.0m,取最大弯矩处为控制截面,结构重要性系数为 1.0,则控制截面处的设计弯矩为 6209(KN·m)。 按混凝土结构正截面受弯承载力计算模式,计算受力钢筋,计算按单筋矩形截面考虑,保护层厚度取100mm,若为单排布筋,则桩截面有效高度 h0=2900mm。
计算控制截面受力钢筋截面积。混凝土受压区高度x,截面受力钢筋截面积As。
式中混凝土轴心抗压强度设计值 fc=14.3 (N/mm2),α1=1.0,带入后分子取二者之差求得 x=76mm;fy=360(N/mm2),为钢筋的抗拉强设计值,其余数值如前所属带入后求得 As=6026(mm2)。 选用8根准32实有 As=6431(mm2),满足要求,则受拉侧钢筋布置间距为225(mm)。
2、根据设计剪力配箍筋
桩身剪力极值位于地面下 10.926m 处,等于 1989.725(KN),同样结构重要性系数取 1.0,取 1989.725(KN)为设计剪力。桩身受剪承载力的计算,采用钢筋混凝土受弯构件斜截面受剪承载力相关计算公式,均布荷载下矩形截面梁,当仅配箍筋时,斜截面承载力按下式计算:
式中 Vu为受剪承载力设计值(KN);ft=1.43 为混凝土抗拉强度设计值(N/mm2);fyv 為箍筋抗拉强度设计值(Kpa);Asv为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面积(mm2),Asv1为单肢箍筋的截面积(mm2);s为沿桩身箍筋间距(mm)。
先对是否需要配箍筋抵抗剪力进行验算:0.7ftbh0=5806 (KN)>1989.725(KN)即剪力设计值小于混凝土抗剪承载力,故按构造要求配筋即可。当剪力设计值大于混凝土的抗剪承载力时,需要进行箍筋设计,由上式导出 Asv/s 后,即可进行箍筋验算,直至满足要求。
3、截面配筋图
上述计算出的纵向受力钢筋布置于截面受拉侧,即近山侧。 受压侧或远山侧布置构造 钢筋以形成钢筋骨架,此处选8根HRB400级准26,间距225(mm )。 另外,各选 7 根 HPB300 级准26 布置于抗滑桩两侧边间距300mm。 箍筋布置滿足构造配筋要求,采用间距 300mm,HRB335 级准16 钢筋。
(四)截排水沟设计
先在线路左侧滑坡周界外2~3m处设置一道环形截水沟以及滑坡中部处设置一道截水沟,将滑坡周界外水及坡面水拦截引排到滑坡体外,截水沟与滑坡两侧天沟及自然排水沟顺接。
抗滑桩的施工技术要点
(一)施工准备
1、整平孔口地面,做好桩区地表截排水及防渗工作(有条件可先施工左侧滑坡界外的环形水沟,或施工临时截水沟,保证施工范围内不受雨水冲刷影响),并在孔口加设20cm的围埂。在雨季施工时,孔口搭设雨棚。
2、备好各项工序的机具、器材和井下排水、通风、照明设施,落实人员调配、施工组织计划工作。
3、备足施工使用材料,钢筋加工设备用地。
4、对滑坡变形、移动做好观测,做好井下作业和撤出人员的安全防护技术措施。
(二)施工工艺及要求
1、挖孔
孔口开挖时,首先开挖1米孔深后进行井口护壁。护壁采用砼护壁,砼标号为C30。井口应高出原地面30cm,以防开挖时四周杂物及石头掉入孔内,并于护壁四周设置截水和排水沟,安装出碴用支架并布臵好出碴路线。
岩层用爆破法开挖,为提高爆破效果,保护井壁的稳定性,爆破采用秒差全串联电爆破网络。由电容式起爆器点火起爆,并控制药量,实施浅眼松动爆破。
2、检孔
当桩孔开挖到设计高程上4米时,现场应进行岩层地质收集取样,一进入弱风化长石砂岩时,报监理工程师,保证嵌岩桩嵌入弱风化岩不小于桩长0.4倍,到达设计高程后,用笼式井径器进行孔径和孔形检查,桩孔垂直度用垂球进行检测,经监理工程师检查合格后方可下钢筋笼。
钢筋笼的加工与安装
(1)钢筋的表面应清洁,使用前应将表面的油渍、漆皮、鳞锈等清除干净。钢筋应平直,无局部弯折,成盘的钢筋和弯曲的钢筋均应调直。采用冷拉方法调直钢筋时,Ⅰ级钢筋的冷拉率不宜大于2%;HRB335、HRB400牌号钢筋的冷拉率不宜大于1%。钢筋的弯制和末端的弯钩应符合设计要求。φ10钢筋制作的箍筋,其末端应做弯钩,弯钩的弯曲直径应大于受力钢筋的直径,且不小于箍筋直径的2.5倍,弯钩平直部分的长度不宜小于箍筋直径的5倍。
(2)钢筋下料
钢筋下料严格按设计图纸尺寸及技术交底进行。截断钢筋应采用专用的钢筋切断机,严禁采用焊气割等方式,以保证钢筋接头处母材的质量。
(3)钢筋笼的组成与安装
钢筋笼加工成型后运至施工现场,吊车配合人工进行钢筋笼连接、安装。经监理工程师对挖孔检验确认符合后,应清除松渣、泥污、沉淀等软层,整平孔底,然后拆除支撑,采用吊车放钢筋笼,用Φ32螺纹钢每4米每周4根均匀加固,控制标高及中心垂直度,由施工员及监理工程师检查后,方可进行砼灌注。
4、砼灌注
混凝土自井口倾落的自由高度不应超过2.0m,浇筑前应先在底部填10cm厚的水泥砂浆,当浇筑高度超过3m时,应采用串筒、溜管或振动溜管使混凝土下落。待混凝土达到一定厚度时,进行振捣。砼标号为C30采用集中拌合,搅拌车运输,以串筒漏斗将砼导入孔中,插入式振动棒捣固。串筒不得高于工作面2m,每一捣固层厚度以不超过30cm为宜。若有地下水时,及时用水泵抽水。
结语
经过对抗滑桩实施上述的设计方法和施工技术,其施工过程达到了预期的效果,质量、安全都得到了有效控制,工程顺利实施。
参考文献
[1]池淑兰,孔书祥,梁明学.路基及支档结构[M].北京:中国铁道出版社,2001.
[2]高辉.铁路隧道滑坡的治理及监测结果分析[J].企业技术开发,2006.4.
[3]江峰,秦词峰.武罐高速公路洛塘南隧道滑坡防治技术研究[J].山西建筑,2011.9.