邊坡工程中抗滑樁樁間距的研究探討

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400000)

引言

一直以來，抗滑樁是加固滑坡體的有效而且常用的措施，也是在邊坡支擋中常用的結構物，樁間距是抗滑樁設計的重要指標之一，樁間距過大可能會造成抗滑樁的作用失效，樁間距過小也可能造成資源資金浪費、施工增加困難，所以對樁間距的合理探討是一個很重要的課題。文獻[1]與[2]通過對抗滑樁兩側摩阻力之和不小于樁間滑坡推力的條件，建立了樁間距的計算公式，但沒有考慮土拱的強度。鑒于研究的不足，在考慮相關影響因素的基礎上，研究抗滑樁合理間距的確定方法，以便對工程實際的應用更加合理。

一、基本假定

(1)根據前人土拱受力的分析可知,樁間土體的脫落量為中間大兩側小,這里就假定相鄰兩樁間土拱形狀為對稱軸在跨中的拋物線形,并且相鄰兩樁間的土拱主要在樁間后側坡體中形成。

(2)不計土拱自重。同時,不詳細考慮樁后土拱效應由上(樁頂處)而下逐漸減弱的情況,而是整體上以樁頂處土拱的形式均勻分布來簡化分析,把土拱問題近似簡化為沿樁長方向的平面應變問題。

(3)假定樁后坡體壓力沿樁間均勻分布,則其以分布力的形式作用于土拱上。

根據上述假定沿樁長方向假定設計分析，其簡化如圖1所示

圖1 土拱簡化計算模型

在圖中土拱跨度為S，拱圈厚度為t，拱高為r，作用于單位高度土拱上的樁后坡體均均分布力為q，拱腳處反力分別為Fx和Fy，若令A=r/s，B=t/s則可以得到拱線方程為

y=4A/S·(Sx-x2)

(1)

由結構力學可求得拱反力為

Fx=λqS/(8A)

(2)

Fy=qs/2

(3)

時中λ為拱腳橫向力傳力系數，計算如下：

(4)

二、控制條件

為了保證相鄰兩樁間土拱正常發揮作用,就需要滿足樁間的靜力平衡條件,即兩樁側面的摩阻力之和不小于樁間作用于土拱上的壓力(坡體壓力)。為便于分析可取等號,其表達式可以寫為：

2(Fxtanφ+c·t·1)=qS

(5)

式中c,φ為樁間后側土體的黏聚力和內摩擦角

由于土拱的跨中截面為最不利的截面，所以在此處土體要滿足強度條件，同時，由于跨中截面處的前緣點比后緣點受力更為不利，因此如圖2所示

圖2 兩側土拱交匯處的三角形受壓區

為滿足強度條件，采用莫爾-庫侖強度準則。

若λ=1，此時跨中截面彎矩為0，于是跨中截面處前緣點應力為

σm=Fx/(t·1)

(6)

由于樁前土體已被開挖,所以在俯視平面內M 點

處于單向應力狀態,因而根據莫爾-庫侖強度準則可得

(7)

將式(6)代入式(7)得

(8)

三、抗滑樁合理樁間距的計算

土拱的計算必須滿足抗剪強度條件，其拱后壓力最有可能沿法線方向的截面產生屈服，由莫爾-庫侖屈服條件所得：

FQ=cth+FNtanφ

(9)

由合理拱軸線的內力計算公式可得拱腳處的剪力和軸力：

(10)

(11)

由以上均布荷載下合理拱軸線方程已知，拱腳處切線的斜率為：

(12)

由三角形的幾何關系可得：

(13)

由9、12、13式可求得拱腳土體強度控制的允許樁間距S。

由土拱的跨中截面是最不利的截面，所以需要對土體強度進行驗算。同樣得出由拱頂截面處土體強度控制的允許樁間凈距S′。設計中先假設柱截面的尺寸，然后根據上述所算出的S，S′其中較小者就是樁間距的合理取值，取為l=min{s+a,s′+a}

四、結語

為保證相鄰樁間土拱正常發揮作用,建立以下控制條件:在極限狀態下建立樁間土拱靜力學平衡方程; 以莫爾-庫侖破壞準則作為驗算標準驗算拱頂截面前緣點,以保證樁間土拱不因剪切破壞而喪失穩定性; 為保證拱腳處三角受壓區不破壞,應滿足莫爾-庫侖破壞準則。

根據以上控制條件推導出了樁間凈距的計算公式,文中計算出的樁間凈距可視為上限值,以此值除以適當的安全系數作為樁間凈距較為合理。

作用于土拱上的均布荷載考慮了滑坡推力分布的影響,使計算結果更加符合工程實際。通過設置抗滑樁,采用合理的樁間距可以有效地提高邊坡的整體穩定性,以工程實例說明該模型計算出的抗滑樁間距比較符合工程實際,對工程抗滑樁的設計有一定的應用價值。