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文章关键词:澳门威尼人斯人官网版,桩距

  合理桩间距_建筑/土木_工程科技_专业资料。第27 卷第8 期 2005 年8 月 武汉理工大学学报 JO U R N A L OF W U H A N U NIV E RSIT Y O F TE C H N O L O G

  第27 卷第8 期 2005 年8 月 武汉理工大学学报 JO U R N A L OF W U H A N U NIV E RSIT Y O F TE C H N O L O G Y Vol.27 No .8 Aug .2005 抗滑桩的桩间土拱和临界间距的探讨 王乾坤 (武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070) 摘要:在抗滑桩桩间土拱力学特性分析的基础上,提出了以桩间土体的 Mohr-Coul omb 破坏准则、土体的力学平衡和 桩间土体的绕流阻力计算共同控制来确定临界桩间距的方法,并得到了较为合理的桩间距的计算公式。定量说明了在 其他因素不变的情况下,临界桩间距随桩后土体的粘聚力和内摩擦角的增大而增大,随桩后滑坡推力的增大而减小。最 后以一工程实例说明了桩间距的计算过程,得到了比较合理的结果。 关键词:抗滑桩;桩间土拱;临界桩间距;边坡 中图分类号:P642 .22 ;TU 74 文献标志码:A 文章编号:1671-4431(2005)08-0064-04 Discussion on the Soil Arching Effect and the Critical Spacing Between A djacent A nti-slide Piles W A N G Qian-kun (School of Civil Engineering and Architecture ,W uhan U niversity of Technology ,W uhan 430070 ,China) A bstract Based on the analysis of mechanical characteristics of soil arching effect between adjacent anti-slide piles ,some con- trol conditions were provided to calculate criticalspacing between adjacent piles .The rational calculation form ula of spacing be- tween adjacent piles was obtained .It supplied some references to theoretical calculation ofthe spacing between two piles and en- gineering practice .According to the form ula ,it was quantitatively shown that the spacing increased with the increase of cohe- sion or internal friction angle of soil behind piles and decreased with the increase of driving force behind piles while other effec- tive factors were assu med constant .In the end ,the calculation procedure of spacing between adjacent piles was illustrated by a practical project and the result shows that this method is rational. K ey words :anti-slide pile ;soil arching between one another pile ;critical spacing between two piles ;slope 在 确定 抗滑 桩 间距 时,国 内 外有 关专 家 建议 在实 际 工作 中“以 桩 间土 体与 两 桩之 间侧 面 所产 生 的摩 擦阻 力不小于滑坡推力为控制进行估算”[1 ,2],这种估算方法确定桩间距没有考虑桩间土拱作用,显然过于 保守, 估算结果一般很小,往 往 低 于经 验 值。另 一 种 确 定 方 法 是 当 下 滑 力 P S2 不 大 时,按 经 验 公 式 l = Fτ0/P S2 (F 为桩的断面面积;l 为桩距;τ0 为混凝土容许抗剪强度)算出的 l 将很 大[3]。如果采用 过大的 桩间距,下 滑力可能通过两桩之间的净跨“漏出”一部分,直接作 用到桩前岩土体,使桩前岩土体失 稳,这是桩 间土体的 绕流现象。文献[4]在确定基坑支护桩间距时,根据大、小主应力 理论,把 桩间土拱假定 成圆弧 曲线,这与实 际不相符。从抛物线形土拱效应出发,分析抗滑桩间土拱力学特性,综合考虑桩间土体的 M ohr-Coulo m b 破 坏准则,土体的力学平衡和桩间土体的绕流阻力计算共同控制来 确定临界桩间距,从而 达到优 化设计,降低 工程造价的目的。 1 桩间的土拱效应 土 拱效 应是 由 于介 质的 不 均匀 位 移引 起的 。 土拱 的形 成 改变 了 介质 中的 应 力状 态,引 起 应力 重新 分 布, 收稿日期:2005-05-09 . 作者简介:王乾坤(1964-),男,教授.E-mail:wangqk @mail.w hut .edu .cn 第27 卷第8 期王乾坤:抗滑桩的桩间土拱和临界间距的探讨 65 把作用于拱后或拱上的压力传递到拱脚及周围稳定介质中去[5]。早在1884 年,英国科学家罗伯茨首次观察 到[6]:粮仓底面所承受的力在粮食堆积高度约大于2 倍底面直径后达到饱和而不再增加,这种“粮仓效应”在 1895 年被德国工程师詹森(Janssen)用连续介质模型对其进行了定量解释,加入由纵向压力产生的横向向壁 压力 系 数来 考虑 颗 粒与 仓壁 之 间的 摩 擦力 ,当颗 粒系 受 到纵 向 压力 时,其 应力 易 于改 向,倾 向 于横 向分 布 ,这 就是“成拱效应”,成拱效应是颗粒物质系的独特行为,拱一旦形成可以承受很大的负载而不崩塌[7 ~11]。 桩 间成 拱效 应 受桩 间距 的 影响 ,桩间 距 较小 时,桩 间土 体 在桩 间 形成 土拱 效 应,土 体不 致 于从 桩间 滑 出; 当桩 间 距增 大时 ,土拱 效 应减 弱 ,一 旦 桩距 大于 某 一值 时,土 体 将从 桩间 滑 出或 产生 绕 桩滑 动 ,使 桩 起不 到有 效地遮拦作用,但桩间距太小,则工程造价高。因此,研究抗滑桩在支挡边坡工程 中的土拱 作用效 应和桩间 距有其理论与现实意义。 2 桩间土拱的力学特性 土拱效应主要是利用土体抗压性能 好、抗 拉能 力差 的特 点,这 是土 体变 形后受 力的 自我 优化 调整 的结 果。因此,在滑坡推力均匀分布于桩间岩土体的假设下,可以认为土拱的形状 为合理拱 轴线,合理 拱轴线的 每一 截 面上 只存 在 压力 ,没有 弯 矩和 拉力 ,适合 于 土体 抗压 不 抗拉 的 特点[12]。 力学计算模型如图1 所示,当拱上承受均布荷载 q 时(q 包括该段土拱自身的滑坡推力及上面传来的滑 坡推力),由拱轴线(a)中,拱 的最高点 M C =0 ,H A =ql2/8 f ,V A = ql/2 ,合理 拱 轴 线 fx (l - x )/l2 ;2 )图 2 (b)中 任 一 截 面 的 内 力 为 H x = ql2/8 f ,V x = q(l/2 -x)。 如图3 所示,假设 滑坡 体在 n ~n +1 分 段 内 形成 土 拱,拱 高 为 f ,在其中取一个微段进 行分析,设微 拱厚 度为 ⑽y ,拱轴 中心 线 中的虚线所示。破坏面与大 主应 力作 用方 向即 拱轴 中心 线(φ为土体的内摩擦角)的夹角,当 A 点沿着θ发生破坏时, tan θ=tan(45°-φ/2)=4 f/l ,可得 f =ltan(45°-φ/2)/4 ,桩 向 下 块滑体传力系数为[12]γ=[tan(45°-φ/2)-tan φ]/tan(45°-φ/2)。 3 桩间距的确定 桩间土拱的有效形成要求桩间距必须满足以下3 个条件: 1)土拱中截面上为保证其不破坏,则其应力状态应满足 M ohr-Coulo m b 准则。 σ3 = σ1tan2(45°- 2φ)-2 ctan(45°- 2φ) 式中,σ1 、σ3 分别为大、小主应力;φ、c 分别为桩间土体的内摩擦角与粘聚力。 土 拱最 上面 点 的受 力状 态 为[12] σ1 = 2 ql bhtan(45°- 2φ)σ3 = q h 式中,h 为土拱体厚度,即可认为是桩在滑面以上部分的长度。将 σ1 、σ3 表达式代入式(1)可得 l = q +q2tahnc(ta4n5(°4-5°2φ-)2φ)·2 b (1) (2) 66 武汉理工大学学报2005 年8 月 2)桩间土拱体传递到桩前岩土体的力应小于桩前滑体抗滑力[12 ,13],则应有 ⑽q = qγ-2 ch ⑽y l ≤ qk ,q k 为# 桩 前滑 体抗 力 ,可 推 得 l ≤ 2 ch ⑽y qγ- qk (3) 3)绕流阻力计算。抗滑桩列成一排时,如果2 桩中心之间的距离 l 超过下列临界间 距[14 ~16],桩间土将 发生绕桩滑动。 lc = [1 + 1 2 tan μ·exp(π2 tan φ)]a +2 bexp(μtan φ)sin μ (4) 式中,μ=45°+2φ;a 、b 分别为桩垂直于滑动方向的宽度和平行于滑动方向的高度;φ为土的内摩擦角。 由以上3 个控制条件可知,临界桩间距随桩后土体的粘聚力 c 和内摩擦角φ的增大而增大,随桩后滑坡 推力 q 的增大而减小。 4 工程实例 某滑坡位于三峡 库区 湖北 省秭 归县,为一 正在 活 动的 滑 坡,滑 坡体 及其 影 响区 内 的建 筑物 明 显变 形,后 部在建的初级中学宿舍楼场地挡土墙及一栋建成的宿 舍楼基础下沉变形,在 建的 沿江 大道 路基 发生 较大 的 下沉(图4)。该滑 坡 是一 个 基 岩 顺 层 古 滑 坡,古 滑 坡 主要沿砂岩与泥岩之间的层面滑动。滑坡物质整体保 留有原基岩地层的层理特征,表层为2 m 厚的粘土 碎 石,其下为 5 ~6 m 厚的泥岩块石层,泥岩块石层与 滑 带之间为7 ~8 m 厚的砂岩块石层。基岩块石大多 呈 强风化和中风化状态。抗滑桩工作区基岩为侏罗系蓬 莱镇组中 段(J3P2)砂 岩及粉砂 质泥岩互 层。 根据滑坡 地形起伏、滑动面埋藏及下滑力的大小,选取了桩径为1 .5 m ×2 .5 m 的桩型,悬臂段为10 m ,锚固 段为6 m 悬臂桩,澳门威尼人斯人官网版桩间距为6 m 。桩间滑体的抗剪强度参数 φ=11°,c =6 kPa 。滑坡在175 m 水位,安全系数取1 .20 时,作用在抗滑桩上的滑坡推力 q =2 094 k N /m 。 根 据形 成土拱 的必 要条 件1),l q = +q2tahnct(a4n5(°4-5°2φ-)2φ)·2 b ,代 入 数值可得 l ≤6 .35 m ,所以6 .35 m 即为 其临界桩间距。 根据形成土拱的必要条件2),γ=0 .764 ,qk =760 .356 k N /m ,l ≤2qcγh-γ⑽qyk =6 .54 m ,所以6 .54 m 即为 其临界间距。 根据 形 成土 拱的 必 要条 件 3),lc =[1 + 1 2 tan μ·exp (π2 tan φ)]a +2 bexp (μtan φ)sin μ=7 .310 m ,所 以7 .31 m ,即为其临界桩间距。该工程用桩间距为6 m 时,桩间土拱能有效地形成,并将滑坡推力传到抗滑 桩上,在抗滑桩设计时,用以上3 个控制条件来确定临界桩间距,综合考虑了土拱 的强度条 件和桩 间静力平 衡条 件 及绕 流阻 力 计算 ,从而 达 到优 化设 计 ,降 低 工程 造价 的 目的 。 5 结论 a.滑坡体具有形成土拱的条件,土 拱效应 是土体变 形后受力 的自我 优化调整 的结果,当 土体 的内 摩擦 角 φ越大,土拱效应越明显,桩间距越大,土拱效应越不明显,推导了土拱上任意截面处的内力,澳门威尼人斯人官网版土拱把滑坡 推力 沿 着水 平方 向 和竖 向传 递 ,用土 拱理 论 可以 解释 滑 坡推 力 在桩 间传 递 的过 程。 b.桩间土拱的形成受桩间距的影响,临 界桩间距 受桩间土 应力、土 拱体力学 平衡和绕 流阻力 计算的控 制,临界桩间距随桩后土体的粘聚力 c 和内摩擦角 φ的增大而增大,随桩后滑坡推力 q 的增大而减小。 第27 卷第8 期王乾坤:抗滑桩的桩间土拱和临界间距的探讨 67 c.实例表明,用土拱理论和临界桩间 距来考虑 滑坡推力 在桩间 的传递过 程,能计算 出形 成土 拱的 的临 界桩 间 距的 大小 ,这样 避 免了 桩 间距 的过 小 或过 大,为 实际 工 程提 供 参考 间距 ,在保 证 工程 结 构安 全的 同 时, 能提高其经济效益。 参考文献 [1]王成华,陈永波,林立相.抗滑桩间土拱特性及最大桩间距分析[J].山地学报,2001 ,19(6):556 ~559 . 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