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边坡土木工程中抗滑桩的设计方法及应用研究

论文编号:lw202005251020311829 所属栏目:土木工程论文 发布日期:2020年05月28日 论文作者:无忧论文网

本文是一篇土木工程论文,本文针对贵州某大型边坡进行分析,分析了使用优化后圆形抗滑桩的结果,计算出了抗滑桩的最优参数,为以后的工作提供了经验,具体结论如下:(1)机械成孔与人工成孔相比,具有效率高、安全性好、成本低、使用方便快捷的优势,随着边坡工程治理技术的不断成熟,机械桩作为一种主要的支挡物,会逐步取代矩形桩,更广泛的应用于工程实际之中去。(2)分析工程现场的数据得到,在第一阶段时,原有的矩形抗滑桩出现了破坏,坡面一直处于失稳的状态,已经出现了大范围变形的趋势。在第二阶段时,由于对现场进行了清方工作,并且布置了大直径圆形抗滑桩,边坡的滑移得到了遏制,边坡由一种不稳定状态逐步向稳定状态发展,新型抗滑桩的支护作用十分明显。(3)分析桩的位移变形特征得到,桩顶发生的位移最大,桩底最小,桩的背山侧会出现压应变,桩的迎山侧会出现拉应变,这些受力变形特征符合抗滑桩的支护特性,在分析监测值与原设计值的不同时,发现桩的设计参数较大,设计较为保守,桩的实测弯矩值仅为设计值的 1/3,桩的实测剪力值仅为设计值的 1/4。


第一章 绪论


1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.本课题研究的目的,对国民经济或在学术上的价值和意义,国内外研究现状及发展趋势:

1.1 研究背景

自然灾害存在的方式多种多样,山体滑坡是其中一种较为严重的灾害情况。山体的滑坡已经和地震,火山被国际上认为是世界三大自然灾害。由于我们对滑坡的山体没有采取预处理,会导致大量的山体失去稳定性,随时可能发生严重的自然灾害。当对滑坡体采用不当的支护方式时,也会发生失稳现象,造成各种事故的发生。在全球范围内,每年都会有大量的人员死于山体的滑坡,对世界造成了不可估计的经济损失,严重危害着人们的日常生活。斜坡上的土壤和各种其他的岩土结构会因为环境的变化而发生不同的变化,一旦外部环境较为恶劣,灾情极易发生,例如:连绵大雨产生的雨水浸泡和频繁地震引起的基体破坏,存在于地下的水源运动和地下的人工运动建设等一系列的因素影响。随着土层结构受到重力的不断拉扯,上表面的物体会顺着整个滑坡下滑,下滑的坡体我们一般称它是软弱的基带,一旦整个坡体的土质结构发生了破坏,就会影响整个山体的结构情况,山体的下滑将会对山脚下的居民处产生不可逆转的影响。山上整个部分开始下滑称为滑坡,我们亦用“走山”、“滑地”来定义它们[1-2]。滑坡的主要表现形式是一种自然的现象,但是它会给我们带来严重的灾难,对我们日常生活带来巨大的破坏力,会使我们的生命受到威胁,对我们赖以生存的环境造成严重的破坏。
虽然山体滑坡是一种极为正常的地理自然灾害,但这并不意味着我们可以承受这样可以在一瞬间带走数千人,甚至上万人生命的伤害。它的发生不仅给日常生活的方面,还给我们社会的经济发展带来极为巨大的伤害,每年世界各地因为山体滑坡造成的经济损失十分惊人,最高的可以达到上百亿美元,由此可知,我们需要对这样的自然灾害做好充足的预判和足够的防护措施。滑坡相关的防范措施显得尤为重要[3]。
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1.2 国内外研究现状

1.2.1 抗滑桩的主要发展情况

国外抗滑桩的生产应用历史较早。早在二战之后,各国结束了战乱,进入了战后发展阶段,开始大力发展经济,在各项工程施工过程中,就遇到了边坡稳定性问题,为了解决这一问题,抗滑桩出现并成为主要手段之一。通过观察其发展历史,可以分为下面三个时期。

在第一个时期中,抗滑桩得到了初步的应用;在第二个阶段过程中,人们对抗滑桩的使用原理进行了分析,理论的发展使得抗滑桩的工程实际应用得到了进一步的发展;在第三个阶段过程中,抗滑桩使用与设计原理得到了进一步的发展,另外,各种新型的抗滑桩结构的出现,使得其在现场得到了快速推广应用。

第一个阶段为初步发展阶段,其标志为美国工程新闻杂志刊登的《滑坡和桩的作用》。该阶段抗滑桩刚开始出现,直到二战之后,工程中才大量使用,但是该阶段理论发展还不太成熟,没有理论的指导,属于摸索探讨阶段,主要使用抗滑挡土墙。

第二阶段为发展应用阶段,其标志为抗滑桩设计理论的初步建立。在这一阶段,理论的出现使得抗滑桩的应用得到了推广,但是传统的挡土墙仍作为主要的支挡措施在边坡问题中发挥着重要的作用。许多国家对其进行了研究,日本的两位学者在进行了多次的理论分析之后,最终提出“港研法”,主要采用钢管桩。与之相对立的其他国家则采用了钢筋混凝土,先进行钻孔,在将钢管放入钻孔之中,再在钢管内部注入混凝土等材料,有时也会将型钢放入钢管内部。为了尽可更的增大桩的抗滑能力,常采用多排布置,以提高其抗弯能力,形成刚架受力的结构。
第三阶段为广泛应用阶段,该阶段的标志为理论分析的不断优化,以及各种新式的抗滑桩出现。该阶段已经完全摒弃挡土墙,全面推广抗滑桩在边坡工程中的应用。最初使用的多位小直径抗滑桩,自 1970 年以来,大直径抗滑桩开始出现,并在日本得到了广泛的推广与应用。比如在日本大阪的某边坡工程治理时,施工人员采用了大型抗滑桩,
这种抗滑桩直径为 5m,深度为 50-60m。此外,随着技术的不断发展,锚索抗滑桩也得到了快速的发展。
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第二章 抗滑桩基本理论


2.1 抗滑桩概述

抗滑桩是目前治理滑坡的一种主要手段,其应用十分广泛,其具体优点为:抵抗滑移能力强,安装灵活方便,成本低,安装效率高,治理效果好等[41]。最近几年,在铁路、公路、煤炭领域滑坡事故较多,抗滑桩的使用有效的阻止了边坡的滑移,保证了人们的生命财产安全,取得了不错的效果。

对抗滑桩的使用原理进行分析发现,抗滑桩不同于建筑地基等其它桩基,其它桩基大多承受竖向载荷,而抗滑桩承受侧向载荷。抗滑桩的作用发挥原理为当坡面发生滑移时,滑坡岩土体的重力与其它应力叠加产生的力传递至抗滑桩侧面,抗滑桩被动的承受叠加载荷,因此,其常被称为“被动桩”。而建筑地基等作用原理为直接承受载荷,这类桩常被成为“主动桩”。

目前我国广泛使用的大多为钢筋混凝土桩,相对其他材料,它具有明显的优势:抗滑能力强,施工简单方便,安全高效等[45]。具体优点如下:

(1) 抗滑能力强,可以抵抗抵抗十分强大的滑移力,安全性好,成本低。

(2) 桩位布置灵活方便,可根据受力分析,在边坡面的不同位置布置不同数量的抗滑桩,抗滑桩可以单独使用,也可以配合其他建筑物使用。当采用分排布置时,滑移岩体的整体性得到了破坏,滑移力减小,治理效果明显。

(3) 具有设备简单,操作容易,工期短,工程效率高,施工成本小等优点。为了保证施工期间的边坡稳定,可采用间隔开挖。

(4) 开挖桩孔时能够随时对设计方案进行检验,保证工程的安全性。

(5) 当坡体处于缓慢滑移时,采用此方法的优势明显,可及时解决问题。

(6) 现场突发情况可随时处理。

图 2.1 滑坡推力较大的滑坡治理工程

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2.2 抗滑桩设计要求和设计内容

(一)抗滑桩的具体设计要求

(1) 抗滑桩要能够保证滑坡体的安全性,即在使用抗滑桩后,其提供的阻滑力要足够大,在满足安全稳定性系数的前提下,保证滑坡体的稳定性。

(2) 力学参数要符合要求,即桩身的强度与稳定性要足够,桩断面的刚度也要满足要求,符合设计的应力与变形参数。

(3) 保证施工后的滑坡体变形在设计允许范围之内。

(4) 抗滑桩埋深合适,有恰当的锚固的深度,桩之间的距离合适,桩断面的形状尺寸符合要求等,安全高效,技术合理,经济上合理。

(二)抗滑桩的具体设计内容

(1) 分析桩的平面布置位置,确定布置尺寸。

(2) 选取桩的型号,桩的长度,桩的截面形状与尺寸。

(3) 进行受力分析,分析桩受到的外部施加的滑动力。

(4) 根据受到的力,分析桩的受力特征与变形特征。

(5) 进行配筋计算,设计一般的构造。

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第三章 抗滑桩工程特点分析.................................. 16

3.1 引言..........................16

3.2 分析两种抗滑桩的优缺点.....................................16

第四章 某高速公路边坡工程中抗滑桩设计及现场监测...................................25

4.1 工程概况.........................25

4.1.1 前言.................................. 25

4.1.2 工程地质条件.................................26

第五章 数据分析及模型建立..................................... 42

5.1 FLAC3D 软件..................................42

5.1.1 FALC3D 软件介绍....................... 42

5.1.2 主要的原理分析.............................43


第五章 数据分析及模型建立


5.1 FLAC3D 软件

上一章采用了传统的悬臂梁法来验证了本文设计的抗滑桩的可行性,虽然计算方法可以使用,但是计算的过程十分麻烦,假定的理想条件较多,参数的改动对其影响也较大,有时为了保证工程的安全性,常常选取过于保守的参数,导致成本的增加,经济上不太合理,当参数选取较小时,又会导致抗滑桩失效,造成滑坡失稳,增加了经济的损失,危及人们的生命财产安全。随着科技的发展,数据计算能力大大提升,计算机也法阵较快,使其成为解决工程实际问题的得力助手,它可以再现出工程的原状,反应桩与土的相互作用关系,并且假设条件较少,可真实可靠的反应加固原理[50]

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