抗滑桩本科毕业设计计算书K法.docx
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抗滑桩本科毕业设计计算书K法
抗滑桩本科毕业设计计算书
1、滑坡推力的计算1
1.1计算原理1
1.2推力的计算4
1.3剩余抗滑力的计算5
2、抗滑桩的设计与计算8
2.1治理方案的拟定8
2.21-1剖面计算8
2.2.1桩的参数选取8
2.2.2受荷段内力计算9
2.2.3锚固段内力计算11
2.2.4桩身内力图14
2.2.5桩侧应力验算15
2.32-2剖面计算18
2.3.1桩的参数选取18
2.3.2受荷段内力计算18
2.3.3锚固段内力计算20
2.3.4桩身内力图23
2.3.5桩侧应力验算24
2.4抗滑桩的配筋计算27
2.4.1正截面受弯计算27
2.4.2斜截面受剪计算28
2.5排水工程设计29
附录抗滑桩设计理正验算书30
1-1剖面滑坡剩余下滑力理正计算.30
2-2剖面滑坡剩余下滑力理正计算.38
1-1剖面抗滑桩配筋理正计算.47
2-2剖面抗滑桩配筋理正计算.61
1、滑坡推力的计算
1.1计算原理
作用于抗滑桩上的滑坡推力,与滑坡的厚度、滑坡的性质、桩的位置、间距以及滑动面的形状等条件有关。
一般先运用工程地质法的各种方法,对滑坡的稳定性进行分析,然后运用力学方法进行计算。
计算时,将滑坡范围内滑动方向和滑动速度大体一致的一部分滑体,看作一个计算单元,并在其中选择一个或几个顺滑坡主轴方向的地质纵断面为代表,再按滑动面坡度和地层性质的不同,把整个断面上的滑体适当划分成若干竖直条块,由后向前,依次计算各块截面上的剩余下滑力。
目前,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,等于桩距范围之内的滑坡推力。
关于滑坡推力的计算,本文采用的是传递系数法,又称不平衡力传递法。
传递系数法是一种平面分析法,其计算过程有如下假定:
(1)危险滑动面的形状、位置已知,不可压缩并做整体滑动,不考虑条块之间的挤压变形,并且其滑动面是组倾角已知的线段构成的一条折线。
(2)条块之间只传递压力,不传递拉力,并且需要沿折线点将滑动土体划分为各个土条具有竖向边界编号顺序由高到低。
(3)条块之间的作用力用以集中力表示,它的作用力平行于前一块的滑面方向,作用在分界面的中点。
当前一块土体(i-1)的总抗滑力不足时,第i块土条与i-1土条的竖向边界上受到i-1传来的剩余下滑力,如果当前i-1个土条的总体抗滑力足够,则i-1土条剩余下滑力为0。
(4)垂直滑坡主轴取单位长度(一般是1m)宽的岩土体作为计算的基本断面,不用考虑两侧的摩擦力。
基于以上假定对第i块土条,沿其底部滑动面(与水平方向夹角为i)建立的平衡方程,
计算Ei,计算图示如图5-1所示,途中C为土条的重心,0为坐标原点,WQi为土条受到的重力与荷载力的竖向合力。
图1-1第i土条的静力平衡计算图式
按照1-1建立x、y两个轴向力的平衡关系式:
X0EiWQi.SinaiEi1.cos(ai1ai)R0(1-1)
Y0WQi.cosaiEi1.sin佝jai)Ni0
式中,R和Ni分别是土条i的底部滑动面上的抗滑力(平行于x轴)和支持力(平行于y轴),没有在图1-1中标出。
且两者存在以下关系:
RcilifNichNjtani(1-2)
式中,Cj、i和li分别为第i土条底部滑动面上土体的黏结力、内摩擦角和长度。
将1-2
式子带入1-2中,可以得到Ej的表达式:
NiWQi.cosai
Ei
1.sin(ai1
ai)
EiWQi.sinai
Ei
1.cos(ai1
ai)
Ri
WQi.sinai
Ei
1.cos(ai1
ai)
cili
Nitani
WQi.sinai
Ei
1cos(ai1
ai)
cili
WQi.cosai
Ei1.sin(ai1ai)tani
WQi.sinai
cil
iWQicosai.tan
i
Ei1.cos(ai1
ai)Ei1.sin(ai1ai)tan
WQi.sinai(ciliWQi.cosai.tani)Ei1cos(ai1ai)sin(ai1ai)tani
令icos(ai1ai)sin(ai1ai)tani,则上式可简化为:
EiWQi.sinai(ciliWQi.cosai.tani)Ei1i(1-3)
其中:
Ei――第i块滑体的剩余下滑力;
Eii――第i1块滑体的剩余下滑力;
WQi――第i块滑体的重量;
i――传递系数,icos(ai1ai)sin(ai1ai)tani;
ci__第i块滑体滑面上的岩土体的粘聚力;
li――第i块滑体的滑面长度;
i——第i块滑体滑面上岩土体的内摩擦角;
ai——第i块滑体滑面的倾角;
ai1――第i1块滑体滑面上的倾角。
计算是从上往下依次逐块计算。
按式子1-3计算的到的推力可以用来判断滑坡的稳定性。
若是计算得到的最后一块滑体的Ei值为0或者为负值,说明滑体是稳定的;若是最后一块滑体计算所得到的Ei为正值,说明滑体是不稳定的;若是在计算过程中某一块的Ei为0或负值,则说明本块体以上岩石已经稳定,并且下一块计算时按无上一块滑体推力计算
在实际的工程中滑坡体的稳定性还要考虑一定的安全储备,选用的安全系数为Ts,其值
应大于1.0。
在推力计算中一般采用加大自重下滑力,即TsWQisina来计算推力,从而式子1-3
变形为:
EiTs.WQi.sinai(c』W^cosai.tanJEi1i(1-4)
式子1-4即为不平衡推理法分析的基本公式。
注意:
如果在计算时,倾角ai为负值,则
WQisinai也是负值,因而WQiSinai变成了抗滑力,在计算时此项不用再乘以安全系数。
1.2推力的计算
把设计要求的安全系数Ts=1.19代入公式1-4,将滑坡剖成二个剖面,分别为1-1剖面、
2-2剖面的滑坡推力计算结果制成表格分别为1-1、1-2,各坡面的参数:
1-1剖面:
c=6,i=13,
=24KN/m;2-2剖面:
q=5.3,i=14,=24KN/m。
表1.11-1剖面剩余滑动推力计算
条块编号
条块面积(川)
条块体力
滑面倾角
倾角差
传递系数
F.tui轼
L帆
(KN/m)
(KN/m)
ma,
(KN/m)
屮%
(m)
(m)
(m)
(KN/m)
1
12.516
300.384
39
/
/
233.426
189.058
/
/
/
171.082
2
28.078
673.872
20
19
0.870
633.222
230.506
148.896
6.39
38.32
238.666
3
42.452
1018.848
8
12
0.930
1008.930
141.815
221.991
9.09
54.54
103.249
4
32.560
781.440
16
-8
1.022
751.161
215.421
105.562
7.79
46.74
141.731
5
32.496
779.904
22
-6
1.019
723.100
292.193
144.375
7.03
42.18
282.942
6
50.227
1205.448
16
6
0.970
1158.739
332.308
274.562
8.86
53.16
349.297
7
39.268
942.432
0
16
0.898
942.432
0.000
313.529
7.00
42.00
53.922
8
40.127
963.048
17
-17
1.024
920.957
281.603
55.206
7.86
47.17
130.494
9
40.881
981.144
15
2
0.991
947.704
253.971
129.363
7.75
46.50
166.264
10
24.538
588.912
0
15
0.906
588.912
0.000
150.660
9.50
57.00
-42.319
表1.22-2剖面剩余滑动推力计算
条块编号
条块面积(川)
条块体力
(KN/m)
滑面倾角
倾角差
传递系数
町一tan皙.
(KN/m)
L咏
:
咖a,
(KN/m)
(m)
A
(m)
(m)
圧|
(KN/m)
1
11.733
281.592
31
/
/
241.361
145.048
/
/
/
112.420
2
27.042
649.008
23
8
0.956
597.402
253.619
107.424
7.08
37.52
222.737
3
47.140
1131.360
11
12
0.926
1110.568
215.901
206.319
9.69
51.36
134.952
4
34.205
820.920
16
-5
1.018
789.111
226.305
137.371
6.76
35.83
174.072
5
49.710
1193.040
18
-2
1.008
1134.633
368.716
175.481
8.44
44.73
286.587
6
73.867
1772.808
15
3
0.986
1712.385
458.895
282.453
10.33
54.75
346.786
7
44.081
1057.944
0
15
0.901
1057.944
0.000
312.582
6.00
31.80
16.971
8
48.343
1160.232
18
-18
1.028
1103.432
358.576
17.448
7.37
39.06
129.940
9
41.029
984.696
15
3
0.986
951.135
254.890
128.066
6.73
35.67
158.540
10
22.364
536.736
0
15
0.901
536.736
0.000
142.903
8.00
42.40
-33.339
1.3剩余抗滑力的计算
剩余抗滑力是指设桩处的剩余下滑力和滑坡最前缘那块的剩余下滑力之差,然后将其与桩前主动土压力做比较,最后取其较小值作为计算。
设置抗滑桩后桩前滑体土对桩的抗力为
En,在设计规定安全系数下,假设桩对桩前滑坡体土体的推力为En,则此推力会传递给桩前的土条块,不断地改变此推力的大小使滑坡体出口的土条块剩余滑坡推力为零或者几乎接近于零,当滑坡体出口的土条块剩余推力为零或者几乎接近零的时候,桩对桩前土条块的推力即为抗滑桩的剩余抗滑力。
于是求出1-1、2-2剖面的剩余抗滑力用表格形式表示如下:
表1.31-1剖面剩余抗滑力计算
条块编号
条块面积
条块体力
滑面倾角
倾角差
传递系数
FI:
un朝
L咏一
1
Ei
(KN/m)
|问
cos吗
(KN/m)
sin6
(KN/m)
wEu
(m)
(m)
(m)
(KN/m)
抗滑桩
抗滑桩剩余抗滑力=51.203(KN/m)
7
39.268
942.432
0
16
0.898
942.432
0.000
359.488
7.00
42.00
99.881
8
40.127
963.048
17
-17
1.024
920.957
281.603
102.259
7.86
47.17
177.547
9
40.881
981.144
15
2
0.991
947.704
253.971
176.008
7.75
46.50
212.910
10
24.538
588.912
0
15
0.906
588.912
0.000
192.928
9.50
57.00
-0.052
表1.42-2剖面剩余抗滑力计算
条块编号
条块面积
条块体力
滑面倾角
倾角差
传递系数
IT.tanp.
L19FF.
I
画
(KN/m)
|皿|
CDS47:
(KN/m)
dn込
(KN/m)
(m)
(m)
(m)
(KN/m)
抗滑桩
抗滑桩剩余抗滑力=40.514(KN/m)
7
44.081
1057.944
0
15
0.901
1057.944
0.000
349.100
6.00
31.80
53.489
8
48.343
1160.232
18
-18
1.028
1103.432
358.576
54.993
7.37
39.06
167.484
9
41.029
984.696
15
3
0.986
951.135
254.890
165.069
6.73
35.67
195.543
10
22.364
536.736
0
15
0.901
536.736
0.000
176.256
8.00
42.40
0.015
由上述2表可以得出1-1剖面设桩处抗滑桩的剩余抗滑力为78.501KN/m,2-2剖面设桩
处抗滑桩的剩余抗滑力为108.744KN/m。
2、抗滑桩的设计与计算
2.1治理方案的拟定
由于最大剩余下滑力较小,所以本方案采用1-1剖面为门式抗滑桩支护形式、
2-2剖面采用独立抗滑桩支护,有利于节省较大的经济开支,同时施工也较为简便。
根据剩余下滑力与各剖面最大剩余下滑力处滑块的高度,拟定抗滑桩的尺寸、桩长、间距和设计下滑力等各项指标,如下表所示。
表2-1抗滑桩选型及布置
构件
位置
设计下滑力
(KN/m)
截面尺寸
(m)
桩长(m)
间距(m)
数量(根)
桩型1
1-1剖面
400
2.02.5
10
5
14
桩型II
2-2剖面
400
2.02.5
11
5
7
2.21-1剖面计算
2.2.1桩的参数选取
根据上述,对于该剖面,在滑体6号处设置钢筋混凝土抗滑桩,采用C30
混凝土,查询资料得到,C25混凝土,E2.8107Kpa.
桩长:
h=13m,其中受荷段hi=6.3m,锚固段h2=6.7m;
桩截面的惯性矩:
I—ab3丄22.532.604m4
1212
地基系数:
桩前后土体厚度相同,滑动面上下土体重度相等,锚固段下土层
的m值为9800kN.m4,则
„243
AA—h1m6.39400=61740kN.m3
224
桩的变形系数:
锚固段的m=9400kN.m4,则
22
mBp9800351
ap7=0.044m1
EI2.81072.604
桩的计算深度:
ah20.0446.3=0.277
采用m法计算桩身内力,ah20.0446.3=0.277<2.5,按照刚性桩计算。
边界条件为:
桩底为自由端。
2.2.2受荷段内力计算
该坡面在设桩处的滑坡推力En349.297KN/m,则每根桩要承担的滑坡推力为
EtEnLcos349.2975cos131701.723kN
根据滑坡体的强度指标,土体的粘聚力相对内摩擦角比较大,所以滑坡体推力按矩形分布计算,即:
Er1701.723270.115kN/m
hi6.3
坡前土体的被动土压力:
EP0.51h12tan2(45丄)2ch|tan(45丄)
22
238238
0.5246.32tan2(45)245.86.3tan45
22
2005.996kN/m
我们知道桩在该处的剩余抗滑力En=51.203kN/m小于被动土压力,所以内
力计算按照把剩余抗滑力作为桩前土堆桩的推力,同样采取矩形分布:
ErEnLcos
51.2035cos13249.453kN
Er249.45339.596kN/m
h,6.3
1、剪力计算
Qy(bqbq)
(270.11539.596)y230.519y
2、弯矩计算
MyQy.21°5260y2
表2-21-1剖面受荷段内力计算
桩长(m)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
剪力(kN/m)
0.000
115.260
230.519
345.779
461.038
576.298
691.557
弯矩
(kN/m)
0.000
26.315
105.260
236.835
421.040
657.875
947.340
桩长(m)
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.3
剪力(kN/m)
806.817
922.076
1037.336
1152.595
1267.855
1383.114
1452.270
弯矩
(kN/m)
1289.435
1684.160
2131.515
2631.500
3184.115
3789.360
4177.769
由上表可知Qa1452.27kN,Ma4177.769kN/m
223锚固段内力计算
1、yyo
桩身变位
xyyo
桩测应力
y(Amy)(y。
y)
桩身剪力
Qy
1
y(2yoy)-Bpm
2
y(3yo2y)
桩身弯矩
MaQaY6BpAy2(3yoy)^Bpmy3(2y。
y)
2、yyo
桩测应力
y(Amy)(y。
y)
桩身剪力
1
QyQaBpm
6
2
y(3yo2y)
1
尹pA
1
(yyo)-BpAyo
桩身弯矩
MyMaQaY
6BpA
2—
yo(3y
yo)-Bpmy3(2yoy)-BpA
126
(yyo)3
由HO得
Qa
2BPA
2
yo
(h2yo)2
1厂
6Bpm
2
h2(3yo2h2)
(2-1)
Ma
QAh2
1
-BpA
6p
1D
Bpm
12
2
yo
yo)
3
BpA(h2yo)
由HO与M
0联立求解可得
3
h2(2yo
h2)
3
2Qa(aA)yo
h222A(3MA
6MA(A
2
A)yo2y0h23A(2MA
QAh2)mh2(3M
2QAh2)
式中
2QAh2)
mh2(4Ma3Qah2)o
(22)
Ad1m
一aim、Ad2m
2
1
—a2m
2
其中,1、2—滑面上下部分岩体重度。
将QA1452.27kN,MA4177.769kN/m代入(2-2)可得yo4.28m代入(2-1)式
得到桩身的转角1.4087103rad,代入yy0、yy0求出桩身内力,如下表
所示。
表2-3锚固段内力计算表
桩埋深(m)
桩长(m)
转角(rad)
剪力(kN)
弯矩(kN.m)
桩侧压力(kPa)
0
6.3
0.0014087
1452.27
4177.77
372.25
0.3
6.6
0.0014087
1121.39
4563.60
362.64
0.6
6.9
0.0014087
800.27
4851.58
350.54
0.9
7.2
0.0014087
491.15
5044.96
335.96
1.2
7.5
0.0014087
196.28
5147.69
318.90
1.5
7.8
0.0014087
-82.12
5164.38
299.35
1.8
8.1
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