预应力锚索抗滑桩技术.pptx

普通抗滑桩普通抗滑桩和和预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩支挡工程：支挡工程：在支挡滑坡的过程中，抗滑桩主在支挡滑坡的过程中，抗滑桩主要承受来自土体变形施加侧向力。要承受来自土体变形施加侧向力。普通抗滑桩普通抗滑桩：不直接承受外荷载的作用，而：不直接承受外荷载的作用，而是由于滑坡体在自重或其它外因作用下发生是由于滑坡体在自重或其它外因作用下发生变形或移动，而承受坡体由于变形而产生的变形或移动，而承受坡体由于变形而产生的荷载作用。荷载作用。-被动的支护，被动的支护，“被动桩被动桩”普通抗滑桩普通抗滑桩和和预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩：预应力锚索抗滑桩：在在普通抗滑桩基础上发展普通抗滑桩基础上发展起来的，在普通抗滑桩起来的，在普通抗滑桩的桩顶或桩身一定位置的桩顶或桩身一定位置设计一排或多排预应力设计一排或多排预应力锚索，借助于二者组成锚索，借助于二者组成的桩锚支挡体系的桩锚支挡体系(锚索提锚索提供的锚固力和抗滑桩提供的锚固力和抗滑桩提供的阻滑力供的阻滑力)共同阻挡滑共同阻挡滑坡的下滑。坡的下滑。滑动面滑动面滑动体滑动体坡面坡面锚索锚索锚固体锚固体抗滑桩抗滑桩 8.1 引言引言8.2 抗滑桩技术抗滑桩技术8.3 预应力锚索抗滑桩作用机理预应力锚索抗滑桩作用机理8.4 预应力锚索抗滑桩设计预应力锚索抗滑桩设计8.5 预应力锚索抗滑桩技术的应用预应力锚索抗滑桩技术的应用8 预应力锚索抗滑桩技术预应力锚索抗滑桩技术滑坡问题：滑坡问题：边坡加固和滑坡治理边坡加固和滑坡治理 （1）风景区）风景区 （2）村庄附近）村庄附近 （3）公路与铁路边坡）公路与铁路边坡 （4）建筑物滑动）建筑物滑动 目前除采用锚杆和锚索支护技术外，较多地采目前除采用锚杆和锚索支护技术外，较多地采用了用了抗滑桩技术抗滑桩技术来加固边坡，实现边坡的稳定。来加固边坡，实现边坡的稳定。8.1 引言引言 8.1 引言引言 由于由于抗滑桩技术抗滑桩技术具有：抗滑能力强，开挖和混凝土工程量小，具有：抗滑能力强，开挖和混凝土工程量小，且不会恶化原有的地质条件，桩位设置灵活，对保证工程质量，且不会恶化原有的地质条件，桩位设置灵活，对保证工程质量，加快施工进度，缩短工期和节约投资均具有显著作用，因此在加快施工进度，缩短工期和节约投资均具有显著作用，因此在边坡加固、滑坡治理等工程中广泛应用。边坡加固、滑坡治理等工程中广泛应用。8.1 引言引言 在实际应用过程中，一般将抗滑桩技术与其它岩土在实际应用过程中，一般将抗滑桩技术与其它岩土加固技术联合运用，如与锚杆、预应力锚索、注浆等加固技术联合运用，如与锚杆、预应力锚索、注浆等技术相结合，组成各种复合加固技术。技术相结合，组成各种复合加固技术。如随着预应力锚索技术的引进和发展，在抗滑桩的如随着预应力锚索技术的引进和发展，在抗滑桩的基础上出现了基础上出现了“预应力锚索抗滑桩技术预应力锚索抗滑桩技术”它作为一种新型稳定边坡技术，能够极大地节它作为一种新型稳定边坡技术，能够极大地节省原材料，降低造价，且可取得更好的支护与加固效省原材料，降低造价，且可取得更好的支护与加固效果，因此，在边坡加固和滑坡治理工程中得到了很好果，因此，在边坡加固和滑坡治理工程中得到了很好地应用。地应用。v应用概况应用概况：2020世纪世纪8080年代开始年代开始公路与铁路边坡、露天矿山边坡、基坑等公路与铁路边坡、露天矿山边坡、基坑等v抗滑桩技术优点：抗滑桩技术优点：抗滑能力强，抗滑能力强，开挖和混凝土工程量小，开挖和混凝土工程量小，不会恶化原有的地质条件，不会恶化原有的地质条件，桩位设置灵活，可集中在有利于支挡滑坡的部桩位设置灵活，可集中在有利于支挡滑坡的部位。位。8.2 抗滑桩技术抗滑桩技术 v缺点：缺点：配筋不能充分发挥其抗拉的优势，抗滑主要以扩配筋不能充分发挥其抗拉的优势，抗滑主要以扩大横截面积取胜大横截面积取胜预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩可解决此问可解决此问题！题！v应用效果：应用效果：当滑动面较平缓且部位较浅时，可望取得较好的当滑动面较平缓且部位较浅时，可望取得较好的抗滑效果抗滑效果v仅简述常用的仅简述常用的大型钢筋混凝土桩大型钢筋混凝土桩（简称大桩）（简称大桩）和和钢轨桩钢轨桩等两种抗滑桩的设计方法。等两种抗滑桩的设计方法。8.2 抗滑桩技术抗滑桩技术 v大型钢筋混凝土抗滑桩具有以下优点：大型钢筋混凝土抗滑桩具有以下优点：抗滑力大、设桩地点灵活，可以将桩设置在最有利于支抗滑力大、设桩地点灵活，可以将桩设置在最有利于支挡滑坡的部位；挡滑坡的部位；在挖掘桩孔的同时可以进行工程地质勘探，可同时进行在挖掘桩孔的同时可以进行工程地质勘探，可同时进行原位大试件剪切试验，为有效支挡滑坡体创造有利条件，原位大试件剪切试验，为有效支挡滑坡体创造有利条件，施工比较方便等。施工比较方便等。因此，在防治由中硬或中硬以下岩石组成的不同破碎程因此，在防治由中硬或中硬以下岩石组成的不同破碎程度的边坡中形成的中浅层滑坡方面得到广泛应用。度的边坡中形成的中浅层滑坡方面得到广泛应用。8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v设计步骤：设计步骤：搞清引起搞清引起滑坡的主要原因、范围、滑体厚度滑坡的主要原因、范围、滑体厚度，分析其，分析其稳稳定状态定状态和发展趋势；和发展趋势；根据滑坡工程地质剖面图及根据滑坡工程地质剖面图及滑动面土、岩抗剪强度指标滑动面土、岩抗剪强度指标，计算计算滑坡推力滑坡推力；根据滑体各部位的滑坡推力大小和平盘施工条件，根据滑体各部位的滑坡推力大小和平盘施工条件，确定确定桩体在剖面上的位置和加固范围桩体在剖面上的位置和加固范围；建立抗滑工程造价与抗滑桩的主要设计参数（桩间距、建立抗滑工程造价与抗滑桩的主要设计参数（桩间距、桩体锚固深度、桩体断面桩体锚固深度、桩体断面BpDp）间的函数关系，以）间的函数关系，以抗滑抗滑工程造价最低工程造价最低为目标，进行抗滑桩设计参数的优化，寻求为目标，进行抗滑桩设计参数的优化，寻求最优的设计参数。最优的设计参数。8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v实际设计过程：实际设计过程：v(1)(1)根据滑坡推力大小、地形及地层性质，拟定桩长、根据滑坡推力大小、地形及地层性质，拟定桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距。锚固深度、桩截面尺寸及桩间距。v(2)(2)确定桩的计算宽度，并根据滑体地层性质，选定确定桩的计算宽度，并根据滑体地层性质，选定地基系数。地基系数。v(3)(3)根据选定的地基系数及桩的截面形式、尺寸，计根据选定的地基系数及桩的截面形式、尺寸，计算桩的变形系数及其计算深度，据此判断按刚性桩或算桩的变形系数及其计算深度，据此判断按刚性桩或弹性桩来设计。弹性桩来设计。v(4)(4)根据桩底的边界条件采用相应的公式计算桩身各根据桩底的边界条件采用相应的公式计算桩身各截面的变位、内力及侧壁应力等，并计算最大剪力、截面的变位、内力及侧壁应力等，并计算最大剪力、弯矩及其部位。弯矩及其部位。8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩图图8-1 8-1 抗滑桩抗滑原理示意图抗滑桩抗滑原理示意图8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩 在抗滑桩设计计算中，在抗滑桩设计计算中，一般将其周围岩土体视为弹一般将其周围岩土体视为弹性介质，应用性介质，应用弹性地基梁理弹性地基梁理论论，以，以温克勒温克勒(Winkler)提出提出的的“弹性地基弹性地基”假说作为计假说作为计算的理论基础。算的理论基础。这里仅介绍这里仅介绍“悬臂桩法悬臂桩法”。v“悬臂桩法悬臂桩法”设计方法设计方法由于简便，是常用的设计方由于简便，是常用的设计方法。法。设计中一般是先估算滑坡推力，假定单桩承受一个设计中一般是先估算滑坡推力，假定单桩承受一个桩间距的滑坡推力；桩间距的滑坡推力；再假定滑坡推力的分布图式；再假定滑坡推力的分布图式；然后以建立在温克勒弹性地基模型基础上的计算公然后以建立在温克勒弹性地基模型基础上的计算公式进行设计计算。式进行设计计算。v就是说是把滑坡和抗滑桩分开进行考虑和计算的。就是说是把滑坡和抗滑桩分开进行考虑和计算的。8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v“悬臂桩法悬臂桩法”设计方法：设计方法：由于设计计算方法是以温克勒弹性地基梁模型为理由于设计计算方法是以温克勒弹性地基梁模型为理论依据，因此。设计计算论依据，因此。设计计算只适用于桩和土均处于弹只适用于桩和土均处于弹性工作状态性工作状态时；时；而一般为了充分发挥桩前土体的抗力，允许抗滑桩而一般为了充分发挥桩前土体的抗力，允许抗滑桩有较大的位移，这时抗滑桩与岩土体均已处于弹塑有较大的位移，这时抗滑桩与岩土体均已处于弹塑性状态；性状态；再者，设计方法是把桩作为再者，设计方法是把桩作为平面受力平面受力结构考虑的，结构考虑的，而实际上抗滑桩在滑坡体中是一复杂的而实际上抗滑桩在滑坡体中是一复杂的空间受力空间受力结结构。构。由此可见，设计方法存在一定的局限性。由此可见，设计方法存在一定的局限性。8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v（1 1）抗滑桩内力计算）抗滑桩内力计算1 1）受荷段内力计算）受荷段内力计算2 2）锚固段内力计算）锚固段内力计算 v如如H21.0，则为刚性桩，可按刚性桩计算；，则为刚性桩，可按刚性桩计算；v若若H2 1.0，则属于弹性桩，按弹性桩计算。，则属于弹性桩，按弹性桩计算。8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩桩体变形系数桩体变形系数v（2）桩体稳定条件分析）桩体稳定条件分析抗滑桩在外力作用下，既要保证本身足够的强度，又要保证抗滑桩在外力作用下，既要保证本身足够的强度，又要保证桩体不发生倾倒破坏。为使桩体稳定，必须满足下式所限制桩体不发生倾倒破坏。为使桩体稳定，必须满足下式所限制的条件：的条件：（8-4）式中，式中，ymax为桩侧的最大压应力，为桩侧的最大压应力，MPa；为基岩极限承载为基岩极限承载能力，能力，MPa，并按下式计算：，并按下式计算：（8-5）式中，式中，K为岩层构造换算系数，取为岩层构造换算系数，取0.51.0；Cj为岩石裂隙、为岩石裂隙、风化折减系数，取风化折减系数，取0.30.5；R为岩石单轴抗压强度，为岩石单轴抗压强度，MPa。这是一般工程计算中取岩石强度这是一般工程计算中取岩石强度2040的原因！的原因！8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v（3）桩体结构设计）桩体结构设计钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构从桩体弯矩图可以看出，桩身弯矩变化较大，上下端弯矩很小，这从桩体弯矩图可以看出，桩身弯矩变化较大，上下端弯矩很小，这两部分可按混凝土构件考虑，不需要配置受力钢筋，混凝土桩所能两部分可按混凝土构件考虑，不需要配置受力钢筋，混凝土桩所能承受的弯矩由下式确定：承受的弯矩由下式确定：一般而言，在桩体迎推力侧配置适当的受拉钢筋，可以充分发挥钢一般而言，在桩体迎推力侧配置适当的受拉钢筋，可以充分发挥钢筋混凝土构件的承载能力，其纵向受拉钢筋面积按下式计算：筋混凝土构件的承载能力，其纵向受拉钢筋面积按下式计算：8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v说明，根据选用钢筋或钢轨可确定其数量；还需说明，根据选用钢筋或钢轨可确定其数量；还需校核纵向受力钢筋能否保证桩体截面强度、混凝校核纵向受力钢筋能否保证桩体截面强度、混凝土受压区高度；而后给出钢筋用量表，并绘制钢土受压区高度；而后给出钢筋用量表，并绘制钢筋布置图。筋布置图。v预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩是对受拉侧钢筋施加预应力，是对受拉侧钢筋施加预应力，可改善抗滑桩的受力特性。可改善抗滑桩的受力特性。8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v（4）桩体设计参数的优化问题）桩体设计参数的优化问题桩体设计参数桩体设计参数主要指桩的间距、截面、锚固深度。主要指桩的间距、截面、锚固深度。它们不仅关系到工程的安全，而且这些参数还直它们不仅关系到工程的安全，而且这些参数还直接影响抗滑工程造价。接影响抗滑工程造价。为寻求合理的抗滑桩设计参数，可编制为寻求合理的抗滑桩设计参数，可编制电算程序电算程序对抗滑桩的上述主要设计参数进行优化。对抗滑桩的上述主要设计参数进行优化。8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v钢轨桩定义钢轨桩定义：将钢轨置入钻孔，再用混凝土或水泥：将钢轨置入钻孔，再用混凝土或水泥砂浆把钢轨与孔壁岩体联成一体而形成钢轨桩，可砂浆把钢轨与孔壁岩体联成一体而形成钢轨桩，可适用于滑坡推力不大、岩体较完整的岩质边坡。适用于滑坡推力不大、岩体较完整的岩质边坡。v钢轨桩优点钢轨桩优点：通常认为与大断面钢筋混凝土抗滑桩：通常认为与大断面钢筋混凝土抗滑桩相比，它具有更轻便、灵活、便于施工等优点。相比，它具有更轻便、灵活、便于施工等优点。v在国内外露天矿在国内外露天矿滑坡防治滑坡防治工程中得到广泛应用。工程中得到广泛应用。8.2.2 钢轨抗滑桩钢轨抗滑桩v边坡整体滑动下的钢轨桩一般呈现两个相反方向的边坡整体滑动下的钢轨桩一般呈现两个相反方向的弯弯曲变形曲变形：在在滑面以上（下），滑面以上（下），桩的弯曲部分桩的弯曲部分凹凹(凸凸)向向推力推力方向。方向。v随推力逐渐增大，这两个弯曲变形也逐渐加大，最终随推力逐渐增大，这两个弯曲变形也逐渐加大，最终桩体呈现桩体呈现三段破坏三段破坏。v当推力方向与桩体最大截面模数受力方向有一定交角当推力方向与桩体最大截面模数受力方向有一定交角时，桩体还出现时，桩体还出现扭转现象扭转现象。v随桩周围岩体强度增大，桩体中段的破坏长度逐渐缩随桩周围岩体强度增大，桩体中段的破坏长度逐渐缩短，桩体受短，桩体受剪力较大剪力较大。（1）钢轨桩的受力状态和变形破坏特征）钢轨桩的受力状态和变形破坏特征v进一步分析还发现进一步分析还发现不同破坏形式不同破坏形式：当坚硬岩体沿一很薄的滑面滑动时，抗滑桩是受当坚硬岩体沿一很薄的滑面滑动时，抗滑桩是受剪切剪切而破坏；而破坏；如果岩体沿一层软弱的破碎带或一弱层滑动，由如果岩体沿一层软弱的破碎带或一弱层滑动，由于在滑面处出现塑性变形，因而桩体是受于在滑面处出现塑性变形，因而桩体是受弯曲弯曲而而破坏；破坏；如果滑体是松散体或碎裂岩体，则桩体也是受如果滑体是松散体或碎裂岩体，则桩体也是受弯弯曲曲而破坏。而破坏。（1）钢轨桩的受力状态和变形破坏特征）钢轨桩的受力状态和变形破坏特征v在计算钢轨桩抗滑力时，应研究现场地质情况，有在计算钢轨桩抗滑力时，应研究现场地质情况，有条件时还可进行现场桩体应力测试、模型试验等，条件时还可进行现场桩体应力测试、模型试验等，以分析桩体的应力状态和破坏形式，进而确定按以分析桩体的应力状态和破坏形式，进而确定按剪剪切或弯曲切或弯曲条件的计算方法。条件的计算方法。v也可将钢轨桩视为弹性地基上的也可将钢轨桩视为弹性地基上的弹性地基梁弹性地基梁，采用，采用链杆法链杆法求解桩体内力。求解桩体内力。v实际上，目前钢轨桩的设计方法还不成熟。应具体实际上，目前钢轨桩的设计方法还不成熟。应具体问题具体分析。问题具体分析。（2）钢轨抗滑桩的设计要求）钢轨抗滑桩的设计要求v1）锚固深度和桩长）锚固深度和桩长锚固深度锚固深度应以桩体在滑坡推力作用下应以桩体在滑坡推力作用下不被拔出不被拔出，以及在桩，以及在桩底底不会产生新的滑面不会产生新的滑面为条件。当滑床岩体较完整，强度较为条件。当滑床岩体较完整，强度较大时，锚固深度可取小些。大时，锚固深度可取小些。v例如，阜新海州露天煤矿例如，阜新海州露天煤矿86站的锚固深度取站的锚固深度取35 m。桩长桩长应保证不会产生越过桩顶的滑坡。但在一般情况下，应保证不会产生越过桩顶的滑坡。但在一般情况下，为施工方便而使桩长能露出滑体表面。这样也为地面观测为施工方便而使桩长能露出滑体表面。这样也为地面观测造成方便条件。造成方便条件。（2）钢轨抗滑桩的设计要求）钢轨抗滑桩的设计要求（2）钢轨抗滑桩的设计要求）钢轨抗滑桩的设计要求v2）桩距和排距）桩距和排距桩距桩距主要取决于桩的总数和岩体强度，加固后要防止软弱主要取决于桩的总数和岩体强度，加固后要防止软弱岩体自桩间挤出。如滑坡推力较小，岩体强度又较大，则岩体自桩间挤出。如滑坡推力较小，岩体强度又较大，则桩距可适当大些。桩距可适当大些。粘土岩易被水浸润而软化，宜选用较大直径的钢轨桩或管粘土岩易被水浸润而软化，宜选用较大直径的钢轨桩或管桩。随桩径增大，桩后易形成坚实的粘土岩楔桩。随桩径增大，桩后易形成坚实的粘土岩楔（图（图8-2），起阻止桩间挤出的作用。起阻止桩间挤出的作用。v一些工程中有关钢轨桩间距的资料有参考价值：如阜新海州露一些工程中有关钢轨桩间距的资料有参考价值：如阜新海州露天煤矿天煤矿86站的钢轨桩间距为站的钢轨桩间距为35m；白银露天矿为；白银露天矿为45m；大；大冶铁矿为冶铁矿为3m。双排或多排孔时，双排或多排孔时，排距排距一般与桩距接近。但露天矿采场边一般与桩距接近。但露天矿采场边坡通常因限于施工条件而考虑每个台阶只设坡通常因限于施工条件而考虑每个台阶只设l2排桩。排桩。图图8-2 粘土岩楔示意图粘土岩楔示意图8.3 预应力锚索抗滑桩作用机理预应力锚索抗滑桩作用机理v8.3.1 预应力锚索抗滑桩的应用原因预应力锚索抗滑桩的应用原因v8.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点8.3.1 预应力锚索抗滑桩的应用原因预应力锚索抗滑桩的应用原因v抗滑桩：抗滑桩：一种很成熟的滑坡加固方法，它成群布置，一种很成熟的滑坡加固方法，它成群布置，借助桩的受力段及桩背土体与桩两侧的摩阻力而形成借助桩的受力段及桩背土体与桩两侧的摩阻力而形成的土拱效应以稳定滑体，不使其从桩间滑出。的土拱效应以稳定滑体，不使其从桩间滑出。v作用机理：作用机理：是利用埋于滑床中的桩将滑体中未平衡的是利用埋于滑床中的桩将滑体中未平衡的滑坡推力借桩传递而下作用于桩周的岩土体上。滑坡推力借桩传递而下作用于桩周的岩土体上。在我国已采用的最大抗滑桩断面达在我国已采用的最大抗滑桩断面达64。8.3.1 预应力锚索抗滑桩的应用原因预应力锚索抗滑桩的应用原因v改变方式：改变方式：在桩上部加上锚在桩上部加上锚索，将一部分下滑力转移索，将一部分下滑力转移到锚索上，由锚索承担，到锚索上，由锚索承担，这样可减少埋于滑床中桩这样可减少埋于滑床中桩传递作用于桩周岩体的滑传递作用于桩周岩体的滑坡推力，桩埋入滑床中的坡推力，桩埋入滑床中的深度相对减短，并使原来深度相对减短，并使原来的的悬臂抗滑桩悬臂抗滑桩，变成了一，变成了一端近似铰接另一端近似弹端近似铰接另一端近似弹性固端的一种性固端的一种梁式结构梁式结构。滑动面滑动面滑动体滑动体坡面坡面锚索锚索锚固体锚固体抗滑桩抗滑桩8.3.1 预应力锚索抗滑桩的应用原因预应力锚索抗滑桩的应用原因v一般抗滑桩一般抗滑桩：桩身内力大，且最大抗力发生在滑面的：桩身内力大，且最大抗力发生在滑面的附近，造成桩身截面过大，抗滑桩锚固段长度为整个附近，造成桩身截面过大，抗滑桩锚固段长度为整个桩长的桩长的l/32/5；v预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩：使抗滑桩单纯锚固的特点得到了：使抗滑桩单纯锚固的特点得到了改善，在桩顶使用预应力锚索施加与位移相反的反向改善，在桩顶使用预应力锚索施加与位移相反的反向力控制桩顶位移，使抗滑桩的受力更合理，可大幅度力控制桩顶位移，使抗滑桩的受力更合理，可大幅度减少桩身内力、桩的横截面及埋置深度，达到了节省减少桩身内力、桩的横截面及埋置深度，达到了节省材料和降低造价的目的。材料和降低造价的目的。8.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点v抗滑桩抗滑桩属于属于被动受力结构被动受力结构。抗滑桩工程完工后，并不立即起支挡作用，只有抗滑桩工程完工后，并不立即起支挡作用，只有滑坡推力作用在桩上，使桩产生位移和变形，形滑坡推力作用在桩上，使桩产生位移和变形，形成地基反力产生抵抗力矩时，才阻止滑坡的进一成地基反力产生抵抗力矩时，才阻止滑坡的进一步滑动，这种受力机制，对任何需要治理的滑坡，步滑动，这种受力机制，对任何需要治理的滑坡，特别是滑坡体上或前缘处有重要的建筑物时，都特别是滑坡体上或前缘处有重要的建筑物时，都不能很快地阻止滑坡变形、开裂。不能很快地阻止滑坡变形、开裂。8.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点v预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩则属于则属于主动式受力结构主动式受力结构。先给锚索施加预应力，实质上是给滑坡主动施加先给锚索施加预应力，实质上是给滑坡主动施加了一个阻止其下滑的外力，可立即阻止滑坡的活了一个阻止其下滑的外力，可立即阻止滑坡的活动，稳定滑坡体。动，稳定滑坡体。图图8-3 抗滑桩和预应力锚索抗滑桩结构与弯距分布抗滑桩和预应力锚索抗滑桩结构与弯距分布 普通抗滑桩力学模式类似于锚普通抗滑桩力学模式类似于锚固于滑床上的固于滑床上的悬臂梁悬臂梁，计算得，计算得到的到的桩身弯矩、剪力以及桩水桩身弯矩、剪力以及桩水平位移平位移都相对较大，使用该支都相对较大，使用该支挡结构时的桩身截面尺寸也很挡结构时的桩身截面尺寸也很大，配筋量也十分可观。大，配筋量也十分可观。预应力锚索抗滑桩：预应力锚索抗滑桩：力学模式等价于力学模式等价于简支梁或其它超简支梁或其它超静定结构静定结构。由于约束的增加，使得桩的位移控制相对。由于约束的增加，使得桩的位移控制相对容易许多，进而使得桩身内力在一定程度上大大降低。容易许多，进而使得桩身内力在一定程度上大大降低。其受力和变形状况都得到一定的改善。受力状态更加其受力和变形状况都得到一定的改善。受力状态更加合理合理8.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点 根根据据两两者者之之间间的的对对比比可可看看出出两两者者之之间间的的受受力力状状况况的的不不同同，由由于于预预应应力力锚锚索索抗抗滑滑桩桩在在上上端端设设置置锚锚索索变变成成了了近近似似一一端端铰铰接接一一端端固固定定的的梁梁式式结结构构，锚索桩锚索桩最大弯矩最大弯矩的大小、位置与锚索施加预应力的大小有关。的大小、位置与锚索施加预应力的大小有关。如如考考虑虑滑滑坡坡推推力力为为矩矩形形分分布布，不不考考虑虑桩桩身身土土体体抗抗力力，则则悬悬臂臂杆杆件件的的最大弯矩在固定端，其最大弯距为最大弯矩在固定端，其最大弯距为 而而简支梁结构简支梁结构的最大弯矩在梁跨中部，其最大弯距为的最大弯矩在梁跨中部，其最大弯距为 而而预预应应力力锚锚索索抗抗滑滑桩桩的的受受力力情情况况则则介介入入这这两两者者之之间间，其其最最大大弯弯矩矩比比悬臂桩的最大弯矩值小，且位置也高，桩身内力发生了根本的变化。悬臂桩的最大弯矩值小，且位置也高，桩身内力发生了根本的变化。8.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点 滑滑动动面面以以上上锚锚索索桩桩身身外外侧侧受受拉拉，而而抗抗滑滑桩桩则则桩桩身身内内侧侧受受拉，从而使桩身拉，从而使桩身受力钢筋受力钢筋分别布置在不同的受拉面。分别布置在不同的受拉面。预预应应力力锚锚索索抗抗滑滑桩桩在在桩桩顶顶施施加加了了与与滑滑坡坡推推力力相相反反的的支支撑撑力力，所所以以桩桩在在滑滑面面以以下下所所受受侧侧向向反反力力之之和和等等于于滑滑坡坡推推力力减减去去锚索提供相同方向的拉力。锚索提供相同方向的拉力。预预应应力力锚锚索索通通过过对对置置于于滑滑面面以以下下稳稳定定岩岩土土层层中中的的锚锚固固段段施施加加预预应应力力来来平平衡衡滑滑坡坡中中一一部部分分下下滑滑力力，受受力力条条件件好好，施施工工也较为方便。也较为方便。8.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点 这这样样，预预应应力力锚锚索索抗抗滑滑桩桩的的受受力力情情况况决决定定了了它它的的截截面面相相对对变变小小，桩桩长长变变短短，配配筋筋量量也也变变少少，而而且且可可通通过过调调整整预预应应力力大大小小来控制桩顶位移。来控制桩顶位移。滑动面滑动面滑动体滑动体坡面坡面锚索锚索锚固体锚固体抗滑桩抗滑桩8.4 预应力锚索抗滑桩设计预应力锚索抗滑桩设计v8.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v8.4.1 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚索拉力计算v8.4.2 桩身内力计算桩身内力计算v8.4.3 预应力锚索参数设计计算预应力锚索参数设计计算8.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v一般情况下，预应力锚索抗滑桩用于整治滑动面较深、一般情况下，预应力锚索抗滑桩用于整治滑动面较深、且推力大的大型滑坡。它的设置应保证滑体不越过桩且推力大的大型滑坡。它的设置应保证滑体不越过桩顶，或从桩间滑走，并不产生新的深层滑坡。顶，或从桩间滑走，并不产生新的深层滑坡。它的设计包括两部分：它的设计包括两部分：v桩体的设计桩体的设计和和预应力锚索的设计预应力锚索的设计。目前抗滑桩在国内滑坡整治的应用比较多，但目前抗滑桩在国内滑坡整治的应用比较多，但仅有个别桩产生破坏的实例，尚未出现整个工仅有个别桩产生破坏的实例，尚未出现整个工程失败的先例，这种措施在整治滑坡是非常有程失败的先例，这种措施在整治滑坡是非常有效的。效的。但这并不意味着抗滑桩的设计理论已经很成熟但这并不意味着抗滑桩的设计理论已经很成熟和完善，和完善，抗滑桩的抗滑能力发挥程度以及其设抗滑桩的抗滑能力发挥程度以及其设计是否经济合理，仍旧是一个继续值得大力研计是否经济合理，仍旧是一个继续值得大力研究的问题究的问题。关于抗滑桩桩体设计的问题关于抗滑桩桩体设计的问题某抗滑桩加固滑坡工程实例某抗滑桩加固滑坡工程实例：遇特大连续降雨遇特大连续降雨-后级滑坡后级滑坡-前后两级滑坡同时滑动前后两级滑坡同时滑动-以大出设计滑坡推力以大出设计滑坡推力1倍左右倍左右的推力作用到抗滑桩上的推力作用到抗滑桩上-导致抗滑桩导致抗滑桩向前倾斜了一个很大的角度向前倾斜了一个很大的角度-认为工程可能失败认为工程可能失败-但事实上并未破坏但事实上并未破坏当抗滑桩倾斜后，既未出现断桩现象，桩身也未继续变位向前倾当抗滑桩倾斜后，既未出现断桩现象，桩身也未继续变位向前倾斜，并在这种状态下抗滑桩又重新稳定下来，挡住了前后两级滑斜，并在这种状态下抗滑桩又重新稳定下来，挡住了前后两级滑坡，滑坡体上的裂缝也逐渐挤密闭合。至今已有近坡，滑坡体上的裂缝也逐渐挤密闭合。至今已有近20年了，滑坡年了，滑坡一直处于稳定状态。一直处于稳定状态。关于抗滑桩桩体设计的问题关于抗滑桩桩体设计的问题大多数抗滑桩结构安全系数过大，设计偏于保大多数抗滑桩结构安全系数过大，设计偏于保守，结构抗剪能力远没有充分发挥。因此现有守，结构抗剪能力远没有充分发挥。因此现有抗滑桩结构设计还有待于进一步改进和完善。抗滑桩结构设计还有待于进一步改进和完善。8.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v预应力锚索抗滑桩的设计应遵循以下原则：预应力锚索抗滑桩的设计应遵循以下原则：（1）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度和变形特征；和变形特征；（2）预应力锚索抗滑桩设计应合理；）预应力锚索抗滑桩设计应合理；（3）设计还应考虑两种受力情况；）设计还应考虑两种受力情况；（4）设计荷载包括作用于预应力锚索抗滑桩上的）设计荷载包括作用于预应力锚索抗滑桩上的外力。外力。8.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v（1）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度和变形特征）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度和变形特征确定该桩为刚性桩还是弹性桩；确定该桩为刚性桩还是弹性桩；滑动面的性状；滑坡近期内是否活跃，它的滑动面的性状；滑坡近期内是否活跃，它的C C、值大小的值大小的确定；确定；计算滑坡推力的大小及桩身内力的计算；计算滑坡推力的大小及桩身内力的计算；桩间距及其它不利因素：桩的位置应设在滑坡体较薄，锚桩间距及其它不利因素：桩的位置应设在滑坡体较薄，锚固段地基强度较高的地段，其平面布置、桩间距（固段地基强度较高的地段，其平面布置、桩间距（6 610 10 m m）、桩长及截面尺寸等的确定，应综合考虑，达到经济合）、桩长及截面尺寸等的确定，应综合考虑，达到经济合理。理。8.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v（1）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度和变形特征）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度和变形特征此外，还需考虑锚索拉力和预应力的确定、锚索的空间布此外，还需考虑锚索拉力和预应力的确定、锚索的空间布置、锚索孔的倾角、锚索的应力松驰与徐变、锚索的防锈、置、锚索孔的倾角、锚索的应力松驰与徐变、锚索的防锈、锚固方法与强度计算等。锚固方法与强度计算等。8.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v（2）预应力锚索抗滑桩设计应合理）预应力锚索抗滑桩设计应合理当桩承受设计滑坡推力时，锚索当桩承受设计滑坡推力时，锚索拉力应达到设计拉力值。拉力应达到设计拉力值。若锚索设计拉力太小若锚索设计拉力太小，则锚索起，则锚索起不到不到“支点支点”作用，桩顶位移得作用，桩顶位移得不到控制，锚索只能起一新加的不到控制，锚索只能起一新加的较小力作用在桩顶，虽可减小桩较小力作用在桩顶，虽可减小桩身内力，大部分滑坡推力仍通过身内力，大部分滑坡推力仍通过桩身传递到滑床，桩身受力状态桩身传递到滑床，桩身受力状态未脱离抗滑桩受力状态。未脱离抗滑桩受力状态。若锚索设计拉力太大若锚索设计拉力太大，当桩身承，当桩身承受最大滑坡推力时，锚索拉力达受最大滑坡推力时，锚索拉力达不到设计值而造成浪费，并且给不到设计值而造成浪费，并且给锚索的施工工艺和实施带来很大锚索的施工工艺和实施带来很大的困难。的困难。滑动面滑动面滑动体滑动体坡面坡面锚索锚索锚固体锚固体抗滑桩抗滑桩8.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v（3）设计还应考虑两种受力情况）设计还应考虑两种受力情况一是桩身受一是桩身受锚索预应力锚索预应力和和桩侧土弹性抗力桩侧土弹性抗力作用，作用，滑坡推力滑坡推力作为均布荷载作用在桩上，可用普通的地基系数法计算全作为均布荷载作用在桩上，可用普通的地基系数法计算全桩的内力和位移；桩的内力和位移；二是桩受二是桩受滑坡推力滑坡推力、桩前剩余抗滑力桩前剩余抗滑力、锚索拉力锚索拉力、桩侧土桩侧土弹性抗力弹性抗力的作用，按最不利组合计算桩身内力和位移。的作用，按最不利组合计算桩身内力和位移。在实际应用中应具体情况具体分析，采用其中的一种受力在实际应用中应具体情况具体分析，采用其中的一种受力情况来分析和设计。情况来分析和设计。8.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v（4）设计荷载包括作用于预应力锚索抗滑桩的外力）设计荷载包括作用于预应力锚索抗滑桩的外力可计算的可计算的滑坡推力滑坡推力，桩前滑体抗力桩前滑体抗力（指滑动面以上桩前土（指滑动面以上桩前土体对桩的反力），体对桩的反力），桩锚固段地层抗力桩锚固段地层抗力，锚索预应力锚索预应力。桩侧摩阻力、粘聚力及桩身自重和桩底反力可不列入计算。桩侧摩阻力、粘聚力及桩身自重和桩底反力可不列入计算。v在预应力锚索抗滑桩的设计计算中，在预应力锚索抗滑桩的设计计算中，锚索设计拉力锚索设计拉力的确定是该的确定是该计算中最重要的一点，一旦设计拉力确定了，其它的设计计算计算中最重要的一点，一旦设计拉力确定了，其它的设计计算都可确定。都可确定。预应力锚索抗滑桩这一新型桩锚结构虽然已在预应力锚索抗滑桩这一新型桩锚结构虽然已在工程中大量应用，但其工程中大量应用，但其设计计算理论研究远远设计计算理论研究远远滞后于工程应用滞后于工程应用。目前各滑坡治理部门及设计单位一般按照各自目前各滑坡治理部门及设计单位一般按照各自的计算方法并结合工程经验来进行设计，的计算方法并结合工程经验来进行设计，设计设计计算方法差别较大计算方法差别较大，治理效果也各异。，治理效果也各异。关于预应力锚索抗滑桩设计的问题关于预应力锚索抗滑桩设计的问题目前在实际工程中往往作目前在实际工程中往往作一定程度的简化一定程度的简化，但是由不合，但是由不合理的简化也带来了一定的误差。理的简化也带来了一定的误差。例如，将例如，将锚索预应力作为已知力加载在桩上锚索预应力作为已知力加载在桩上，并按一般，并按一般力学方法计算这些力在滑动面处引起的弯矩和剪力，由力学方法计算这些力在滑动面处引起的弯矩和剪力，由此计算抗滑桩锚固段的内力分布。此计算抗滑桩锚固段的内力分布。而实际上，从施加的预应力到由于滑坡推力的作用而使而实际上，从施加的预应力到由于滑坡推力的作用而使得锚索受力进一步增加，得锚索受力进一步增加，锚索经历了弹性拉伸锚索经历了弹性拉伸(假定锚假定锚索在弹性范围内工作索在弹性范围内工作)，而桩身位移则经历了向坡体内，而桩身位移则经历了向坡体内位移转为坡体外位移的过程。位移转为坡体外位移的过程。所以将锚索力作为一个固定力来处理忽略了锚索的弹性所以将锚索力作为一个固定力来处理忽略了锚索的弹性变形过程，变形过程，没有考虑锚索和抗滑桩之间的变形协调以及没有考虑锚索和抗滑桩之间的变形协调以及岩土体的相互作用岩土体的相互作用。关于预应力锚索抗滑桩设计的问题关于预应力锚索抗滑桩设计的问题8.4.2 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚索拉力计算v应满足的几个假定：应满足的几个假定：1.土体对桩身的作用力是线弹性的土体对桩身的作用力是线弹性的,且沿桩身均匀分布且沿桩身均匀分布;2.桩身、其它部件、土体在张拉及整个工作阶段呈线弹性桩身、其它部件、土体在张拉及整个工作阶段呈线弹性;3.滑动面是确定的滑动面是确定的,且在整个工作期间不会改变且在整个工作期间不会改变;4.所研究的滑坡可以简化为平面应变问题所研究的滑坡可以简化为平面应变问题;5.桩的嵌入部分的受力仍可按悬臂桩的嵌入部分计算桩的嵌入部分的受力仍可按悬臂桩的嵌入部分计算.8.4.2 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚索拉力计算v（1）滑坡推力的确定）滑坡推力的确定对于一个需要整治的滑坡，首先必须确定其滑对于一个需要整治的滑坡，首先必须确定其滑坡推力，根据滑坡特性，计算出极限平衡状态坡推力，根据滑坡特性，计算出极限平衡状态下滑坡推力曲线，取一定安全系数下滑坡推力曲线，取一定安全系数Fs1.051.25，确定设计滑坡推力曲线，据此定出抗滑桩，确定设计滑坡推力曲线，据此定出抗滑桩的位置的位置;同时应考虑该处滑坡体较薄，且锚固段应设置同时应考虑该处滑坡体较薄，且锚固段应设置在较好的地层，锚索的设置也适宜，不能太长。在较好的地层，锚索的设置也适宜，不能太长。锚索和桩的位置定好后，该处的下滑推力可根锚索和桩的位置定好后，该处的下滑推力可根据设计滑坡推力曲线确定其大小。据设计滑坡推力曲线确定其大小。8.4.2 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚索拉力计算v（1）滑坡推力的确定）滑坡推力的确定已知滑动面、地基地层性质、桩身材料等，根已知滑动面、地基地层性质、桩身材料等，根据经验拟定选择桩截面尺寸、桩间距。据经验拟定选择桩截面尺寸、桩间距。桩的锚固段大至为桩长的桩的锚固段大至为桩长的1/3l/5，锚索锚固段，锚索锚固段必须在滑动面以下的稳定岩层中，其长度根据必须在滑动面以下的稳定岩层中，其长度根据计算结果确定。计算结果确定。调整锚索直径及股数，使其受力最为合理。调整锚索直径及股数，使其受力最为合理。8.4.2 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚索拉力计算v（2）锚索拉力计算）锚索拉力计算v预应力锚索抗滑桩为一超静定结构，预应力锚索抗滑桩为一超静定结构，将桩与锚索视为一个整体，桩简化为将桩与锚索视为一个整体，桩简化为受横向变形约束的弹性地基梁，根据受横向变形约束的弹性地基梁，根据位移变形协调原理，按地基系数法确位移变形协调原理，按地基系数法确定锚索拉力及桩身内力。定锚索拉力及桩身内力。v如图所示，土压力按最常用的三角形如图所示，土压力按最常用的三角形及矩形两种考虑，锚索拉力按弹性支及矩形两种考虑，锚索拉力按弹性支座考虑。假定锚索与桩变形协调，即座考虑。假定锚索与桩变形协调，即锚索伸长量等于锚索作用点处桩的位