岩体抗滑桩课程设计.doc

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 土木 06
指导老师： 工作单位： 土木工程与建筑学院
题目：滑坡治理抗滑桩设计（24）
初始条件：
本课程设计初始条件包括滑坡计算剖面图及条分图、滑坡岩土计算物理力学参数和滑坡目前的稳定性系数以及设计安全系数。具体详见指导老师所给的设计资料（附件1）。

要求完成的主要任务：
（1）滑坡推力计算及推力曲线绘制，确定抗滑桩设计荷载；（2）抗滑桩内力计算并绘制内力图；（3）抗滑桩配筋计算；（4）抗滑桩结构设计绘图；（5）编制设计说明书。本次课程设计要求完成的主要任务及要求详见指导老师所给的设计资料（附件1及附件2）。
时间安排：

序号
设计内容
所用时间
1
岩体工程课程设计讲解
09.01.11
2
阅读岩体工程课程设计技术指导书和相关参考资料内容
09.01.11
3
传递系数法计算及抗滑桩受力荷载的确定
09.01.12
4
抗滑桩内力计算
09.01.12
5
抗滑桩配筋计算
09.01.13
6
出设计图纸
09.01.14
7
编制课程设计说明书
09.01.15
8
课程设计答辩
09.01.15
合计
5天(1周)

指导老师签名： 年 月 日

系主任（或责任老师）签名： 年 月 日

抗滑桩工程设计（24）

目录
1 设计基础资料及任务要求
1.1设计基础资料（初始条件）……………………………………………..3
1.2设计任务…………………………………………………………………..3
1.3设计要求…………………………………………………………………..4
2桩身推力计算
2.1传递系数法计算原理…………………………………………………….4
2.2剩余下滑力计算………………………………………………………….5
2.3计算结果整理…………………………………………………………….6
3 桩身内力计算
3.1抗滑桩设计资料…………………………………………………………..7
3.2抗滑桩的规划设计………………………………………………………..7
3.3外力计算…………………………………………………………………..7
3.4受荷段桩身内力计算……………………………………………………..8
3.5锚固段桩身内力计算……………………………………………………..8
3.6桩的内力状况图…………………………………………………………...10
4 抗滑桩配筋计算
4.1配筋计算的基本资料……………………………………………………..11
4.2抗弯正截面计算…………………………………………………………..12
4.3受拉钢筋的不等长配置…………………………………………………..13
4.4斜截面抗剪计算…………………………………………………………..13
4.5设计标准及参考资料……………………………………………………..14
5 附图
附图1…………………………………………………….…抗滑桩纵向配筋图
附图2……………………………………………………....抗滑桩横向配筋图

1 设计基础资料及任务要求
1.1 设计基础资料（初始条件）
某滑坡剖面图如下图所示，已知天然状态下其安全系数。根据工程需求，拟采用抗滑桩对该滑坡进行加固治理，使其安全系数达到。滑坡推力计算参数见表1。G为条块的重量，和分别为滑面的粘聚力和内摩擦角，为条块滑面长，为条块滑面与水平面的夹角。

图1 某滑坡剖面图

表1 滑坡推力计算参数
条块编号
（KN）
(KPa）
(º)
(m)
(º)
①
1320
19
18.4
33
39
②
5380
17.5
19
46
34
③
4950
16.8
18.3
38
21
④
1760
17.2
16.5
24
19
⑤
1540
16.4
17.2
31
22
⑥
1060
17.5
18
20
17

1.2 设计任务
拟在第⑥滑块处布置一排抗滑桩。桩长18m，其中嵌岩段6m，桩间距4m；桩截面采用矩形，截面尺寸为1×2m2（短边垂直于滑向）。抗滑桩由钢筋混凝土现浇而成，混凝土标号采用C25，受力主筋采用HRB335钢筋，箍筋采用HRB235钢筋。由表4提供的滑坡推力计算参数计算滑坡第⑥滑块处的滑坡推力，滑坡推力按三角形分布。抗滑桩前、后滑体厚度基本相同，桩身内力计算采用弹性桩K法，K＝450MN/m3。试根据以上条件进行抗滑桩的结构设计。K法的影响函数值见附表。

1.3 设计要求
根据课堂所学内容，查阅相关资料完成抗滑桩的结构设计，要求设计思路清晰、方法选用正确。设计成果应该包括：设计说明书（包括详细计算过程、以及抗滑桩弯矩、剪力分布图等）和设计图纸（包括抗滑桩纵向配筋图一张（A3图幅）和抗滑桩横截面配筋图一张（A3图幅））。

2 桩身推力计算
2.1传递系数法计算原理
按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002），滑坡推力（单位滑坡宽度推力）采用传递系数法计算，计算模型如图2所示：
W
i
E
i
E
i-11
T
i
l
i
N
i
i
i-111

图2 传递系数法条分计算模型
计算公式为：
式中：为第条块的滑坡推力（KN），方向平行于滑动面；
为第条块的滑坡推力（KN），方向平行于第滑块的滑动面， 当<0时不考虑，取=0；
；
为作用于第条块滑动面上的滑动分力（KN），；
为作用于第条块滑动面上的抗滑分力（KN），；
为传递系数，；
为滑动安全系数；
为第滑块的自重重力(KN)；
为第滑块滑面与水平面的夹角(º)；从水平面开始，顺时针为负，逆时针为正；

为第滑块滑面与水平面的夹角(º)；从水平面开始，顺时针为负，逆时针为正；为第滑块滑面处的内摩擦角(º)；
为第滑块滑面处的粘聚力(KPa)；
为第滑块滑面处的滑面长度(m)。

2.2 剩余下滑力计算
按照2.1中所述的计算方法，笔者分别计算了K=1.15和K=1.25两种情况下各个滑块的剩余下滑力，计算过程如下：

所以：

2.3 计算结果的整理
笔者将两中情况下的计算结果整理出来，具体情况见表2。
表2 各个滑块剩余下滑力计算结果（KN）
滑块编号
①
②
③
④
⑤
⑥
K=1.15
0.0
1118.9
808.3
623.9
346.2
12.1
K=1.25
70.1
1487.6
1389.4
1184.7
973.0
649.8

图3 滑坡推力曲线
根据上面表格的计算结果，笔者绘制出两种情况下的推力曲线，如图3.
笔者将在第6号滑块处布置一排抗滑桩，故滑坡推力值为：
3 桩身内力计算
3.1 抗滑桩设计资料
抗滑桩长18m，其中嵌岩段6m，桩间距4m；桩截面采用矩形，截面尺寸为1×2m2（短边垂直于滑向）。由表4提供的滑坡推力计算参数计算滑坡第⑥滑块处的滑坡推力，滑坡推力按三角形分布。抗滑桩前、后滑体厚度基本相同，桩身内力计算采用弹性桩K法，K＝450MN/m3。试根据以上条件进行抗滑桩的结构设计。
3.2 抗滑桩的规划设计
桩：全长18m，其中受荷段h1=12m,锚固段h2=6m；
桩间距（中至中）：S=4m；
桩截面面积：
桩截面惯性矩：；
桩截面模量：；
桩的混凝土（C25）弹性模量：；
桩的抗弯刚度：；
桩的计算宽度：=b+1=2m；
桩的变形系数：；
桩的计算深度： 属弹性桩；
桩底边界条件：按自由端考虑。
3.3 外力计算
每根桩上承受的滑坡推力：
。
因为滑坡推力按三角形分布，
所以可以求出:

图4 抗滑桩荷载分布图
荷载、桩尺寸如上图所示。
3.4 受荷载段桩身内力计算
剪力
（1） 弯矩
各截面计算结果见表3。
表3 受荷载段桩身内力表
y(m)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

0
18
72
162
288
450
648
882
1152
1458
1800
2178
2592

0
6
48
162
384
750
1296
2058
3072
4374
6000
7986
10368

3.5 锚固段桩侧应力和桩身应力计算
对于桩底

则：

那么，滑动面以下桩身任一截面的变位和内力的计算公式：

根据以上这些公式和方法，笔者分别计算了抗滑桩锚固段的弯矩、剪力以及侧向应力，计算公式见于表4、表5和表6。

表4 弯矩计算表
y

0
0.00
1.0000
0.0000
0.0000
0.0000
10368
0.3
0.10
1.0000
0.0990
0.0049
0.0002
10951
0.45
0.15
0.9999
0.1485
0.0110
0.0005
11108
0.5
0.17
0.9999
0.1650
0.0136
0.0007
11142
0.6
0.20
0.9997
0.1980
0.0196
0.0013
11184
0.7
0.23
0.9995
0.2310
0.0267
0.0021
11194*
0.9
0.30
0.9987
0.2969
0.0441
0.0044
11122
1
0.33
0.9980
0.3299
0.0544
0.0060
11045
1.5
0.50
0.9900
0.4940
0.1224
0.0202
10310
2
0.66
0.9684
0.6558
0.2173
0.0479
9140
2.5
0.83
0.9229
0.8123
0.3386
0.0934
7706
3
0.99
0.8403
0.9583
0.4848
0.1610
6152
3.5
1.16
0.7047
1.0866
0.6538
0.2546
4599
4
1.32
0.4977
1.1870
0.8419
0.3778
3151
4.5
1.49
0.1989
1.2458
1.0433
0.5332
1898
5
1.65
-0.2136
1.2463
1.2498
0.7224
919
5.5
1.82
-0.7621
1.1679
1.4502
0.9453
289
6
1.98
-1.4683
0.9862
1.6296
1.1998
0
注：标*处为弯矩最大值

表5 剪力计算表
y

y

0
0.00
2592
2
0.66
-2657
0.3
0.10
1329
2.5
0.83
-3033
0.45
0.15
770
3
0.99
-3144*
0.5
0.17
593
3.5
1.16
-3032
0.6
0.20
256
4
1.32
-2729
0.7
023
-62
4.5
1.49
-2258
0.9
0.30
-642
5
1.65
-1633
1
0.33
-904
5.5
1.82
-862
1.5
0.50
-1966
6
1.98
0
注：标*处为剪力最大值

表6 侧向应力计算表
y

y

0
0.00
0.00512
2304
2
0.66
0.00118
531
0.3
0.10
0.00438
1971
2.5
0.83
0.00053
239
0.45
0.15
0.00403
1813
3
0.99
-0.00002
-8
0.5
0.17
0.00392
1762
3.5
1.16
-0.00048
-216
0.6
0.20
0.00369
1662
4
1.32
-0.00088
-398
0.7
0.23
0.00348
1564
4.5
1.49
-0.00124
-560
0.9
0.30
0.00306
1377
5
1.65
-0.00158
-710
1
0.33
0.00286
1287
5.5
1.82
-0.00190

-855
1.5
0.50
0.00195
878
6
1.98
-0.00222
-997*
注：标*处为侧向应力最大值

3.6 桩的受力状况图

根据3.4所求的受荷段内力值和3.5所求的锚固段内力值，作出抗滑桩全段的受力状况如图5、图6及图7所示。

图5 抗滑桩弯矩图

图6 抗滑桩剪力图

经检验，侧应力满足条件：

故，可以根据所求得的内力图进行抗滑桩的配筋计算，计算过程和结果将在下一节中进行说明和罗列。

4 抗滑桩配筋计算
4.1 配筋计算的基本资料

4.2 抗弯正截面计算

图8 抗滑桩材料图

现已知和，因此可以求解出。

4.3 受拉钢筋的不等长布置
由抗滑桩的弯矩图可以发现，并不是每一处的弯矩都是很大的，弯矩的分布具有一定的集中性，为了节约钢材，受拉钢筋采用不等长布置，具体情况见图8。
截断点的位置在图8中给出，其中考虑了钢筋的锚固长度。
这样，抗滑桩的正截面抗弯计算基本上完成了，在下面将要进行斜截面抗剪的计算内容。
4.4 斜截面抗剪计算

根据抗滑桩剪力图可知，桩上的剪力主要集中在12米左右及以下部分，而10米以上的大片区域内剪力很小。因此在剪力集中和较大的地方按上面的方式配置箍筋，而在12米以上的地方只按构造配筋即可满足抗剪要求，根据规范可以选用。
同时为了满足构造要求，在抗滑桩两侧各配置一组HRB235的构造筋，选用。
另外受力主筋每隔3米设置HRB235的加劲箍，选用钢筋为。
至此，抗滑桩的钢筋配置工作已经全部结束，钢筋的具体配置情况见于课程设计报告书的附图1和附图2。

4.5 设计标准及参考资料
（1）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
（2）《建筑桩基础技术规范》（JGJ94-94）
（3）《混凝土结构设计原理（第2版）》，沈蒲生编，高等教育出版社，2005.6
（4）《岩土工程勘察》，李智毅 唐辉明主编，中国地质大学出版社，2000.9
（5）《岩石力学与工程》，蔡美峰主编，科学出版社，2002