一種基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法與流程

本發(fā)明屬于滑坡防治技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

滑坡災(zāi)害是我國地質(zhì)災(zāi)害的主要類型之一，特別是“5.12”汶川地震之后，加之近年來極端天氣情況增多，尤其是極端強降雨增多，西部山區(qū)的滑坡災(zāi)害有顯著增多的情況。這類滑坡災(zāi)害通常具有突發(fā)性高，地形復(fù)雜、巖土體結(jié)構(gòu)松散，治理緊迫性程度高等特征，此類滑坡的防治工程施工環(huán)境復(fù)雜、惡劣，安全風(fēng)險高，諸多以往廣泛使用的工藝和技術(shù)在此類工程中無實施條件或者無法滿足應(yīng)急治理的要求。例如，由于滑坡巖土體結(jié)構(gòu)松散，傳統(tǒng)的人工挖孔抗滑樁存在較高的施工安全風(fēng)險，且由于施工進度受巖土體性質(zhì)影響較大，無法保障應(yīng)急治理的工期要求等。小口徑鉆孔組合抗滑樁技術(shù)，相比于傳統(tǒng)抗滑樁由于具有施工便利，成孔、成樁快速，施工安全等特點，越來越多的用于滑坡防治工程，但目前小口徑鉆孔組合抗滑樁技術(shù)設(shè)計方法尚不成熟，存在的主要問題是在設(shè)計時往往只考慮了樁體自身的承載能力，沒有充分考慮樁與樁間土體在橫向荷載作用下的共同作用，忽略了樁間土體的抗滑力，從而導(dǎo)致樁體設(shè)計缺乏經(jīng)濟合理性。

綜上所述，目前小口徑鉆孔組合抗滑樁技術(shù)設(shè)計方法在設(shè)計時往往只考慮了樁體自身的承載能力，沒有充分考慮樁與樁間土體在橫向荷載作用下的共同作用，忽略了樁間土體的抗滑力，因此在設(shè)計抗滑樁時，為了滿足抗滑承載力，不得不通過增大截面積，增加配筋等形式來提高樁體的承載力，從而導(dǎo)致樁體截面過大，配筋過高，設(shè)計缺乏經(jīng)濟合理性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法，旨在解決在設(shè)計抗滑樁時，為了滿足抗滑承載力，不得不通過增大截面積，增加配筋等形式來提高樁體的承載力，導(dǎo)致樁體截面過大，配筋過高的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法，所述一種基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法首先對滑坡進行巖土工程地質(zhì)勘查，確定小口徑組合抗滑樁布置位置，巖土體參數(shù)，計算滑坡剩余下滑力。然后基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法，先設(shè)定鉆孔組合抗滑樁的直徑；再根據(jù)滑坡巖土體性質(zhì)通過數(shù)值模擬分析計算形成土拱效應(yīng)的最優(yōu)距徑比，確定單樁之間的間距和排數(shù)，使樁與樁之間的間距滿足形成“土拱效應(yīng)”最佳距離。

進一步，小口徑鉆孔抗滑樁直徑d，利用數(shù)值模擬法，根據(jù)滑坡巖土體性質(zhì)計算最優(yōu)距徑比δ，根據(jù)L＝d×δ確定小口徑鉆孔組合抗滑樁單樁間距L；根據(jù)滑體厚度確定滑面以上樁長h，根據(jù)傳統(tǒng)抗滑樁設(shè)計經(jīng)驗，確定小口徑抗滑樁錨固段長度為h/3。

進一步，根據(jù)：

計算單樁荷載；式中：p為滑坡剩余下滑力；k為樁體計算寬度影響系數(shù)，一般取1～3；τ為樁土復(fù)合體抗剪應(yīng)力；γ為樁土復(fù)合體重度；φ為土體內(nèi)摩擦角；τ₂由計算，其中k_f抗滑土體安全系數(shù)。

進一步，小口徑樁單樁承載能力

進一步，

Q_max＜Q′，則滿足要求；

Q_max＜Q′，則單樁承載力不足，此時重新設(shè)定小口徑樁直徑，直至單樁承載力滿足荷載要求。

本發(fā)明提供的基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法，首先對滑坡進行巖土工程地質(zhì)勘查，確定小口徑組合抗滑樁布置位置，巖土體參數(shù)，計算滑坡剩余下滑力。然后基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法，先設(shè)定鉆孔組合抗滑樁的直徑；再根據(jù)滑坡巖土體性質(zhì)通過數(shù)值模擬分析計算形成土拱效應(yīng)的最優(yōu)距徑比，確定單樁之間的間距和排數(shù)，使樁與樁之間的間距滿足形成“土拱效應(yīng)”最佳距離，從而調(diào)動樁間土體的抗滑力，使樁間土體與小口徑抗滑樁共同發(fā)揮抗滑作用，提高整體抗滑能力，在同等配筋，同等截面情況下，該方法設(shè)計的小口徑組合抗滑結(jié)構(gòu)抗滑承載力能提高10％-40％。

本發(fā)明通過確定樁間土體形成“土拱效應(yīng)”的最優(yōu)距徑比?！巴凉靶?yīng)”通常表現(xiàn)為：土體間發(fā)生不均勻變形或位移，此時由于土體內(nèi)摩擦角及粘聚力的存在，土體間的位移或變形差異產(chǎn)生了摩擦阻力，增加了位移較小土體上的支撐壓力，而減少了位移較大土體上的支撐壓力，達到一種“避輕就重”的效果。因此，拱體形成處的土體剪應(yīng)力應(yīng)小于其抗剪強度?！巴凉靶?yīng)”也是土體調(diào)動自身抗剪強度的體現(xiàn)。在本發(fā)明中，小口徑樁布設(shè)位置處剛度較大，土體位移較小，在兩樁之間的土體，剛度較小，土體位移較大，因此相鄰兩樁之間的土體形成以樁為拱腳，樁間連線中點為拱頂?shù)耐凉?，調(diào)動了樁間土體的抗力，為滑坡提供一定的抗滑力。本發(fā)明利用最優(yōu)距徑比的概念，考慮樁間土體形成“土拱效應(yīng)”的最佳樁間距，從而充分利用樁間土體的抗滑能力，減少樁體結(jié)構(gòu)配筋或縮小抗滑結(jié)構(gòu)截面，通過實驗計算得出，考慮“土拱效應(yīng)”采用最優(yōu)距徑比設(shè)計合理樁間距，在同等截面，同樣配筋的情況下，小口徑組合抗滑結(jié)構(gòu)的抗滑力可以提高10％-40％，能較好的提高工程經(jīng)濟性；本發(fā)明采用經(jīng)驗取值設(shè)定樁徑，利用數(shù)值分析計算合理間距，通過理論計算校核可靠性，簡便可行，可用于突發(fā)滑坡災(zāi)害的應(yīng)急治理設(shè)計工作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的單樁承載力基本力系示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的單樁可選結(jié)構(gòu)斷面示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法包括以下步驟：

S101：對滑坡進行巖土工程地質(zhì)勘查，確定小口徑組合抗滑樁布置位置，巖土體參數(shù)，計算剩余下滑力，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定鉆孔組合抗滑樁的直徑；

S102：采用巖土數(shù)值模擬分析軟件進行數(shù)值模擬計算，根據(jù)滑坡巖土體性質(zhì)計算形成“土拱效應(yīng)”的最優(yōu)距徑比，從而確定單樁之間的間距和排數(shù)；

S103：通過理論計算校核樁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。

本發(fā)明實施例提供的基于最優(yōu)距徑比的小口徑鉆孔組合抗滑樁設(shè)計方法具體包括以下步驟：

S1：滑坡工程地質(zhì)勘查，結(jié)合滑坡巖土體性質(zhì)計算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)，確定小口徑組合抗滑樁布置區(qū)域，計算剩余下滑力。

S2：設(shè)定小口徑鉆孔抗滑樁直徑d，利用數(shù)值模擬法，根據(jù)滑坡巖土體性質(zhì)計算最優(yōu)距徑比δ，根據(jù)L＝d×δ確定小口徑鉆孔組合抗滑樁單樁間距L；根據(jù)滑體厚度確定滑面以上樁長h，根據(jù)傳統(tǒng)抗滑樁設(shè)計經(jīng)驗，確定小口徑抗滑樁錨固段長度為h/3。

S3：根據(jù)：

計算單樁荷載。式中：p為滑坡剩余下滑力；k為樁體計算寬度影響系數(shù)，一般取1～3；τ為樁土復(fù)合體抗剪應(yīng)力；γ為樁土復(fù)合體重度；φ為土體內(nèi)摩擦角；τ₂由下式計算，

其中k_f抗滑土體安全系數(shù)。

S4：校核小口徑樁單樁承載能力

S5：若Q_max≥Q′，則設(shè)計滿足要求，設(shè)計完成。

S6：若Q_max＜Q′，則單樁承載力不足，此時應(yīng)返回S2步驟，重新設(shè)定小口徑樁直徑，重復(fù)S2-S4步驟，直至單樁承載力滿足荷載要求。

上述步驟S2中，小口徑鉆孔抗滑樁的結(jié)構(gòu)組成由鋼管和混凝土砂漿兩部分構(gòu)成，其設(shè)計參數(shù)包括鋼管樁的直徑、樁長、樁間距、群樁的數(shù)量和平面布置形式等。小口徑鉆孔直徑一般小于300mm，施工方法采用風(fēng)動潛孔錘跟管鉆進，成孔后安置鋼管并拔出套管，鋼管作為壓力灌漿的花管，鋼管樁中部以下管壁設(shè)有小孔，灌漿一般采用水泥砂漿，孔徑開孔為8～12mm。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細的描述。

某石油管線滑坡，滑坡長150m，寬120m，滑體平均厚度5-8m，存在上下兩級滑面，體積約12萬m³，規(guī)模屬于中型?；禄瑒臃较驗?87°，下覆基巖產(chǎn)狀175°∠18°，總體判斷滑坡為典型中型緩傾順層基巖滑坡?；麦w物質(zhì)上部為第四系殘坡積(Q₄^el+dl)碎石土，下部為侏羅系沙溪廟組(J₂s)泥巖與泥質(zhì)粉砂巖互層。滑坡后緣高程468m，前緣高程424m，相對高差約44m，滑坡滑面初步判斷為泥巖內(nèi)部的軟弱面。坡體巖土體參數(shù)如下表1所示：

表1 滑坡巖土體計算參數(shù)

防治工程設(shè)計荷載組合及安全系數(shù)如下表2所示：

表2 防治工程設(shè)計荷載組合及設(shè)計安全系數(shù)

S1：根據(jù)巖土工程地質(zhì)勘察結(jié)果，計算工況Ⅱ條件下，滑坡主剖面剩余下滑力為421.764kN/m；

S2：根據(jù)經(jīng)驗選取直徑為150mm的小口徑抗滑樁，采用巖土數(shù)值模擬分析軟件，結(jié)合巖土體參數(shù)計算形成“土拱效應(yīng)”的最優(yōu)距徑比δ＝7.5，根據(jù)L＝d×δ確定小口徑鉆孔組合抗滑樁單樁間距L＝1.125。

S3：根據(jù)

計算單樁最大荷載為498.87kN；

S4：根據(jù)

校核單樁最大承載力為2207.8kN；

S5：Q_max≥Q′，該設(shè)計滿足抗滑承載力要求，設(shè)計完成。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。