双排抗滑桩的推力分担及优化设计

 大截面的双排抗滑桩具有复杂的受力特性。建立有限元模型,分析不同排距下双排桩对推力的分担,分析结果显示：双排桩上的推力总和要大于只设前排桩时的推力;当排距较小时,滑坡推力几乎全由后排桩承担,由于后排桩的遮蔽作用,前排桩达不到最佳抗滑效果,随着排距增加,前排桩分担的推力逐渐增加,当达到一定排距后,双排桩完全独立工作,各自承担一部分滑体,前后双排桩均达到最佳抗滑效果;并在推力分担、支挡后稳定系数的计算基础上,提出以双排桩的推力和、稳定系数和双排桩承担的推力差为目标,建立用于双排抗滑桩的多目标优化,优选出具有多种属性的双排抗滑桩的排距和推力分担。     

桩排距对双排抗滑桩内力的影响

双排桩结构具有复杂的受力特性。建立有限元模型,分析了不同桩排距条件下前后两排抗滑桩的受力状况。分析结果显示:桩排距越大,后排桩的弯矩和剪力也就越大,而前排桩的弯矩和剪力却越小。双排桩的前后两排桩不能同时发挥抗滑作用。随着桩排距增大,前排抗滑桩的抗滑效果越来越差;双排桩合并为单排桩,提高了抗滑桩的刚度,具有更强的抵抗滑坡体变形的能力,桩的受力也更加合理。当不得不采用双排桩时,应该选择适当的桩排距。另外,通过对浙江杭金衢高速公路K103滑坡双排桩应力与位移的监测分析发现,前排桩的应力与变形均小于后排桩,与有限元分析结果相吻合。     

变刚度悬臂式双排抗滑桩水平推桩模型试验研究

双排抗滑桩常用于加固大型滑坡,其中悬臂式双排抗滑桩由于施工便利,受到工程界广泛重视。已有研究表明,后排桩承受的滑坡推力大于前排桩,是困扰设计的重要问题。文章借鉴变刚度调平设计原理,通过改变前后排桩间距实现前后排桩刚度的调整,设计了变刚度悬臂式双排抗滑桩支护形式,并进行了室内水平推桩模型试验,得到桩顶及坡顶位移、桩身弯矩以及滑体内土压力分布。结果表明：水平推桩模式下,桩顶位移和桩身弯矩随荷载增大而增大,模型边坡沿着滑动面破坏,根据桩顶的荷载-位移曲线,双排桩在推力作用下的发展过程被划分为三个阶段;适度增大前排桩的桩间距并不会明显降低双排抗滑桩的临界荷载;采用变刚度调平设计悬臂式双排抗滑桩,前排作用被充分调动,前后排最大弯矩差值变小;双排抗滑桩存在明显的三维土拱效应,在推力方向上被划分为后排桩后土拱效应、桩排间土拱效应、前排桩前土拱效应,在深度方向上,滑体中部土拱效应与滑体下部有所不同;适度扩大前排桩的间距,桩排间土体保持稳定,未见土体绕流现象,桩排间土拱效应作用明显。     

锚固深度对双排抗滑桩力学性能影响

针对红岩滑坡双排抗滑桩施工过程中前、后排抗滑桩锚固深度的选取问题,基于FLAC3D程序,建立简化的双排抗滑桩数值计算模型,考虑桩、土相互作用,通过在滑坡体边界施加位移的方法模拟作用在抗滑桩上的水平推力,对前排和后排抗滑桩锚固深度变化时双排抗滑桩侧向位移、弯矩、剪力和抗滑力的变化规律进行研究,研究发现,前排或后排抗滑桩锚固深度的变化对双排抗滑桩的侧向位移、弯矩、剪力和抗滑力有显著影响,且该影响与所施加的边界位移有关。     

基坑双排斜桩模型试验研究

伴随着地下空间开发的开发,基坑开挖深度逐步加大,当开挖深度较大时,单排桩满足不了位移要求时,发展出双排直桩、斜直交替桩等新型支护形式,然而支护效果仍不够理想。为进一步优化基坑工程中的双排支护桩,增大其抗侧刚度,将桩设置为斜桩形成基坑双排斜桩。为了验证双排斜桩的支护效果,基于室内模型试验对双排斜桩在开挖与堆载作用下的桩顶位移和桩身弯矩进行监测,并与单排桩、双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩和常规排距前排倾斜双排桩进行对比。研究结果表明:(1)双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩、常规排距前排倾斜双排桩和双排斜桩的侧向刚度均优于单排桩;(2)当桩顶排距较小时,前后排形成的空间刚架作用不强,小排距前排倾斜双排桩承载力弱于双排直立桩,当桩顶排距与双排直立桩相同时,前排倾斜双排桩的桩顶位移增长速度比双排直立桩缓慢,承载力提高;(3)双排斜桩在开挖和堆载过程中,位移增长最为缓慢,桩身弯矩较小,相比单排桩、双排直立桩和前排倾斜双排桩有一定优势;(4)对5种工况的桩型布置进行排序,双排斜桩＞常规排距前排倾斜双排桩＞双排直立桩＞小排距前排倾斜双排桩＞单排桩。     

抗滑桩阻力上下限解法

基于工程上常用的Janbu普遍条分法(GPS)和剩余推力法,提出了确定单排或多排抗滑桩抗滑阻力的上、下限计算方法。该法假定桩前、桩后滑动土体具有不同的稳定性系数,或假定桩前、桩后滑动土体具有不同的剩余推力,并且抗滑桩承受的下滑力是水平距离的函数。对于单排桩,借助于下限法可以通过试算确定其设桩范围;对于多排桩,借助于上限法可以通过有限的组合枚举确定其最佳的配置。上、下限法的结合可以巨大降低计算量,同时又能满足工程精度要求。运用该方法还可以确定不宜设置抗滑桩的位置范围。文中的算例展示了该方法的具体运用过程。     

双排桩排距对围护结构的影响研究

通过对某城市基坑工程围护设计结果进行分析,研究了双排桩不同排距变化对排桩桩桩身内力及支锚轴力的影响规律,以及对基坑周边地表沉降的影响。结果表明,前排桩承受背土侧弯矩与剪力随双排桩排距的增加而增加;后排桩承受的弯矩随排距增加而增加,剪力随之减小;第1道锚索内力随双排桩排距的增加呈先增大后变小的趋势,内力变化较大,第2,3道锚索内力随双排桩排距增加而增加,增加趋势逐渐减小;周边地表沉降最大值随着双排桩排距的增加而先降低后增大,但是周边地表沉降范围不变。     

双排桩支护软粘土基坑开挖的有限元分析

双排桩支护结构是基坑围护结构的一种形式,但目前的分析方法无法考虑其与土体的共同作用。采用平面应变有限元方法研究了软粘土地基基坑开挖双排桩支护结构的性状,重点分析了桩土界面特性、前后排桩间距等因素对支护结构的内力和变形的影响。分析表明,当双排桩排距过小时,围护结构类似于悬臂式单排桩性质;当排距过大时,后排桩对前排桩起到类似拉锚桩的作用;只有当排间距为4d左右时,双排桩围护结构才能达到最好的效果。     

h形支挡结构的试验研究

h形支挡结构较常规抗滑桩不仅在抗弯刚度上具有明显优势，还能严格地控制桩顶位移。目前针对h形支挡结构支护的相关研究较少，为此进行了模型试验研究，分析前后桩排距B及前桩桩长L3这两个主要参数对h形支挡结构的桩顶位移、桩身弯矩、土压力及破坏模式的影响。研究表明，一定范围内增大前后桩排距B或前桩桩长L3都能减少桩顶水平位移；桩身弯矩最大值位于连系梁与后排桩连接处附近，且随前后桩排距B增大而增大，随前桩桩长L3增大而减小；开挖完成后后排桩桩后土压力接近于朗肯主动土压力；后排桩桩前土压力接近于静止土压力；前排桩桩后土压力在前后桩排距B较大时接近于朗肯主动土压力，而在排距B较小时接近于静止土压力；前排桩桩前土压力由静止土压力向朗肯被动土压力发展，分布为三角形加倒三角形组合分布模式。在前后桩排距B及前桩桩长L3影响下，h形支挡结构支护存在“V”字和“W”字两种破坏模式。研究结果可以为工程设计提供参考，同时为理论分析模型建立提供依据。     

双排桩支护基坑的变形分析与控制

针对双排桩支护结构的变形与控制,采用有限元软件Plaxis 3D对深基坑的开挖施工进行了数值模拟。以桩身水平位移和桩身弯矩为指标,研究了双排桩桩长和双排桩排距对支护效果的影响。研究表明,随着前排桩桩长的增大,前后排桩桩身位移均先减小,随后缓慢增大,并且前排桩的桩身位移大于后排桩的位移;随着后排桩桩长的增大,前后排桩桩身位移均减小直至趋于稳定,因此增大后排桩桩长能有效控制双排桩变形,但随着桩长的增大,这种控制效果越来越小;双排桩排距对双排桩的支护效果有显著的影响,双排桩前后排桩的水平位移随着排距的增大逐渐减小,并且后排桩的减小幅度更大。     

滑坡治理中抗滑桩设计推力计算探讨

滑坡推力是滑坡治理设计的重要依据。通过建立剩余推力法计算滑坡推力的力学模型,给出了在不同荷载作用下的滑坡剩余推力表达式;同时,深入探讨了抗滑桩设计推力的计算方法,该方法可用于指导抗滑桩的设计及应用。     

抗滑桩加固边坡变形破坏特性离心模型试验研究

抗滑桩加固边坡的增强作用与抗滑桩设置位置、桩头条件等密切相关,通过离心模型试验对不同桩位与桩头条件下采用抗滑桩加固边坡的变形破坏特性进行研究。试验表明,设在边坡中部的抗滑桩在边坡破坏前桩头水平位移最大,而在相同的破坏载荷作用下,设在中部的抗滑桩比设在上、下部以及桩头固定比桩头自由时边坡破坏后的位移矢量要小,这表明抗滑桩设边坡中部以及桩头固定对边坡土体的遮挡效果及边坡安全系数的提高最好。     

盾构直接切削大直径桩基的掘削参数研究

以苏州地铁盾构切削14根大直径桥梁群桩工程为依托,通过理论分析和开展盾构切削Φ1200钢筋混凝土桩基现场试验,系统研究掘削参数的变化特征和影响因素,并提出相应的掘削参数设置与控制方案。研究表明：刀盘切桩乃非全断面切削,实际切桩刀数呈现显著的波动性,是推力、扭矩变化特征的主控因素;推力、扭矩平均值与桩身宽度成线性正比相关,与桩基偏移距离总体呈反比减小趋势;由于切桩时推速、推力、扭矩均波动较大,盾构应增配小流量低速推进泵;作用于桩身的纯切桩推力、纯切桩扭矩仍近似与刀盘切深成线性正比关系。实践表明：在合理掘削参数下,盾构连续切削多根钢筋混凝土桩基是可行的。     

高陡岩质边坡上桥梁基桩模型试验研究

高陡岩质边坡上桥梁基桩的受力性状极为复杂,既要承受上部荷载,又要抵抗桩侧滑坡推力,具有承重与阻滑双重功能,且由于陡坡的存在,使得该类基桩与平地上无坡度的基桩在承载机理上存在明显差异。以竖向荷载下基桩挠曲微分方程为基础,采用方程分析法导出了高陡岩质边坡上桥梁桩基模型试验的相似准则,并以该准则为指导,开展陡坡桩基室内模型试验。通过室内试验得到了不同组合荷载及加载方式条件下基桩弯矩及桩顶水平位移的情况,探讨了该类桩受力性状,并获得基桩桩侧土压力、抗力分布形态及影响范围的情况,以助于更深入地了解陡坡上桥梁基桩的荷载传递机理,具有一定的理论和工程应用价值。     

A simplified approach for stability analysis of slopes reinforced with one row of embedded stabilizing piles

Embedded stabilizing piles are new anti-slide structures that are unlike traditional stabilizing piles. The pile heads are embedded at a certain depth below the surface of a slope. The piles do not need to support the thrust of the entire upslope sliding mass, and it is, therefore, possible to reduce the sliding thrust on the piles. The embedded depth of the pile heads is an important parameter to maximize the anti-sliding function. Based on an analysis of the stability mechanism of a reinforced landslide with one row of embedded stabilizing piles, a calculation method for the embedded depth of a pile head using limit equilibrium theory is proposed. The related calculation formula is derived in detail using the transfer coefficient method. The proposed method features a close correlation between the embedded depth of a pile head and the design factor of safety of a slope to be reinforced. Additionally, the method can quantitatively demonstrate the relationship that the factor of safety of the slope for the failure mode of the surpassing pile head decreases as the embedded depth of the pile head increases. For a given factor of safety, the range of the maximum bending moment, the maximum shear force on a pile and the lateral displacement at the pile head also can be approximately predicted. Several calculation examples that are closely related to practical engineering applications are examined to show the convenience and rationality of the proposed method. In addition, the theoretical analysis is compared with the results of the numerical simulation of an actual accumulation landslide control engineering project. The results further demonstrate that the proposed theoretical analysis method is reasonable and applicable.     

一种分析小桩距抗滑桩加固边坡稳定的新方法

讨论了基于塑性变形理论的桩侧极限侧压力计算公式的适用条件,发现当桩距较小时塑性变形理论不适用,由此分析出实际抗滑力与土坡位移有关,即与边坡稳定安全系数有关。建立了小桩距抗滑桩的侧压力计算公式,结合极限平衡条分法推导了小桩距抗滑桩加固边坡时安全系数的计算公式。结合某泵站工程边坡不同的设桩方案进行了计算,研究结果表明,利用抗滑桩加固边坡时,当桩距较小时采用本文的方法进行分析是合理的。     

抗滑桩治理效果影响因素的数值分析

抗滑桩治理滑坡具有抗滑能力大、支挡效果好、对滑坡扰动性小、施工安全、设桩位置比较灵活、以及能及时增加滑体抗滑力保证滑坡的稳定等优点,因此得到了广泛应用;但是其计算方法落后于工程实践,传统计算方法不能考虑桩土之间的共同作用,除能计算桩推力外,其他一些有用的设计参数都无法准确计算。该文基于有限元强度折减法,通过桩土接触面性状的模拟,充分考虑桩土之间的共同作用,并对影响抗滑桩治理效果的诸多因素,如:设桩位置、嵌岩深度、桩长、桩间距等进行了分析,为抗滑桩的设计与工程应用提供了一定依据。