1、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 预应力锚索与抗滑桩技术预应力锚索与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）风景区复杂地质条件复杂地质条件 （2）村庄附近）村庄附近人工扰动人工扰动 （3）公路边坡）公路边坡施工扰动施工扰动 （4）铁路边坡）铁路边坡施工扰动施工扰动 （5）建筑物滑动）建筑物滑动附加荷载附加荷载 目前除采用锚杆和锚索支护及挡墙技术外，较多目前除采用锚杆和锚索支护
2、及挡墙技术外，较多地采用了地采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 边坡加固和滑坡治理边坡加固和滑坡治理设计实例设计实例综合运用锚喷、抗滑桩、土钉、预应力锚索（杆）、挡墙等技术综合运用锚喷、抗滑桩、土钉、预应力锚索（杆）、挡墙等技术边坡加固和滑坡治理边坡加固和滑坡治理设计实例设计实例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
3、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。随着预应力锚索技术的引进和发展，在抗滑桩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的基础上出现了“预应力锚索抗滑桩技术预应力锚索抗滑桩技术”作为一种新型稳定边坡
4、技术，能够极大地节省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效果。因此，在边坡加固和滑坡治理工程中得到了很好地应用。了很好地应用。v应用概况：应用概况： 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，可集中在利于支挡滑坡部位。桩位设置灵活，可集中在利于支挡滑坡部位。8.2 抗
5、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，抗滑主要以扩大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题！可解决此问题！v应用效果：应用效果： 当滑动面较平缓且部位较浅时，可望取得较好的抗当滑动面较平缓且部位较浅时，可望取得较好的抗滑效果滑效果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
6、活，可以将桩设置在最有利于支挡滑抗滑力大、设桩地点灵活，可以将桩设置在最有利于支挡滑坡的部位；坡的部位；在挖掘桩孔的同时可以进行工程地质勘探，可同时进行原位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，施工比大试件剪切试验，为有效支挡滑坡体创造有利条件，施工比较方便等。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度的因此，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。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
7、滑坡的主要原因、范围、滑体厚度，分析其稳定搞清引起滑坡的主要原因、范围、滑体厚度，分析其稳定状态和发展趋势；状态和发展趋势； 根据滑坡工程地质剖面图及滑动面土、岩抗剪强度指标，根据滑坡工程地质剖面图及滑动面土、岩抗剪强度指标，计算滑坡推力；计算滑坡推力； 根据滑体各部位的滑坡推力大小和平盘施工条件，确定桩根据滑体各部位的滑坡推力大小和平盘施工条件，确定桩体在剖面上的位置和加固范围；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、桩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、桩体断面体锚固深度、桩体断面BpDp）间的函数关系，以抗滑工）间的函数关系
8、，以抗滑工程造价最低为目标，进行抗滑桩设计参数的优化，寻求最程造价最低为目标，进行抗滑桩设计参数的优化，寻求最优的设计参数。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：根据滑坡推力大小、地形及地层性质，拟定桩长、锚固深度、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。桩截面尺寸及桩间距。确定桩的计算宽度，并根据滑体地层性质，选定地基系数。确定桩的计算宽度，并根据滑体地层性质，选定地基系数。根据选定的地基系数及桩的截面形式、尺寸，计算桩的变形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
9、断按刚性桩或弹性桩来设计。系数及其计算深度，据此判断按刚性桩或弹性桩来设计。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、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、弯矩及其部位。内力及侧壁应力等，并计算最大剪力、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（Winkl
10、er）提提出的出的“弹性地基弹性地基”假说作为假说作为计算的理论基础。计算的理论基础。v“悬臂桩法悬臂桩法”设计方法设计方法因简便常用的设计方法。因简便常用的设计方法。 一般是先估算滑坡推力，并假定单桩承受一个桩间距一般是先估算滑坡推力，并假定单桩承受一个桩间距的滑坡推力；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式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。进行设计计算。 就是说把滑坡和抗滑桩分开考虑和计算。就是说把滑坡和抗滑桩分开考虑和计算。8.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v“悬臂桩法
11、悬臂桩法”特点特点： 由于计算方法是以温克勒弹性地基梁模型为理论依由于计算方法是以温克勒弹性地基梁模型为理论依据。因此。只适用于桩和土均处于弹性工作状态。据。因此。只适用于桩和土均处于弹性工作状态。 为了充分发挥桩前土体的抗力，允许抗滑桩有较大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性状态；的位移，这时抗滑桩与岩土体均已处于弹塑性状态； 且设计方法是把桩作为平面受力结构考虑的，而实且设计方法是把桩作为平面受力结构考虑的，而实际上抗滑桩在滑坡体中是一复杂的空间受力结构。际上抗滑桩在滑坡体中是一复杂的空间受力结构。 由此可见，该设计方法存在一定的局限性。由
12、此可见，该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2)(21yggMyyggQy)(414EIBKpdAAQM ;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，既要保证本身足够强度，又要保证桩抗滑桩在外力作用下，既要保
13、证本身足够强度，又要保证桩体不发生倾倒破坏。体不发生倾倒破坏。 为使桩体稳定，必须满足：为使桩体稳定，必须满足：v式中式中ymax为桩侧最大压应力，为桩侧最大压应力，MPa；为基岩极限承载为基岩极限承载能力，能力，MPa，按下式计算：，按下式计算：v式中式中K为岩层构造换算系数，为岩层构造换算系数，0.51.0；Cj为岩石裂隙、为岩石裂隙、风化折减系数，风化折减系数，0.30.5；R为岩石单轴抗压强度，为岩石单轴抗压强度，MPa。v 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maxyrjRCKv（3）桩体
14、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
15、土抗滑桩sppdKDBRM5 . 32gydgRDrMKA00max0021121ArwpydRDBMKA20max0v说明说明: : 根据选用钢筋或钢轨可确定其数量；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、还需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；混凝土受压区高度； 而后给出钢筋用量表，并绘制钢筋布置图。而后给出钢筋用量表，并绘制钢筋布置图。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
16、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。v它们不仅关系到工程的安全，而且这些参数还直接影响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。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，再用混凝土或水泥砂：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
17、，可适用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。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相：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。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边坡整体滑动时钢轨桩一般呈现两个相反方向边坡整体滑动时钢轨桩一般呈现两个相反方向弯曲弯曲变形变形：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
18、推推力方向。力方向。 随推力逐渐增大，这两个弯曲变形也逐渐加大，最终桩体随推力逐渐增大，这两个弯曲变形也逐渐加大，最终桩体呈现呈现三段破坏三段破坏。 当推力方向与桩体最大截面模数受力方向有一定交角时，当推力方向与桩体最大截面模数受力方向有一定交角时，桩体还出现桩体还出现扭转现象扭转现象。 随桩周围岩体强度增大，桩体中段的破坏长度逐渐缩短，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还存在还存在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
19、时，抗滑桩是受剪切剪切而破坏；而破坏； 如岩体沿软弱破碎带或弱层滑动，由于在滑面处如岩体沿软弱破碎带或弱层滑动，由于在滑面处出现塑性变形，因而桩体是受出现塑性变形，因而桩体是受弯曲弯曲而破坏；而破坏； 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；在计算钢轨桩抗滑力时，应研究现场地质情况；v有条件时还可进行现场桩体应力测试、模型试验等；有条件时还可进行现场桩体应力测试、模型试验等；v以分析桩体的应力状态和破坏形式；以分析桩体
20、的应力状态和破坏形式；v进而确定按进而确定按剪切或弯曲剪切或弯曲条件的计算方法。条件的计算方法。（2）钢轨抗滑桩的设计要求）钢轨抗滑桩的设计要求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
21、面不会产生新的滑面为条件。为条件。v当滑床岩体较完整，强度较大时，锚固深度可取小些。当滑床岩体较完整，强度较大时，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。应保证不会产生越过桩顶的滑坡。v但在一般情况下，为施工方便而使桩长能露出滑体表面。但在一般情况下，为施工方便而使桩长能露出滑体表面。这样也为地面观测造成方便条件。这样也为地面观测造成方便条件。（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
22、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。岩体自桩间挤出。v如滑坡推力较小，岩体强度又较高，则桩距可适当大些。如滑坡推力较小，岩体强度又较高，则桩距可适当大些。 排距：排距：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。一般与桩距接近。v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设l2排桩。排桩。（2）钢轨抗滑桩的设计要求）钢轨抗滑桩的设计要求v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。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。v随桩径增大，
23、桩后易形成坚实粘土岩楔，起阻止桩间挤出作用。随桩径增大，桩后易形成坚实粘土岩楔，起阻止桩间挤出作用。 一些工程中有关钢轨桩间距的资料有参考价值。一些工程中有关钢轨桩间距的资料有参考价值。v如阜新海州露天煤矿如阜新海州露天煤矿86站的钢轨桩间距为站的钢轨桩间距为35m；白银；白银露天矿为露天矿为45m；大冶铁矿为；大冶铁矿为3m。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：
24、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。 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。v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6m4。 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改进方式：改进方式： 在桩的上部
25、加上预应力锚索，将一部分下滑力转移到锚索上，在桩的上部加上预应力锚索，将一部分下滑力转移到锚索上，由锚索承担。由锚索承担。v可减少埋于滑床中桩传递作用于桩周岩体的滑坡推力；可减少埋于滑床中桩传递作用于桩周岩体的滑坡推力；v桩埋入滑床中的深度相对减短；桩埋入滑床中的深度相对减短；v并使原来的并使原来的悬臂抗滑桩悬臂抗滑桩，变成了一端近似铰接，另一端近，变成了一端近似铰接，另一端近似弹性固端的一种似弹性固端的一种梁式结构梁式结构。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附近，造成桩身截面桩身内力大，且最大抗力发生
26、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桩长的过大，抗滑桩锚固段长度为整个桩长的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改善。使抗滑桩单纯锚固的特点得到了改善。v在桩顶使用预应力锚索施加与位移相反的反向力控制桩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；顶位移，使抗滑桩的受力更合理；v可大幅度减少桩身内力、桩的横截面及埋置深度；可大幅度减少桩身内力、桩的横截面及埋置深度；v达到了节省材料和降低造价的目的。达到了节省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一
27、般抗滑桩：一般抗滑桩： 属于属于被动受力结构。被动受力结构。v抗滑桩工程完工后，并不立即起支挡作用；抗滑桩工程完工后，并不立即起支挡作用；v只有滑坡推力作用在桩上，使桩产生位移和变形，形成地只有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，才阻止滑坡进一步滑动。基反力产生抵抗力矩时，才阻止滑坡进一步滑动。 这种受力机制，对任何需要治理的滑坡，特别是滑坡这种受力机制，对任何需要治理的滑坡，特别是滑坡体上或前缘处有重要建筑物时，都不能很快地阻止滑体上或前缘处有重要建筑物时，都不能很快地阻止滑坡的变形、开裂。坡的变形、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
28、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。v先给锚索施加预应力，实质上是给滑坡主动施加了一个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动，起到主动阻止其下滑的外力，可立即阻止滑坡的活动，起到主动稳定滑坡体的作用。稳定滑坡体的作用。 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 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 根据两者的对比可看出：两者的受力状况是不同的。根据两者的对比可看出：两者的受力状况是不同的。u 由于预应力锚索抗滑桩在上
29、端设置锚索，变成了近似一端铰接由于预应力锚索抗滑桩在上端设置锚索，变成了近似一端铰接一端固定的梁式结构，锚索桩一端固定的梁式结构，锚索桩最大弯矩最大弯矩的大小、位置与锚索施加预的大小、位置与锚索施加预应力的大小有关。应力的大小有关。u如考虑滑坡推力为矩形分布，不考虑桩身土体抗力，则如考虑滑坡推力为矩形分布，不考虑桩身土体抗力，则悬臂杆件悬臂杆件的最大弯矩在固定端，其最大弯距为的最大弯矩在固定端，其最大弯距为u 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2max21qlM2max81qlM8.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受
30、力特点而而预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩的受力情况则介入这两者之间，其最大弯矩比悬的受力情况则介入这两者之间，其最大弯矩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。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。滑动面以上滑动面以上锚索桩身锚索桩身外侧受拉，而外侧受拉，而抗滑桩抗滑桩则桩身内侧受拉，从而使桩则桩身内侧受拉，从而使桩身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。 预应力锚索抗滑桩在桩顶施加了与滑坡推力相反的支撑力，所以桩在预应力锚索抗滑桩在桩顶施加了与滑坡推力相反的支撑力，所以桩在滑面以下所受侧向反力之和等于滑坡推力减去锚索提供
31、相同方向的拉力。滑面以下所受侧向反力之和等于滑坡推力减去锚索提供相同方向的拉力。预应力锚索通过对置于滑面以下稳定岩土层中的锚固段施加预应力来预应力锚索通过对置于滑面以下稳定岩土层中的锚固段施加预应力来平衡滑坡中一部分下滑力，受力条件好，施工也较为方便。平衡滑坡中一部分下滑力，受力条件好，施工也较为方便。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 这样，这样，的的受力情况受力情况决定了它的特点：决定了它的特点：截面截面相对变小相对变小桩长桩长变短变短配筋量配筋量也变少也变少预应力预应力大小可调整大小可调整实现控制实现控制桩顶位移桩顶位移8.4 预应力锚索抗滑桩设计预应力锚索
32、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v一般情况下，预应力锚索抗滑桩用于整治滑动面较一般情况下，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。深、且推力大的大型滑坡。v它的设置应保证滑体不越过桩顶，或从桩间滑走，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。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抗滑桩桩体的设计抗滑桩桩体的设计和和预应力锚索的设计预应力
33、锚索的设计。v预应力锚索抗滑桩设计应遵循的原则：预应力锚索抗滑桩设计应遵循的原则： 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 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 设计还应考虑两种受力情况设计还应考虑两种受力情况 设计荷载包括作用于预应力锚索抗滑桩上的外力设计荷载包括作用于预应力锚索抗滑桩上的外力v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； 滑动面性状；滑动面性状； 滑坡近期内是否活跃；滑坡近期内是否活跃； 黏聚
34、力和内摩擦角值大小的确定；黏聚力和内摩擦角值大小的确定； 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：桩间距及其它不利因素：v桩的位置应设在滑坡体较薄，锚固段地基强度较高的地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（段，其平面布置、桩间距（610 m）、桩长及截面尺）、桩长及截面尺寸等的确定，应综合考虑，达到经济合理。寸等的确定，应综合考虑，达到经济合理。 还需考虑锚索参数的影响：还需考虑锚索参数的影响：v拉力和预应力的确定拉力和预应力的确定v锚索空间布置锚索空间布置v锚索孔倾角锚索孔倾角v锚索的应力松驰与徐变锚
35、索的应力松驰与徐变v锚索的防锈锚索的防锈v锚固方法锚固方法v强度计算等强度计算等v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，锚索拉力应达到设计拉力值。当桩承受设计滑坡推力时，锚索拉力应达到设计拉力值。v锚索设计拉力太小锚索设计拉力太小 则锚索起不到则锚索起不到“支点支点”作用，桩顶位移得不到控制，锚索作用，桩顶位移得不到控制，锚索只能起一新加的较小力作用在桩顶，虽可减小桩身内力，只能起一新加的较小力作用在桩顶，虽可减小桩身内力，大部分滑坡推力仍通过桩身传递到滑床，桩身受力状态未大部分滑坡推力仍通过桩身传递到滑床，桩身受力状态未脱离抗滑桩受力状态。脱离抗滑桩受
36、力状态。v锚索设计拉力太大锚索设计拉力太大 当桩身承受最大滑坡推力时，锚索拉力达不到设计值而造当桩身承受最大滑坡推力时，锚索拉力达不到设计值而造成浪费，并且给锚索的施工工艺和实施带来很大的困难。成浪费，并且给锚索的施工工艺和实施带来很大的困难。v设计还应考虑两种受力情况设计还应考虑两种受力情况 一是一是桩身受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。作为均布荷载作用在桩上。v可用普通的地基系数法计算全桩的内力和位移；可用普通的地基系数法计算全桩的内力和位移； 二是二是桩受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
37、拉力锚索拉力、桩侧土桩侧土弹性抗力弹性抗力的作用。的作用。v按最不利组合计算桩身内力和位移。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。v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
38、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，锚索设计拉力的确定是该在预应力锚索抗滑桩的设计计算中，锚索设计拉力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。v应满足的几个假定：应满足的几个假定： 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 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 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 所研究的滑坡可
39、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 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体，首先必须确定其滑坡推力，对于一个需要整治的滑坡体，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下滑坡推力曲线，取根据滑坡特性，计算出极限平衡状态下滑坡推力曲线，取一定安全系数一定安全系数Fs1.051.25，确定设计滑坡推力曲线，确定设计滑坡推力曲线，据此定出抗滑桩的位置。据此定出抗滑桩的位置。 同时应考虑该处滑坡体较薄，且锚固段应设置在较好的地同时应考虑该处滑坡体较薄，且锚
40、固段应设置在较好的地层，锚索的设置也适宜，不能太长。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据设计滑坡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。推力曲线确定其大小。v已知滑动面、地基地层性质、桩身材料等，根据经验拟定选已知滑动面、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。择桩截面尺寸、桩间距。v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，锚索锚固段必须在滑动面，锚索锚固段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。以下的稳定岩层中，其长度根据计算结果确定。v调整锚索直径及股数，使其受力最为
41、合理。调整锚索直径及股数，使其受力最为合理。 v（2）锚索拉力计算）锚索拉力计算 预应力锚索抗滑桩为一超静定结构，将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，桩简化为受横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。向变形约束的弹性地基梁。 根据位移变形协调原理，按地基系数法根据位移变形协调原理，按地基系数法确定锚索拉力及桩身内力。确定锚索拉力及桩身内力。 土压力按最常用的三角形及矩形两种考土压力按最常用的三角形及矩形两种考虑，锚索拉力按弹性支座考虑。虑，锚索拉力按弹性支座考虑。 假定锚索与桩变形协调，即锚索伸长量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
42、位移。等于锚索作用点处桩的位移。（2）锚索拉力计算）锚索拉力计算u 设桩上作用有设桩上作用有n根锚索，当桩与锚索的变形协调完成后，锚索拉力分根锚索，当桩与锚索的变形协调完成后，锚索拉力分别为别为 ， ， ， ，并设，并设 ，则有：，则有： 对对 O O 点的弯矩为：点的弯矩为： 锚索拉力对锚索拉力对 O O 点产生的弯矩总和为：点产生的弯矩总和为： 土压力对土压力对 O O 点的弯矩为：点的弯矩为： 则则 O O 点的总弯矩为：点的总弯矩为： O O 点的总剪力为：点的总剪力为： 变形协调方程为：变形协调方程为： 式中，式中， 为桩上第根锚索作用点的水平位移；为桩上第根锚索作用点的水平位移；
43、为第为第 i i 根锚索的水平伸长量。根锚索的水平伸长量。 根据材料力学有：根据材料力学有： 1N2N3NnNiemish) 1(iNiiieNMiineNMMMM 311hQMqMMMqo inoNQNNNQQ21iiFiiFi)/(igiiAELN（2）锚索拉力计算）锚索拉力计算式中，式中， 为第根锚索的自由段长度；为第根锚索的自由段长度； 为第为第 i 根锚索截面面积；根锚索截面面积； 为锚索的弹性模量，取为锚索的弹性模量，取1.81.810108 8kN/mkN/m2 2。令令 ，则，则式中：式中： 为第为第 根锚索作用点距根锚索作用点距 O O点的高度；点的高度； 为第为第 根锚索作
44、用点在土压力作用下的水平位移；根锚索作用点在土压力作用下的水平位移； 为第为第 根锚索作用点在锚索拉力作用下的水平位移；根锚索作用点在锚索拉力作用下的水平位移； 为在锚索拉力与土压力共同作用下为在锚索拉力与土压力共同作用下 O O点的水平位移；点的水平位移； 为在锚索拉力与土压力共同作用下为在锚索拉力与土压力共同作用下 O O点的转角。点的转角。 iLiAgEiiiNc )/(igiiAELciliiiiqiNiqiilXF000X0iN 在第在第 i 根锚索作用点施加单位力，则在单位力作用下桩身弯矩为根锚索作用点施加单位力，则在单位力作用下桩身弯矩为 当土压力为三角形分布时，土压力在桩上产生
45、的弯短为当土压力为三角形分布时，土压力在桩上产生的弯短为则：则：令：令：则：则： iq)(iehXM233hXQMqX4425521215iiiehhEIhehQehhEIhQdXMMEIqXhehiqi1552115iiehhEIhQd442212iiiehhEIhehQdiiiqdd21同理可求出当土压力为矩形时同理可求出当土压力为矩形时iq4418iiehhhEIQd3326iiiehhhEIehQd 与求与求 相同，设相同，设 1，则第，则第 i 根锚索作用点产生的单位根锚索作用点产生的单位位移为位移为 因此，使第因此，使第i 根锚索作用点产生的位移为：根锚索作用点产生的位移为： 则则
46、 iNiqjN6232jijijeeejijNjijiNN无论用无论用 法或法或 法，也无论桩底为自由端、固定端或铰支端，都有：法，也无论桩底为自由端、固定端或铰支端，都有： 关于关于 意义与计算请参考意义与计算请参考抗滑桩设计与计算抗滑桩设计与计算。把前式代入后有：把前式代入后有： 0X0mk000QMXHHHM000QMMHMMMHMMHHHM、jijiiiMHMMHHHMiNddeQMQMF21000)()(NNNddeNNNQeNmnshNmshNshMiNiiiiiMHHHniMMHMnq 2211212121()()()() 1()()(iniMHHHiMMHMiiMHHHiMMH
47、MiiMHHHiMMHMiiiMHHHqiMMHMemnsheNemsheNesheddQeMe )() 1()()()()()()(221121解此方程组，即可求出解此方程组，即可求出 。令则 （8-17）把式（17）代入 （10），可得 （8-18）对每一根锚索均有与式（18）相似的方程，从而形成一方程组如下： iiiMHHHqiMMHMiijiMHHHiMMHMijddQeMebemjshea21)()()() 1(niniiiiNaNaNabF 2211ininiiiiiibNaNcaNaNa )(2211nnnnnininnininiiiiiinnjjnnjjbNcaNaNaNabN
48、aNcaNaNabNaNaNcaNabNaNaNaNca )()()()(2211221122222221211112121111nNNN、 21iiFv在实际工作中，可先求出使桩的正负弯矩大致相等时锚索所在实际工作中，可先求出使桩的正负弯矩大致相等时锚索所承担的总拉力承担的总拉力 ，则每根锚索所需施加的预应力为，则每根锚索所需施加的预应力为 。v另在计算另在计算 时，时， 计算结果为负，这是因为在推导桩的计算计算结果为负，这是因为在推导桩的计算公式时规定的符号所致。而在方程中要求的公式时规定的符号所致。而在方程中要求的 为正，因此在为正，因此在计算计算 时，所得结果应取绝对值。时，所得结果应
49、取绝对值。v在利用计算机解方程组时，最好采用高斯列主元素消去法，在利用计算机解方程组时，最好采用高斯列主元素消去法，尽量不要采用简单消去法，因简单消去法容易造成其它元素尽量不要采用简单消去法，因简单消去法容易造成其它元素数量级的巨大增长和舍入误差的扩散。数量级的巨大增长和舍入误差的扩散。NiNN 000 有一截面有一截面2.0m2.5m桩，滑面以下桩长桩，滑面以下桩长7 m，滑面以上桩长，滑面以上桩长15 m，桩后每延米土压力，桩后每延米土压力651 kN，桩间距，桩间距6 m。桩上设三根锚索，锚索间距桩上设三根锚索，锚索间距3m，最上一，最上一根距桩顶根距桩顶1m，当桩正负弯矩基本一致时，当
50、桩正负弯矩基本一致时，桩身最大弯矩桩身最大弯矩2676kN.m，锚索拉力，锚索拉力870kN。锚索不施加预应力，锚索随桩协调变形而锚索不施加预应力，锚索随桩协调变形而产生的拉力从上至下分别为产生的拉力从上至下分别为367 kN、302 kN、233 kN。每根锚索应分别施加预应力每根锚索应分别施加预应力503 kN、568 kN、638 kN，则受力趋于合理。，则受力趋于合理。图上可以看出，弯矩明显减小，且桩身受图上可以看出，弯矩明显减小，且桩身受力更为合理。力更为合理。 v（1）非锚固段桩身内力计算：）非锚固段桩身内力计算： 求出锚索设计拉力后，桩身上端外力均为已知，按悬臂端求出锚索设计拉力
