目录1 工程概况2 计算依据3 滑坡稳定性分析及推力计算3.1 计算参数3.2 计算工况3.3 计算剖面3.4 计算方法3.5 计算结果3.6 稳定性评价4 抗滑结构计算5 工程量计算、工程概况拟建段位于重庆市巫溪县安子平,设计路中线在现有公路右侧约100m,设计为大拐回头弯,设计路线起止里程为K96+030〜K96+155,全长125m,设计路面净宽7.50m,设计为二级公路,设计纵坡3.50%,地面高程为720.846m〜741.70m,设计起止路面高程为724.608m〜729.148m, K96+080-K96+100 为填方,最大填方为4.65m,最小填方为1.133m。
二、计算依据1. 《重庆市地质灾害防治工程设计规范》 (DB50/5029-2004);2. 《建筑地基基础设计规范》 ( GB 50007-2002);3. 《建筑边坡工程技术规范》 ( GB 50330-2002);4. 《室外排水设计技术规范》 (GB 50108-2001);5. 《砌体结构设计规范》(GB 50003-2001);6. 《混凝土结构设计规范》 (GB 50010-2010);7. 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》 ( GB 50086-2001);8. 《公路路基设计规范》 ( JTG D30—2004);9. 相关教材、专著及手册。
三、滑坡稳定性分析及推力计算3.1 计算参数3.1.1 物理力学指标:天然工况:丫1=20.7kN/m3, © 1=18.6 °,C=36kPa饱和工况:Y=21.3kN/m3,©=15.5 ° C2=29kPa3.1.2 岩、土物理力学性质该段土层主要为第四系残破积碎石土,场地内均有分布,无法采取样品测试,采取弱风化泥做物理力学性质测试成果:弱风化泥岩天然抗压强度24.00Mpa,饱和抗压强度17.30 Mpa,天然密度2.564g/cm3,比重2.724,空隙度8.25%,属软化岩石,软质岩石。
表1 各岩土层设计参数建议值表3.1.3滑坡推力安全系数st「153.2计算工况选取公路填筑后自然状态、饱和状态两种工况对滑斜坡进行计算3.3计算剖面申d 耳J I3.4计算方法采用折线形滑动面稳定性计算(传递系数法)传递系数公式:i 1 cos( i 1" tan i sin( “ i)第i条块的剩余下滑力公式:E i F stW sin j W i tan i C0S i Gh E i 1 i3.5计算结果(详见附页)3.6稳定性评价根据计算结果得知斜坡在公路填筑后自然状态下Fs=1.18,饱和状态下Fs=0.95,因此斜坡在公路填筑后在自然状态下为基本稳定状态,饱和状态下处于不稳定状态。
可能诱发滑坡灾害发生,需要进行支挡。
四、抗滑结构计算1、抗滑桩设计计算1.1设计资料:_ 3物理力学指标:天然工况:丫i=20.7kN/m , © 1=18.6 ° , G=36kPa3饱和工况:丫2=21.3kN/m , © 2=15.5 ° , C2=29kPa根据岩性及地层情况,由于在滑面以上还存在有筑填土层约7.7m和含碎石粉质粘土( Q4dl+el)层厚约为1.1m,所以滑面以上土层厚度约h' =8.8m,查取相关规范可知取该土层的抗滑地基系数为m=10000KN/m4,则滑面处的地基系数采用A=10000X8.8=88000KN/m3泥岩(T2b)由强风化泥岩厚为2.20m和弱风化泥岩厚为0.70m组成,桩的埋长为6m。
强风化泥岩取抗滑地基系数为m i=80000KN/m4,弱风化泥岩取抗滑地基系数m2=l00000KN/m4。
根据多层土的地基系数的取值可得Eh;m2(2h i h2)h2 80000 (2 2.2 3.8) 3.8 4 m 一 - 287044KN / m(h, h2)2(2.2 3.8)2桩附近的滑体厚度为8.8m,该处的滑坡推力P=607kN/m桩前剩余抗滑力E=0kN/m。
抗滑桩采用C30钢筋混凝土,其弹性模量£=30X 106KPa,桩断面为b X h=2mx3m1 2 2W —bh2 3m2的矩形,截面S=6m,截面模量 6 ,截面对桩中心惯性矩I 丄 bh3 4.5m412 ,相对刚度系数El = 0.85EJ= 114750000m2,桩的中心距l=6m,桩的计算宽度B p=b+1=3m,桩的埋深为l a=6m。
1.2采用K法计算桩身的内力(1)计算桩的刚度6 4由查表可知地基系数C °.°8 10 KN /m桩的变形系数0.151m 1V4EI桩的换算深度为l a=0.151X 6=0.906<1故按刚性桩计算。
(2)计算外力每根桩承受的水平推力F=607>C0S26° >6=3273.4KNF 3273.4 T 「 371.93KN /m则 h 8.8滑坡推力按矩形分布;如右图 滑面处的剪力Q o =3273.4KN滑面处弯矩 M o =3273.4X 4.4=14403KN/m⑶ 滑面至旋转中心的距离l a2A 3M0 2Q o l aml a4M0 3Q 0l ay o2 3A 2M 0 Q °l a ml a 3M 0 2Q °l a6 2 88000 (3 14403 2 3273.4 6) 87044 6 (4 14403 3 3273.4 6)2 3 88000 (2 14403 3273.4 6) 87044 6 (3 14403 2 3273.4 6) =4.0475m⑷桩的转角12 3A 2M 0 Q 0l amh 3M 0 2Q 0l a32 2B p l a 6A A ml am l a12 3 880002 14403 3273.4 6 87044 6 3 14403 2 3273.4 6 3 22366 88000 88000 87044 6 870446=0.001739 rad (5)桩身内力及桩侧抗力桩侧抗力 y y ° y A my(4.0475 y) 0.001739 (88000 87044 y) 2619.397 459.6361y 151.3695 y桩侧抗力最大点位置459.6361 2 151.3695 y 0 y 1.5183m因为y y 0 ,所以桩身各点的剪力1 1 2Q y Q o AB p y 2y o y B p m y 3y。
2y613273.4 — 88000 3 0.001739 y (2 4.0475 y)213 87044 0.001739 y2(3 4.0475 2y)6Q y3273.4 1858.19y 689.454y2151.37y3当Q y 0时,即可找出弯矩最大是的y值。
经试算求得y=1.309m时,M最大。
桩身各点的弯矩1 21 3M y M。
Q°y §B p A y 3y。
y ^B p m y 2y。
y14403 3273.4 y $ 3 88000 0.001739 y(3 4.0475-y)-1 33 87044 0.001739 y (2 4.0475 y)12M y14403 3273.4y 929.096y2229.818y337.84y4桩侧抗力、剪力、弯矩计算结果如下图所示:桩侧抗力图桩侧抗力为0的一点即为剪力最大点,求得当埋深:y=4.0475m 时y =0 所以最大剪力为Q max =5505.52KN剪力为0的一点即为弯矩最大点,求得当埋深:y=1.309m 时Q y =0 所以最大弯矩为 M max =16691.5KN m1.3抗滑桩结构设计抗滑桩受滑坡推力和锚固地层抗力作用,在荷载作用下产生弯曲转动,为了防止 桩体由于荷载作用而产生过大变形与破坏,桩身需要配纵向受力钢筋以抵消弯 矩,配置箍筋以抵抗剪力。
桩身结构设计计算参考《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002),按受弯构件考虑。
1)桩身截面配置纵向受力钢筋(控制截面受弯)根据前述抗滑桩内力计算结果,取控制截面 1-1所受弯矩进行计算。
按混凝土结构正截面受弯承载力计算模式, 计算受力钢筋,计算可按单筋截面考虑,经简化的计算如图抗滑桩总长约为15m ,计算可按两个控制截面考虑配筋。
控制截面I -I 取桩身 最大弯矩截面若结构重要系数取1.0,贝U 控制截面I -I 处的设计弯矩为M max =16691.5KN.m 混凝土保护层厚度取80mm 若为单排布,则桩截面有效高度 h 0 2900mm 由力的平衡条件得由力矩平衡条件得M i f c bx (h ° X)2联立上述两式求解,得A S ―M —fy(h扌)式中,X 为截面受压区高度,可按下式求得/~2~2 2~1 f cbh 01 f c bh °2 f c bMx f c b式中,M 为设计弯矩(KN.m ); As 为受拉钢筋截面积;1为混凝土受压区等效 矩形应力图系数,当混凝土强度等级不高于 C50时,1取1.0; f c 为混凝土轴心抗压强度设计值(KPa );f y 为钢筋的抗力强度设计值(KPa );b 为桩截面宽度(m );h 。
为截面有效高度(m );a 为受拉钢筋的混凝土保护层厚度(m )。
22采用C30混凝土,f c 14.3N/mm , f t 1.43N /mm ,纵向受力钢筋选用HRB400 级(III 级),fy36°N/mm ,箍筋及架立钢筋选用HPB300(l 级),2f y 270N /mm ,则其他参数如上所述。
A.计算I - I 截面受力钢筋截面积混凝土受压区高度2 2 2 21 f cbh 。
1仁 b h ° 2 fRMxf c b1.0 14.3 2000 2900 ”1.0 14.3 2000 2900 2 14.3 2000 16691.5 10 x14.3 200082940000 76969408.2128600取x 的值为208.76mmI - I 截面受力钢筋截面积选用21根①32mn 的HRB40(钢筋截面面积为 As=16890.3mm 2满足要求, 可采取3根一束,共7束布置于受拉侧。
2)桩身截面配置箍筋(控制截面受剪)抗滑桩桩身除承受弯矩以外,还承受着剪应力。
因此在设计计算时,必须进 行剪应力的检算。
为了施工方便,桩身不宜设斜筋,斜面上的剪应力由混凝土和 箍筋承受。
桩身剪力极值有位于滑面处的 3273.4KN 和位于滑面一下4.0475m 处 的5505.52KN ,同样,结构重要系数取1.0,则设计剪力按5505.52KN 考虑。