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圆形抗滑桩与矩形抗滑桩设计简析

时间:2023-11-21 来源: 浏览:

圆形抗滑桩与矩形抗滑桩设计简析

原创 成永刚 悠游2019
悠游2019

WXCYG20190220

博士,教高,注册岩土工程师,中国岩石力学与工程学会地基与工程结构分会副理事长和滑坡与工程边坡分会理事,深部国重实验室顾问委员,中国土木工程学会非饱和土与特殊土常务委员和交通岩土工程委员,国际工程地质协会会员,中国国家公路建设项目评标专家。

收录于合集
#抗滑桩 3
#岩土工程 41
近些年来,随着我国机械工艺的发展和以人为本的理念深入,出现了机械成孔圆形抗滑桩、机械成孔矩形抗滑桩或人工挖抗滑桩同时并存、百花齐放的局面。那么,圆形抗滑桩与矩形抗滑桩在这两方面各有哪些优缺点,以及两者之间的转换有什么关系呢?下面分别从主要方面进行简析。

图1 圆形抗滑桩

图2 矩形抗滑桩

众所周知,作为岩土工程的一分子,抗滑桩的设置需 秉持 整个岩土工程大家族乃以生存的结构与地质条腿走路的传统。否则,抗滑桩的设置就可能是不健全的,轻则导致工程的经济性偏差,重则导致抗滑桩失稳
一、抗滑桩身结构方面
抗滑桩的结构设计,一方面需使抗滑桩具有足够的强度,另一方面需使抗滑桩身的材料充分发挥作用,以便节省材料。这在抗滑桩的材料、承受的荷载和支挡条件都已确定的条件下,就需尽可 能地有效地提高抗滑桩的抗弯强度。
从结构的弯曲正应力强度条件可知,在弯矩一定的条件下,抗滑桩的工作应力与抗弯截面模量成反比。这就是说抗滑桩的合理截面应是在截面面积相同的条件下,具有较大抗弯截面模量的截面形式。因此,考虑到 抗弯截面模量与截面 度h的平方成正比, 合理的桩形截面形式应使抗弯截面模量尽可能增大,即有效截面面积尽可能分 布在距中性轴较远处,且使 截面上最大拉应力和最大压应力同时达到材料相应的许用应力。

假设 抗滑桩的矩形截面、正方形截面和圆形截面的 面积相同。其中, 矩形截面的宽为b 、长为h 正方形截面的边长为a 圆截面的直径为d 三种形状截面的面积和抗弯截面系数分别为:

矩形截面
正方形截面
圆形截面
1、矩形截面和正方形截面比较:    
由于矩形 b∠h ,所以 a∠h ,说明矩形截面比同样面积的正方形截面抗弯更合理。
2、正方形截和圆形截面比较:   
由于 πd 2 /4=a 2 a=0.886d ,这说明正方形截面比相同面积的圆形截面抗弯更合理。
3、矩形截面和圆形截面比较:
由于矩形 d∠h 这说明矩形截面比相同面积的圆形截面抗弯更合理。
综上,从抗弯构件的受力效果来说,矩形抗滑桩的受力优于正方形 滑桩 ,正方形 滑桩 优于圆形 滑桩
需要说明的是,在圆形抗滑桩的结构设计中,很多技术人员依据桥桩的理论进行抗滑桩设计,这是很不合理的。因为,桥桩以抗压为主,抗滑桩以抗弯为主,两者之间具有本质区别,这是需要工程实践中一定进行改正的。

图3 合理与不合理的圆形抗滑桩结构设计

以常用的面积为2×3m的矩形截面抗滑桩为例,在相同截面积的情况下,矩形抗弯强度:圆形抗弯强度=1.46,矩形抗弯强度:正方形抗弯强度=1.23,正方形抗弯强度:圆形抗弯强度=1.2。

二、抗滑桩周地质方面
抗滑桩设计的地质因素主要有滑面以上岩土体的抗力、滑面以下岩土体的锚固力等多个要素。但在以上要素确定的情况下,对抗滑桩影响最为直观的就是桩形选择,即不同的桩形对滑面以下桩的正面计算宽度影响。
假设 抗滑桩的矩形截面、正方形截面和圆形截面的 面积相同。其中, 矩形截面的宽为b 、长为h 正方形截面的边长为a 圆截面的直径为d 而依据相关规范、手册中的简化计算 桩前正面的计算宽度,对于矩形桩 Bpj=b+1 ,对于正方形桩 Bpz=a+1, 对于圆形桩 Bpy= 0.9(d+1)
由于三种桩形的截面积相同,即bh=a 2 = πd 2 /4, 因此, b∠a ∠d
1、矩形截面和正方形截面比较
由于矩形 b∠a, 说明正方形截面比同样面积的矩形截面在地层锚固力方面更具有优势。
2、 矩形截面、 正方形截和圆形截面比较
虽然 b∠a ∠d, 但三者之间的Bp大小需依据具体的 b、a 、d 值计算确定,方能确定抗滑桩前正面的计算宽度优劣。
以常用的面积为2×3m的矩形截面抗滑桩为例,在相同截面积的情况下, 圆形 桩前正面的计算宽度: 矩形 桩前正面的计算宽度 =1.13, 正方形 桩前正面的计算宽度: 矩形 桩前正面的计算宽度 =1.15,正方形 桩前正面的计算宽度 圆形 桩前正面的计算宽度 =1.017。
这就是说,从地质条件方面看,正方形抗滑桩的地层锚固能力优于矩形抗滑桩,圆形抗滑桩是否优于矩形或正方形抗滑桩的 地层锚固能力需要具体确定。
综上,从抗滑桩身的结构设计方面来说,矩形抗滑桩截面形式最优,正方形抗滑桩次之,圆形抗滑桩最差;从地质体对抗滑桩的锚固能力方面来说, 正方 形抗滑桩优于矩形抗滑桩,而 一般 在兼顾 结构设计要求的情况下, 圆形抗滑桩的地层锚固能力常是优于矩形抗滑桩的
因此,理论上抗滑桩选用何种桩形,需从桩身结构和桩周岩土体两个方面考虑,并需结合现场实际情况综合选定。

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