小直徑鋼管排樁支擋結(jié)構(gòu)

1、小直徑鋼管排樁支擋結(jié)構(gòu)的抗滑機(jī)理及工程應(yīng)用高恒潮B3主要內(nèi)容 簡要介紹 作用機(jī)理 結(jié)構(gòu)設(shè)計 工程實(shí)例 1 簡要介紹 小直徑鋼管樁：小直徑鋼管樁是微型樁的一種，直徑一般小于300 mm，采用鉆機(jī)成孔后下入鋼管，再于鋼管內(nèi)壓力注漿成樁。小直徑鋼管樁排樁小直徑鋼管排樁支擋結(jié)構(gòu) 小直徑鋼管樁最初主要應(yīng)用于建筑豎向承載或地基加固工程。 小直徑鋼管樁豎向承載能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、場地適應(yīng)性好、樁位布置靈活、對巖土體擾動小、支擋能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來廣泛應(yīng)用于滑坡應(yīng)急搶險工程，實(shí)際應(yīng)用中，多采用兩排或數(shù)排布置，以提高抗滑支擋能力。2 作用機(jī)制 2.1 受力體系 排樁作為支擋結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)為樁巖土體復(fù)合結(jié)構(gòu)承受滑坡推力

2、，樁間的相互作用力為結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力。 復(fù)合結(jié)構(gòu)承受外力為第n 排樁的樁后滑坡推力、第1排樁的樁前滑體抗力、滑面處滑坡與滑床間作用力。 各樁受力情況: 第n 排樁，作用力為樁后滑坡推力、樁前滑體抗力、連系梁傳遞作用力； 第i排樁，承受經(jīng)第i 排樁和第i + 1 排樁間滑體傳遞而來的第i + 1 排樁的樁前滑體抗力的反作用力( 第i + 1排樁變形引起) 、第i 排樁和第i + 1 排樁間滑體的剩余下滑力、第i 排樁前滑體的抗力、系梁傳遞作用力。 2.2 抗滑機(jī)理 小直徑鋼管樁樁土復(fù)合體的抗滑機(jī)制主要表現(xiàn)在兩個方面： 注漿加固的作用 樁巖土體復(fù)合結(jié)構(gòu)的共同抗滑作用 2. 2. 1 注漿加固的作用 滑

3、坡體尤其是滑帶附近，由于滑動變形作用，其軟弱帶、裂隙極為發(fā)育。在高壓注漿作用下，水泥砂漿沿裂隙、滑帶土層擴(kuò)散，形成水泥土，提高了滑面的抗剪能力。 同時，漿液將滲透至滑體及滑面下巖土層，在漿液填充、擠密作用下，使得巖土體密度增大，孔隙減小，巖土體形成一個樹枝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)加固復(fù)合體，提高滑( 邊) 坡的穩(wěn)定性。 2. 2. 2樁巖土體復(fù)合結(jié)構(gòu)的共同抗滑作用 樁土復(fù)合結(jié)構(gòu)中鋼管樁為結(jié)構(gòu)體系的骨架，利用其優(yōu)良的抗剪、抗拉、抗壓性能，可較好地約束樁間巖土體。良好的約束作用使樁間巖土體強(qiáng)度得到了較大提高，更重要的是，樁土復(fù)合結(jié)構(gòu)作為類抗滑樁共同抵御滑坡推力。 2. 3 破壞模式 由離心試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，排樁結(jié)構(gòu)發(fā)

4、生了變形，見圖3。 因此： 此類結(jié)構(gòu)的主要破壞模式為錨固段抗拔力不夠?qū)е掳纬觯?受壓構(gòu)件樁身接管不牢發(fā)生彎剪破壞或受壓樁體產(chǎn)生壓桿失穩(wěn)。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)要點(diǎn) 3. 1 樁身材料及樁排數(shù)確定 首先按照鋼管材料屈服強(qiáng)度和截面極限抗剪強(qiáng)度計算單樁極限彎矩和最大剪力，并初步選定樁徑、壁厚；按照排樁復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行極限承載力計算，由此確定選用樁排數(shù)量。一般情況，滑坡推力T400 kN/m，可選用兩排樁；400 kN T700 kN，選用三排樁；T 700 kN 時，建議采用抗滑樁或大直徑鋼管樁。 3.2 錨固深度 對承受拉力的鋼管樁，依據(jù)錨固段樁體極限抗拔力不小于各單樁樁身的最大拉力Nmax，可按下式確定錨

5、固深度h，從而確定樁長L。 式中 d 為鉆孔直徑； 為水泥砂漿體與巖土體間的容許抗剪應(yīng)力。 3. 3 樁間距和排間距 根據(jù)有限元計算分析，樁間距B 與樁徑d 之比( B/d) 與邊坡安全系數(shù)呈現(xiàn)冪函數(shù)關(guān)系。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議此類排樁結(jié)構(gòu)B/d 控制在6 12 之間。 對于塊碎石土為主，土體抗剪強(qiáng)度較高的滑( 邊) 坡，可取大值； 含水量高，土體抗剪強(qiáng)度低的坡體，建議取低值。 3. 4 連系梁設(shè)計 樁頂聯(lián)系梁可將鋼管樁連接為一個整體，使其發(fā)揮出結(jié)構(gòu)的整體工作性，以有效協(xié)調(diào)不均勻荷載，并限制結(jié)構(gòu)的樁頂位移。聯(lián)系梁的設(shè)計應(yīng)盡可能保證剛度足夠大，體現(xiàn)強(qiáng)梁弱樁，增強(qiáng)傳遞荷載和協(xié)調(diào)能力。連系梁一般采用

6、鋼筋混凝土梁或板，其結(jié)構(gòu)設(shè)計、構(gòu)造尺寸應(yīng)滿足鋼筋混凝土梁板設(shè)計要求。建議聯(lián)系梁的高、寬取3 4 d，鋼管樁嵌入聯(lián)系梁的深度不應(yīng)小于2 d。4 工程實(shí)例 4. 1 滑坡概況 廣元至巴中高速公路K78 + 230 + 400 段滑坡，屬紅層區(qū)典型工程滑坡，路堤填筑至近路床標(biāo)高時，在降雨作用下發(fā)生下滑失穩(wěn)，致路中心拉裂呈陡坎，前緣農(nóng)田鼓脹，臨近民房開裂。 4. 2 鋼管樁治理方案 為快速治理滑坡，防止路堤變形加劇，采用小直徑鋼管排樁進(jìn)行滑坡處治。 通過實(shí)測滑坡主軸斷面進(jìn)行參數(shù)反算，滑體容重采用 = 20. 5 kN/m3，得出滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)為 = 9. 3，c = 12. 44 kPa。 按照天

7、然工況及暴雨工況計算，分別得出滑坡推力見表1。設(shè)計滑坡推力按最不利工況取403. 8 kN/m 結(jié)合場地條件，鋼管樁排距1. 6 m，樁間距1. 5m，樁長9. 0 m，兩排梅花形布置，樁頂采用40 cm 40 cm的C25 混凝土梁聯(lián)系。鋼管型號為127. 00 mm 5. 75 mm。 結(jié)構(gòu)布置圖如下。 4.3 施工工藝 （1）鉆孔及鋼管樁內(nèi)灌注M30 水泥砂漿。水泥砂漿采用細(xì)砂，砂的最大粒徑為2 mm，砂漿配比為1 0. 5 0. 5。 （2）為增強(qiáng)砂漿抗裂防滲功能，保證鋼管外防腐保護(hù)層厚度，水泥砂漿中加入砂漿抗裂抗?jié)B聚丙烯纖維，用量為0. 9 kg /m3。 ( 3) 注漿。灌漿壓力0

8、. 2 0. 3 MPa。清孔后，放入鋼管，將注漿管伸入樁的中下部，設(shè)置止?jié){塞后即開始注漿，待孔外浮渣充分翻至孔口后，取掉止?jié){塞開始管內(nèi)注漿，浮渣完全翻出管頂后，可停止注漿。灌漿完畢前，應(yīng)保持穩(wěn)壓注漿一段時間，以確保漿體密實(shí)、管外保護(hù)層可靠、漿體向土體裂隙內(nèi)有效滲入。 ( 4) 鋼管樁水泥砂漿固化后，在原地面開挖 40 cm 40 cm 溝槽作為聯(lián)系梁的模板，進(jìn)行連系梁的施工，每30 50 m 設(shè)置一道伸縮縫。 4. 4 處治效果 該工點(diǎn)實(shí)施小直徑鋼管樁處治后，滑坡變形迅即收斂停止。2007 年11 月處治完成后的路堤段作為預(yù)制梁場，亦未見開裂變形跡象。自2009 年通車至今，小直徑鋼管樁處治的滑坡路段整體穩(wěn)定，運(yùn)營良