微型桩加固技术是一种将注浆法与桩方法结合使用的技术,其特点是将滑坡坡体加固使其变为抗滑体来达到加固边坡的作用。
微型桩加固滑坡的作用:①支挡作用:钢管和水泥浆体形成微型桩桩群,穿过滑动面嵌入滑床中阻止滑体移动,以达到增大抗滑力的目的。②增阻作用:水泥浆液对滑带土具有黏聚作用,从而提高了滑带的强度。③挤密加固作用:水泥浆体对滑体进行充填、挤密,提高滑体的稳定性。④抗滑作用:通过注浆提高滑坡岩土体的强度,使其形成一个稳定的抗滑整体。
在实际工程中微型桩体系有不同的结构布置形式,可将其分为以下3种类型,如图7-3~7-5所示。
图7-3 独立微型桩体系图
图7-4 平面桁架微型桩体系
图7-5 平面桁架微型桩系
1.设计内容
根据边坡的实际情况,提出了削坡+微型桩的加固方案,具体方案如下:
1)削 坡
由于边坡已经产生了后缘拉裂,且处于不稳定状态,故对边坡进行削坡处理,削坡高度为7m。
2)微型桩设计
将微型桩布置在距坡面1m处,微型桩桩间距1.2m,排距1.2m,梅花桩形布置,一共布置3排,走向垂直于边坡。设计微型桩的直径为d=150mm,钻孔内放置外径107mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管;孔内注入M30水泥砂浆。
2.微型桩稳定性验算
1)相邻桩间土体塑性变形的稳定性设计计算
如图7-6、7-7所示,微型桩的桩径D=0.15m,桩中心间距D1=1.2m,相邻微型桩的距离D2=1.05m。B=1.2m,h=1.2m。
图7-6 计算截面图
图7-7 计算断面图
结构极限抗力:
式中 R——重度,取20kN/m3;
L——地面到计算基准面的距离,取4.4m;
kp——被动土压力系数;
Fsf——微型桩的稳定系数;
F——滑坡推力(kN/m);
Fs——桩前剩余下滑力(kN/m)。
经计算,Pt=116.37kN/m,则Rt=213.36kN/m,则
2)抗滑稳定性
边坡整体稳定所需要的抗滑力按微型桩全部承受剪力来考虑。
式中 Rfa——微型桩的抗剪强度(MPa);
n——每延米微型桩的数量,取3;
τfa——单桩抗剪强度(MPa);
βα——考虑钢管变形影响的折减系数;
Es,Et——岩土体及微型桩的弹性模量(MPa);
τ——钢管的抗剪强度,取157MPa;
As——钢管面积(cm2)。
计算后可得:
结构安全系数满足要求。
3)微型桩受力计算
首先根据地质勘察资料及计算基准面示意图,可以计算出垂直力N、水平力H和弯矩M,等价换算截面积和截面惯性矩,在此基础上计算得到基准面处微型桩的最大压应力。
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式中 ARRP——计算基准面,微型桩组合的等价换算面积(cm2);
Ap——微型桩的等价换算截面积(cm2);
S2——计算基准面内微型桩的根数;
m——桩与周围岩土体的弹性模量比,取200;
n——钢管与砂浆的弹性模量比,取15;
b,h——微型桩布置的单位宽度与长度(cm);
As——钢管的截面积(cm2);
Ac——微型桩的截面积(cm2);
IRRP——计算基准面,微型桩组合的等价换算界面惯性矩(cm4);
X——计算基准面中和轴至各个微型桩的距离(cm);
N——作用于计算基准面上的垂直力(kN);
M——作用于计算基准面上的弯矩(kN·m);
y——计算基准面中和轴至计算基准面边缘的距离(cm)。
桩承受的剩余下滑力:E=131.06(kN/m)
水平力:
垂直力:
弯矩:
微型桩的等价换算截面积:
微型桩组合的等价换算面积:
微型桩组合的等价换算界面惯性矩:
桩受到的最大应力:
岩土体压应力验算:
式中 F——计算基准面处地基土的承载力的设计值,一般取250kPa,则
作用于砂浆和钢管上的应力:
式中 σR——作用于砂浆上的压应力(MPa);
f1——砂浆的抗压强度设计值,取30MPa;
——作用于钢筋上的压应力(MPa);
——钢筋的抗压强度设计值,310MPa。
桩的设计长度L包括两部分,分别是基准面以上的桩长L0和基准面以下的必要长度Lr0,计算公式如下:
式中 L0——计算基准面以上桩的长度,取值6.5m;
Lr0——计算基准面以下桩的必要长度(m);
τr0——桩与计算基准面以下土的黏结力设计值,90kPa;
D——微型桩的直径,150mm。
因此,设计桩长L=4.4+2.07=6.47m,取桩长为7m。按照相关文献中给出的经验公式,微型桩桩长为滑面以上的桩长与滑面以下微型桩的锚固经验长度L/3之和来确定,Lr0=2.2m,L=6.6m,取桩长为7m。因此,确定微型桩的桩长为7m。
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