抗滑桩内力的监测与计算

抗滑桩内力的监测与计算

申永江,孙红月,尚岳全,王迎超,李焕强

(浙江大学建筑工程学院,杭州　310027)

摘要:抗滑桩已广泛应用于滑坡治理,但是对抗滑桩的监测研究还不够深入。通过测斜管监测抗滑桩的侧向位移,在文克勒弹性地基梁模型的基础上计算得到锚固段地层抗力,。对抗滑桩不同部位钢筋的受力进行监测,可求得各个截面处的弯矩。,由监测求得的滑坡剩余下滑力值和抗滑桩各截面弯矩,,就可以计算得到抗滑桩的弯矩和剪力分布图。,并为改进抗滑桩的设计提供依据。

关键词:监测;抗滑桩;中图分类号:TU473:A文章编号:100023665(2009)0520018205

　　抗滑桩设计中,关键的一项就是计算滑坡剩余下

滑力,但是其准确计算还存在很多困难。设计部门往往顾及安全而增大抗滑桩的抗滑推力,这就造成了极大的浪费。另外,由于地层条件的复杂性,抗滑桩的抗

[1]

滑推力偏小,抗滑桩失效,又造成极大的损失。因此,需要通过监测来确认抗滑桩的真实受力,计算抗滑桩的内力分布,评价抗滑桩的加固效果。

目前,抗滑桩施工完成以后,只有少数进行了长期监测,而对于监测数据的深入分析还很少。抗滑桩的监测内容主要有位移监测、钢筋的应力监测和滑坡推力监测。位移的监测包括用全站仪等监测桩顶位移和在抗滑桩上设置测斜管来监测抗滑桩的侧向位移。在抗滑桩的受力钢筋上焊接钢筋计来监测钢筋的应力,在桩后设置土压力盒直接来监测滑坡推力。现有的监

[2]

测大多只是观测桩顶位移,只有少数进行了抗滑桩

[1～3][1,5,6]

钢筋应力和桩后土压力的监测,这些监测方法都为了解抗滑桩的位移和受力特性起到了一定作用。要深入了解抗滑桩的受力特性,就必须对监测数

[7]

据进行深入的分析。李文广等通过对基坑围护墙的监测,运用光顺样条算法拟合围护墙的曲率,进而求得

[8]

弯矩。林三贤(San2ShyanLin)等运用桩土系统能量

收稿日期:2008211205;修订日期:2009202209

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40672185),国家自然

科学基金资助项目(40502026)和浙江省重大科技专项社会发展重点项目(2006C13027)

作者简介:申永江(19792),男,博士研究生,主要从事边坡工程

的稳定性评价和安全监测。

E2mail:shyj79@http://www.77cn.com.cn

守恒原理,引入傅立叶级数函数和西沙洛平均方法,通过测斜数据评价单桩的侧向应力。P1S1K1Ooi和T1L1Ramsey用测斜数据拟合基坑挡墙和深基础曲率

[9]

曲线来计算结构物的弯矩。这些监测和数据处理方法为计算抗滑桩的内力提供了思路。

要计算抗滑桩的内力,就必须求得抗滑桩上所有的未知力,其中关键就是求锚固段地层抗力和滑坡剩余下滑力的大小与分布。本文从抗滑桩侧向位移和钢筋受力的监测入手,来计算锚固段地层抗力和滑坡剩余下滑力,进而分析抗滑桩的内力分布,为判断抗滑桩的设计是否合理提供一种方法,同时为滑坡的后期治理提供依据。

1　抗滑桩的内力计算

111　抗滑桩作用力系的假设

作用于抗滑桩的外力包括滑坡的剩余下滑力、锚固段地层抗力、锚索拉力、桩底应力、桩侧摩阻力和粘着力等。桩底应力、桩侧摩阻力和粘着力计算都很复杂,它们对抗滑桩都是有利的,在抗滑桩的设计中一般不予考虑。下面的计算也只考虑滑坡剩余下滑力F、锚固段地层抗力σ(z)和锚索拉力T(图1)。112　锚固段地层抗力的计算

在Winkler弹性地基梁模型的基础上,采用不同的地基反力系数假设,求得抗滑桩锚固段的地层抗力。

锚固段的地层抗力计算公式为:

σ(z)

∫

=σ(1)+σ(2)+…+σ(n)

(1)

式中:σ(1),σ(2),…,σ(n)———滑动面以下第1m,

Mj=

(z

∫

z0

z

j

j

-z)f(z)dz-T(zj-z0)(6)

　　当0<z≤zj时,

Mj=

(z

∫

z0

j

-z)f(z)dz-j

T(zj-z0)-

[(z∑

-z)σ(z)](7)

式中:Mj———抗滑桩j截面的弯矩;

图1　抗滑桩的作用力系

Fig.1　Forcesofactingonanti2slidepile

zj———抗滑桩j截面的z坐标。

第2m,…,第nm的地层抗力。

第im的地层抗力计算公式:

σ()=式中:σ(i)———第imKi———第im;b———抗滑桩的宽度;

其余符号意义同前。

,进而可计算钢筋计,,不承担拉力,拉力完全由钢筋承担。根据图2,取轴向力以及弯矩平衡,得到抗滑桩截面弯矩的计算公式:

K=C=α1fcbxM=αh0-1fcbx

(8)(9)

si———抗滑桩在滑动面以下第im的侧向位移。

2

113　滑坡剩余下滑力的计算

按照抗滑桩作用力系假设和图1中的力学分析,

由水平向的力学平衡条件得:

F=σ(z)+T

式中:K———单根受拉钢筋的拉力;

C———受压区混凝土承受的压力;

fc———混凝土轴心抗压强度设计值;

∫

(3)

α——矩形应力图的强度与受压区混凝土最大1—

应力fc的比值;

b——

—截面宽度;

x———按等效矩形应力图计算的受压区高度;M———抗滑桩的抵抗弯矩;h0———截面有效高度。

　　滑坡剩余下滑力的分布型式因岩土体状况的不同

[10]

而不同。戴自航总结了几种滑坡推力和土体抗力的分布型式,并给出了它们的函数表达式。以此为参考,并参照图1中的坐标系,假设剩余下滑力的分布函数f(z)为一个二次多项式:

2

(4)f(z)=az+bz+c式中:a、b、c———待求的二次项、一次项和常数项系

数。

滑坡剩余下滑力为:

F=

f(z)dz∫

z

(5)

图2　矩形截面抗滑桩弯矩计算简图

Fig.2　Momentcalculationsketchoftheanti2slide

withrectangularsection

　　z0的取值分两种情况:当≤-18,z0=-18;

2a

2

当-18<

2

2a

2

≤0时,z0=

。

2a

z0=-18时,抗滑桩各截面弯矩的计算分如下两

种情况:

当z0≤z≤0时,

通过钢筋计来监测抗滑桩多个截面上钢筋的受力,假设受拉一侧每根钢筋的受力都是一致的,那么由(8)、(9)两式可求得各个钢筋计监测截面的弯矩。由(4)～(7)式可得到一组超定方程组,运用MATLAB运算程序得到最小二乘意义上的解,这样就求出了滑坡剩余下滑力的分布函数f(z)。监测截面越多,超定方程组的解越接近真实值。

114　抗滑桩内力的计算-48,见图3(b)

。

根据求得的地层抗力、滑坡剩余下滑力、锚索拉力

(7)两式已经给出了抗滑来计算抗滑桩的内力。(6)、

桩的弯矩计算方法。下面按照图1中的坐标系来推导抗滑桩剪力的计算公式为:

当z0≤z≤0时,

Qj=

f(z)dz-∫

z

z

j

T

(10)

　　当0<z≤zj时,

Qj=

f(z)dz-∫

z

z

j

z=1

σ(z)∑

-T(11)

图3　抗滑桩的布置示意图

Fig.3　Layoutofanti2slidepiles

式中:Qj———jzj———抗滑桩jz综合以上分析,筋计,就可以知道抗滑桩的受力状态,直接计算抗滑桩的内力,为抗滑桩的评价提供依据。下面以杭金衢高速公路K103滑坡抗滑桩的侧向位移监测和钢筋受力监测为例,计算抗滑桩的内力分布,评价抗滑桩的抗滑效果。

212　抗滑桩内力计算

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