单排桩基‑承台‑挡墙组合支挡结构设计计算方法技术

本发明专利技术公开了单排桩基‑承台‑挡墙组合支挡结构设计计算方法，针对的组合结构由单排桩基、承台、挡墙、锯齿四个部分构成，并包括了挡墙、承台、桩基的设计计算方法。本发明专利技术提出了一种用于厚层、巨厚层滑坡体的新型组合支挡结构，较单独采用抗滑桩或者挡墙进行支挡的方式，效果更好，经济性更高。并提出了考虑地基抗力与桩‑承台协调作用的组合结构承台的计算方法，较现目前采用的计算方法更加接近结构的真实受力状态，能够简便的求得承台的挠度、转角、剪力和弯矩，为工程设计计算提供可靠的依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种组合支挡结构设计计算方法，具体包括由单排桩基、承台、挡墙、抗滑锯齿构成的组合结构和该结构的设计计算方法。
技术介绍
单排桩基-承台-挡墙是一种新型支挡结构，由抗滑桩、承台、锯齿和挡土墙组成，主要应用于公路、铁路河岸冲刷严重、高路堤陡坡地段，能够解决河岸防护建筑基础埋藏较深的困难。采用抗滑桩的边坡加固方法，桩身延伸至滑体顶面，故抗滑桩的埋深较深，桩身尺寸和弯矩值都较大。而组合结构将部分桩长替换为承台支承挡土墙的结构型式以承受部分水平推力，因而能够有效减小桩身弯矩、尺寸与路堤填方边坡高度，节省工程投资，故应用较为广泛。在山区、库岸、河岸地区的水利、交通等工程建设中，常常遇到高边坡、滑坡及高填方等工程，往往设置支挡结构以保护工程安全。常见的支挡结构物类型较多，如抗滑桩、挡土墙、桩板墙、锚锭板、锚索、锚杆、钢筋网等等。就抗滑桩和挡土墙技术以处理滑坡为例进行分析如下：抗滑桩是穿过滑坡体并深入滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，是一种抗滑处理的主要措施。在高陡边坡(含滑坡)加固工程中，当采用传统的抗滑桩时，抗滑桩主要承受剪力和弯矩作用，桩身自由段用于承受上部不稳定坡体的下滑推力，而桩身锚固段承受下部稳定岩土体提供的抗力以保持受力平衡。当不稳定坡体厚度较厚且下滑推力较大时，由于抗滑桩承受的剪力或弯矩较大，使得桩身横截面尺寸和桩身长度往往很大；另外，在考虑降雨、库水位变化、地震等作用时，抗滑桩的几何尺寸可能会更大，有时甚至不得不采用多排抗滑桩支挡。若采用桩-承台-挡墙组合结构，由于桩的悬臂端长度大大减小，使得桩所受弯矩显著减低，因而桩身截面尺寸和长度均明显减小。因此，对于浅层以及中厚层滑坡，采用抗滑桩结构能够取得较好效 果。对于厚层、巨厚层滑坡，该结构已不再适用。挡土墙是指支承填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。这里仅以衡重式挡土墙为例分析，衡重式挡土墙是以挡土墙自身重力与利用的土重来维持自身稳定，采用混凝土浇筑而成，一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，其经济效益明显。衡重式挡土墙的优点是可建成高度较大，就地取材，施工方便，经济效果好。但是，由于衡重式挡土墙体积、重量都大，因此对地基承载力要求较高。衡重式挡土墙在墙后土压力作用下，必须具有足够的整体稳定性和结构的强度，设计时应验算挡土墙在荷载作用下，沿基底的滑动稳定性，绕墙趾转动的倾覆稳定性和地基的承载力。衡重式挡土墙用于处理滑坡时，由于墙体必须穿过滑坡体并深入滑床，因此，其只能用于处理浅层滑坡，且滑床的地基承载力也必须满足要求。综上所述，以处理滑坡为例，抗滑桩在处理浅层和中厚层的滑坡时具有显著的优越性，而用于处理厚层及巨厚层滑坡的效果并不一定可靠；挡土墙仅能用于处理滑床地基承载力满足要求的浅层滑坡。在其它工程如高边坡、高填方工程中，抗滑桩和挡土墙也均有各自的局限性。基于挡墙与抗滑桩各自的优缺点，提出了一种单排桩基-承台-挡墙组合支挡结构及其设计计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中，挡墙和抗滑桩等结构的不足问题，提出了一种单排桩基-承台-挡墙组合支挡结构设计计算方法。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，单排桩基-承台-挡墙组合支挡结构的设计计算方法，针对的支挡结构支挡结构支撑基岩和滑坡体，所述滑坡体覆盖在基岩上。其特征在于：包括衡重式挡土墙、抗滑锯齿、承台和单排桩基。所述单排桩基的底部埋入基岩的内部，所述单排桩基的顶部位于滑坡体的内部。所述承台位于单排桩基顶部中心位置。所述承台与单排桩基进行刚性连接。所述承台位于滑坡体的内部。所述防滑锯齿位于承台的顶部。所述防滑锯齿与承台进行刚性 连接。所述衡重式挡土墙位于防滑锯齿的顶部，所述衡重式挡土墙的底部与防滑锯齿相契合。所述衡重式挡土墙支撑滑坡体。所述衡重式挡土墙与滑坡体相接触的一侧为左侧，所述衡重式挡土墙的左侧设有一处平台，所述衡重式挡土墙的右侧高于左侧。所述衡重式挡土墙和滑坡体形成内凹结构。设计计算方法，包括以下步骤：1)衡重式挡土墙的设计计算，包括：衡重式挡土墙的自重、水平和竖向土压力；1.1)衡重式挡土墙的自重的计算；所述衡重式挡土墙的自重为：G挡＝γ砼·V挡(式一)式中：G挡—挡土墙自重；γ砼—挡土墙材料重度；V挡—挡土墙体积；1.2)衡重式挡土墙的水平和竖向土压力的计算；所述衡重式挡土墙的土压力按照库伦土压力进行计算：式中：Ea—主动土压力；γ土—填土重度；h—挡土墙高度；(采用简化算法，不分别计算上下墙)Ka—主动土压力系数；—填土内摩擦角；ρ—墙背倾角，逆时针为正(俯斜)，顺时针为负(仰斜)；β—墙背填土表面的倾角；δ—墙背与土体之间的摩擦角；2)承台的外荷载和内力的计算；所述承台的外荷载包括竖向土压力和衡重式挡土墙的自重；所述承台的内力包括：剪力、弯矩、挠度和转角；2.1)基本假定梁的每一点挠度与地基变形相等，且两者之间没有缝隙存在；地基变形只与该点受力大小成正比，相邻地基不存在相互作用；弹性地基梁遵守平截面假定，结构在受力过程中，中性轴不发生偏转；2.2)承台的外荷载的计算；所述承台所受的均布荷载由上部传递的挡土墙自重和竖向土压力组成；式中：q—承台所受均布荷载；Eay—竖向主动土压力；G挡—挡土墙自重；L—承台长度；2.3)承台的内力的计算；2.31)winkler假定的弹性地基梁在均布荷载作用下，采用短梁计算方法下的初参数法进行求解：式中：EI—抗弯刚度；q(x)—外荷载方程；p(x)—地基反力方程；winkler假定地基沉陷与压力成正比p＝ky，并引入特征系数β，可得：式中：k—地基系数；得到解的基本形式为：式中：f(βx)为各种荷载情况下的挠度修正系数；y0—左侧初始挠度；θ0—左侧初始转角；Q0—左侧初始剪力；M0—左侧初始弯矩；克雷洛夫函数：双曲线函数：2.32)将固端作为边界将地基梁分为三部分进行计算，第一段与第三段视为一端自由一端固定的弹性地基梁，两者呈对称状态，第二段视为两端固定的弹性地基梁进行计算；对于均布荷载，挠度修正项为：均布荷载作用下的winkler弹性地基梁基本方程可以表示为：①悬臂段，即第一段或第三段由左侧约束条件Q0＝0、M0＝0得：由右侧约束条件yA＝0、θA＝0反算得到：进一步化简为：式中，L1—悬臂段长度；②中间段，即第二段由左侧约束条件yA＝0、θA＝0得：由右侧约束条件yB＝0、θB＝0反算得到：式中，L2—中间段长度；x—距左端固定处的距离；3)单排桩基的外荷载和内力的计算；桩基受到的外荷载包括：滑坡力、水平土压力、上部荷载产生的弯矩；内力包括：剪力、弯矩、挠度、转角；3.1)所述基本假定与步骤2.1)的基本假定相同；3.2)单排桩基的外荷载计算单排桩基受到滑坡力的作用，采用传递系数法进行计算；可得出第i条块的剩余下滑力(即该部分的滑坡推力)Ei，即：式中：Ei—第i块滑体剩余下滑力；Ei-1—第i-1块滑体剩余下滑力；Wi—第i块滑体重量；Ri—第i块滑体滑床反力；ψi—传递系数，ci—第i块滑体面上岩土体的黏聚力；Li—第i块滑体的滑面长度；—第i块滑体面上岩土体的内摩擦角；αi—第i块滑体滑面的倾角；αi-1—第i-1块滑体滑面的倾角；3.3)单排桩基的内力计算所述单排桩基本文档来自技高网...

【技术保护点】
单排桩基‑承台‑挡墙组合支挡结构设计计算方法，针对的支挡结构支撑基岩(5)和滑坡体(6)，所述滑坡体(6)覆盖在基岩(5)上；其特征在于：包括衡重式挡土墙(1)、抗滑锯齿(2)、承台(3)和单排桩基(4)；所述单排桩基(4)的底部埋入基岩(5)的内部，所述单排桩基(4)的顶部位于滑坡体(6)的内部；所述承台(3)位于单排桩基(4)顶部中心位置；所述承台(3)与单排桩基(4)进行刚性连接；所述承台(3)位于滑坡体(6)的内部；所述防滑锯齿(2)位于承台(3)的顶部；所述防滑锯齿(2)与承台(3)进行刚性连接；所述衡重式挡土墙(1)位于防滑锯齿(2)的顶部，所述衡重式挡土墙(1)的底部与防滑锯齿(2)相契合；所述衡重式挡土墙(1)支撑滑坡体(6)；所述衡重式挡土墙(1)与滑坡体(6)相接触的一侧为左侧，所述衡重式挡土墙(1)的左侧设有一处平台，所述衡重式挡土墙(1)的右侧高于左侧；所述衡重式挡土墙(1)和滑坡体(6)形成内凹结构；所述组合支挡结构设计计算方法包括以下步骤：1)衡重式挡土墙(1)的计算，包括：衡重式挡土墙(1)的自重和土压力；1.1)所述衡重式挡土墙(1)的自重为：G挡＝γ砼·V挡式中：γ砼—挡土墙材料重度；V挡—挡土墙体积；1.2)所述衡重式挡土墙(1)的土压力：其中：式中：γ土—填土重度；h—挡土墙高度；Ka—主动土压力系数；—填土内摩擦角；ρ—墙背倾角，逆时针为正(俯斜)，顺时针为负(仰斜)；β—墙背填土表面的倾角；δ—墙背与土体之间的摩擦角；2)承台(3)的外荷载和内力的计算；所述承台(3)的外荷载包括竖向土压力和衡重式挡土墙(1)的自重；所述承台(3)的内力包括：剪力、弯矩、挠度和转角；2.1)基本假定梁的每一点挠度与地基变形相等，且两者之间没有缝隙存在；地基变形只与该点受力大小成正比，相邻地基不存在相互作用；弹性地基梁遵守平截面假定，结构在受力过程中，中性轴不发生偏转；2.2)承台(3)的外荷载：其中：式中：Eay—竖向主动土压力；Ea—步骤1.2)中求得的主动土压力；G挡—步骤1.1)中求得的挡土墙自重；L—承台长度；2.3)承台(3)的内力的计算；以固端作为边界将地基梁，即承台(3)，分为三部分进行计算，第一段和第三段为一端自由一端固定的弹性地基梁；第二段为两端固定的弹性地基梁；①悬臂段，即第一段和第三段所述挠度y、转角θ、弯矩M、剪力Q：其中：克雷洛夫函数：式中，L1—悬臂段长度；k—地基系数；EI—抗弯刚度；β—引入的特征系数；②中间段，即第二段所述挠度y、转角θ、弯矩M、剪力Q：其中：克雷洛夫函数：式中，L2—中间段长度；x—距左端固定处的距离；β—引入的特征系数；3)单排桩基(4)的外荷载和内力的计算；桩基受到的外荷载包括：滑坡力、水平土压力、上部荷载产生的弯矩；内力包括：剪力、弯矩、挠度、转角；3.1)所述基本假定与步骤2.1)的基本假定相同；3.2)单排桩基(4)的外荷载计算采用传递系数法进行计算得到单排桩基(4)的外荷载q’；3.3)单排桩基(4)的内力计算所述单排桩基(4)分为自由段和锚固段两部分进行计算；①自由段所述挠度y、转角θ、弯矩M、剪力Q：其中：克雷洛夫函数：式中：H1—悬臂段与承台高度之和；F—滑坡力作用于承台侧面的水平力F＝q1×H承台；H承台—承台高度；EX—上部挡墙传递至承台顶面的水平力M外—外力作用下产生的弯矩；β—引入的特征系数；②锚固段，即自由段q’＝0与F＝0；所述挠度y、转角θ、弯矩M、剪力Q：M＝M'φ1+E'xφ2+4β2EIy0φ3+4βEIθ0φ4Q＝βE'xφ1+4β3EIy0φ2+4β2EIθ0φ3‑4βM'φ4其中：克雷洛夫函数：式中：H2—锚固段长度；E′x—上部传递的水平荷载；M'—上部传递的弯矩；E′y—上部传递的竖向荷载；β—引入的特征系数；其中：E'x＝Ex+F+q'×H1。...

【技术特征摘要】
1.单排桩基-承台-挡墙组合支挡结构设计计算方法，针对的支挡结构支撑基岩(5)和滑坡体(6)，所述滑坡体(6)覆盖在基岩(5)上；其特征在于：包括衡重式挡土墙(1)、抗滑锯齿(2)、承台(3)和单排桩基(4)；所述单排桩基(4)的底部埋入基岩(5)的内部，所述单排桩基(4)的顶部位于滑坡体(6)的内部；所述承台(3)位于单排桩基(4)顶部中心位置；所述承台(3)与单排桩基(4)进行刚性连接；所述承台(3)位于滑坡体(6)的内部；所述防滑锯齿(2)位于承台(3)的顶部；所述防滑锯齿(2)与承台(3)进行刚性连接；所述衡重式挡土墙(1)位于防滑锯齿(2)的顶部，所述衡重式挡土墙(1)的底部与防滑锯齿(2)相契合；所述衡重式挡土墙(1)支撑滑坡体(6)；所述衡重式挡土墙(1)与滑坡体(6)相接触的一侧为左侧，所述衡重式挡土墙(1)的左侧设有一处平台，所述衡重式挡土墙(1)的右侧高于左侧；所述衡重式挡土墙(1)和滑坡体(6)形成内凹结构；所述组合支挡结构设计计算方法包括以下步骤：1)衡重式挡土墙(1)的计算，包括：衡重式挡土墙(1)的自重和土压力；1.1)所述衡重式挡土墙(1)的自重为：G挡＝γ砼·V挡式中：γ砼—挡土墙材料重度；V挡—挡土墙体积；1.2)所述衡重式挡土墙(1)的土压力：其中：式中：γ土—填土重度；h—挡土墙高度；Ka—主动土压力系数；—填土内摩擦角；ρ—墙背倾角，逆时针为正(俯斜)，顺时针为负(仰斜)；β—墙背填土表面的倾角；δ—墙背与土体之间的摩擦角；2)承台(3)的外荷载和内力的计算；所述承台(3)的外荷载包括竖向土压力和衡重式挡土墙(1)的自重；所述承台(3)的内力包括：剪力、弯矩、挠度和转角；2.1)基本假定梁的每一点挠度与地基变形相等，且两者之间没有缝隙存在；地基变形只与该点受力大小成正比，相邻地基不存在相互作用；弹性地基梁遵守平截面假定，结构在受力过程中，中性轴不发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊杰，杨恒，赵迪，邱珍锋，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50