孝义跨太汾高速公路特大桥抗滑桩防护方案

2014-08-01姚雄

山西建筑 2014年21期

关键词：系梁抗滑桩挠度

姚雄

(中交第四公路工程局有限公司，北京 101101)

0 引言

抗滑桩(anti-slide pile)是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层的滑坡，是一种抗滑处理的主要措施，是广泛采用的一种抗滑措施。

孝义跨太汾高速公路特大桥11号、12号墩抗滑桩设计长度19 m，在桩顶部设1.2 m×0.8 m系梁连接所有抗滑桩，加强桩顶部的整体稳定性。具体验算如下。

1 桩长及桩身最大弯矩计算

开挖深度10 m，土的内摩擦角取35°，土的重度γ=18 kN/m3，无地下水，采用人工挖孔灌注桩支护。取1 m为计算单元，计算桩入土深度及最大弯矩。顶部车辆荷载P=10 kN/m2。

1.1 桩的入土深度

由m，n值查图(布氏理论曲线)得:ω=0.62。

x= ωl=10.83 ×0.62=6.71 m。

t=μ +1.2x=8.89 m，故挖孔桩总长为 10+8.89=18.9 m。

1.2 桩的最大弯矩计算

设桩中心距按1.5 m布置，则每根桩最大弯矩为1 746.8×1.5=2 620 kN·m，最大弯矩在承台底2.96 m处。

2 桩身配筋验算

桩直径取1.25 m，钢筋净保护层厚度取5.5 cm;纵向钢筋20根，直径20 mm，fy=310 N/mm2;桩身混凝土 C30，fcm=16.5 N/mm2;

则桩身能承受的最大弯矩为:

3 挠度、变形计算

3.1 按挠度基本公式简单计算主动土压力作用下桩顶挠度

C30混凝土的有关参数:Eh=3.0×104MPa。

钢筋的有关参数:Eg=2.0×105MPa。

X=0.006 m，I0=Ig+Ih=0.086 3 m4。

桩的抗弯刚度取为0.8Eh×I0=2 071 546 875 N·m2，桩间距按照1.5 m计，主动土的压力简化为直角三角形示意图如图1所示。

图1 主动土压力简化为直角三角形示意图

承台底面以上桩荷载如下:

1)假定桩在承台底为刚节点，顶部自由，计算得桩顶挠度为2.9 cm，最大弯矩为－2 620 kN·m;

2)其他条件相同，顶部系梁水平力为50 kN，计算得桩顶挠度为1.9 cm，最大弯矩为－2 060 kN·m;

3)其他条件相同，顶部系梁水平力为100 kN，计算得桩顶挠度为0.9 cm，最大弯矩为－1 540 kN·m。

3.2 承台底土压缩变形计算

忽略承台底以下的桩变形、主动土压力及承台底0.84 m范围内的被动土压力，承台底以下的被动土压力简化为对顶的两个三角形，假定土的变形与土压力成正比例关系。

由∑M=0，∑E=0得(E为土压力):Ep1=259.13/1.5=

根据无粘性土被动土压力的计算公式:⇒H=2.28 m，2.28＜2.96(可)。

根据上面假定，以顶部土压力计算土的压缩变形:因桩整排布置，不计土压力水平扩散角，只计向下的扩散角。土的分层厚度取0.4 ×1.25=0.5 m，计算深度取3 m，黄土的压缩模量取10 MPa，沉降经验系数取0.2，则承台底以下0.84 m处的压缩变形为:

根据前面图式，桩绕底部以上3.17 m发生转动，得桩顶位移为0.016 m，则桩顶总位移为4.5 cm～2.5 cm。为了减小桩顶位移，必须增大系梁水平方向的惯性矩(加大系梁宽度)。

3.3 桩顶系梁位移

因为桩顶采用系梁连接，桩在承台两侧基本堆成布置，假设系梁在角点刚结，不发生位移，采用变形控制检算受力大小，不计钢筋对变形的影响。系梁采用C30混凝土，Eh=3.0×104MPa，截面尺寸取宽1.2 m，高0.8 m。0.8EI/2=13 824 ×105N·m2，米长系梁端部水平位移控制在1 cm内。

3.4 桩顶系梁配筋计算

选用材料，选用 C30，fcm=16.5 N/mm2，采用 HRB335级钢筋，fy=310 N/mm2。确定截面尺寸(系梁拐角处)取ρ=0.2%，b=800 mm，则1 660 mm，混凝土保护层厚度取40 mm，αs=50 mm，则h=1 660+50=1 710 mm，实际取h=1 500 mm，截面有效高度h0=1 500－50=1 450 mm。计算钢筋截面面积和选择主钢筋由式 Mu=α1fcbx(h0－x/2)，得:1 250 ×106=1.0 ×16.5 ×800x(1 450 －x/2)，x=66.8 mm，x2=2 833 mm(舍去)，代入式 α1fcbx=fyAs，得:As=2 844 mm2。