微型桩加固边坡的合理桩间距确定

微型桩被广泛应用于边坡加固、基坑围护、地基处理等工程领域,取得了较好的工程效果。目前,关于微型桩的设计研究工作相对滞后,一般只考虑单桩的作用而忽略了桩—土共同作用。本文阐述微型桩在边坡工程中的加固机理、微型桩的受力特征和破坏模式,并根据普通抗滑桩桩间距确定方法中的土拱效应来考虑微型桩的桩-土共同作用,提出了微型桩的合理桩间距确定方法,并对最大桩间距的影响因素进行了系统分析,对工程实例的分析表明研究成果可为类似工程提供参考。     

微型桩群加固土坡稳定性分析

微型桩是一种边坡快速加固技术,多大面积成群布置。基于强度折减技术研究了微型桩群加固边坡安全系数的数值计算方法,并对微型桩群加固均质土坡和含软弱夹层土坡的稳定性进行了对比分析。结果表明,微型桩群加固均质土坡的破坏模式与其布设位置关系密切,采用传统非耦合方法假定滑动面位置不变进行微型桩群的工程设计值得商榷;对于均质土坡,微型桩群锚固深度较小时,桩身变形以刚性旋转为主,随着锚固深度的增加,微型桩群的变形由刚性倾斜转化为柔性弯曲变形,对于含软弱夹层边坡,微型桩群的变形主要是弯曲变形;微型桩群最优锚固长度约为滑面以上自由段长度的1.5~2.0倍。削剪作用能够改善微型桩群受力并降低成本;对于均质土坡,当削剪长度小于自由段长度1/4时,不会降低加固边坡的安全系数,对于含软弱夹层边坡,最大削剪长度约为自由段长度的1/2;实际工程中对于可削剪的微型桩部分,无需设计加筋体,仅将钻孔回填压实即可,能够在确保加固效果的同时降低成本。     

地震作用下抗滑桩加固二级边坡稳定性分析

基于极限分析运动学定理与拟静力法,建立了二级边坡抗震稳定性分析模型。根据边坡不同的外形拓展出了两种坡面破坏形式。在此基础上,分析了边坡外形、上级边坡深度系数以及水平向地震力等因素对边坡稳定性的影响。对于不满足设计要求的二级边坡,考虑采用抗滑桩加固的方式,建立了单排抗滑桩加固边坡的功率方程,将桩身有效抗力作为目标函数进行优化,分析了抗滑桩最优桩位问题。研究结果表明,边坡外形与深度系数等因素对边坡稳定性及破坏模式均有较大影响。根据抗滑桩提供抗力最小的原则,二级边坡的最优布桩位置应靠近坡趾。对于二级边坡设计及施工具有一定的指导价值。     

微型桩加固隧道蠕滑山体治理效果研究

分析了隧道山体蠕滑病害工点病害原因,结合工程实际情况,提出采用微型桩群对病害进行加固治理,在控制山体滑移的同时,结合引排地下水、地表注浆等措施进行病害处治。病害体加固前后的模拟分析及现场监测均表明,边坡未加固前处于蠕滑阶段,采用微型桩加固后效果明显,位移明显收敛。相关病害治理措施,可为类似工程病害治理提供参考借鉴。     

微型桩加固浅层堆积层黄土滑坡破坏模式试验研究

采用微型桩加固边坡是一种高效、经济合理的加固方式,但其桩径小,容易发生破坏。对此,通过物理模型试验研究其破坏模式,即单桩破坏、局部破坏、整体破坏,并探求影响破坏模式的因素。实验采用三排桩梅花形布置,桩间距10 D,锚固深度2/5桩长~([1])。通过实验发现并认识到,桩的破坏模式与桩间土的性状及排间距有关系,在土质条件好的前提下选择合理排间距可使三排桩受力均等,从而发挥微型桩加固效果,同时,在微型桩加固边坡的基础上适当进行护坡加固,可有效保持土的性状,使微型桩长期处于较好的受力状态。     

基于加速度响应的微型桩加固土质边坡效果评价

为研究地震作用下微型桩加固土质边坡的作用效果,通过大型振动台试验,获得微型桩加固有软弱面的土质坡体桩间土的加速度响应数据,并对试验现象进行串联分析;重点对比在不同地震波加载方向下,桩群不同位置加速度响应的差异,用小波包对采集加速度时域曲线进行分解,分析其频谱特征,并与无软弱结构面的坡体加速度响应一般规律进行对比分析,以此对微型桩支护效果进行定性评价。结果表明:(1)在微型桩加固坡体后,会产生多种释放动能的途径,以保证整个坡体的稳定性。(2)经微型桩加固的测点趋向于无软弱面的均质材料所得到的加速度放大的一般规律,而未加固的山侧测点在滑面上下会产生"加速度错台"现象,表现出未经支护的自然滑坡体的破坏特征。(3)水平向加载时,低频为影响加速度响应的主导频率,而竖直向加载时,除中频段响应小,其余频段均有明显作用。(4)在后排桩河侧滑带上下,高频滤波作用明显,而后排桩山侧频率变化不明显。微型桩加固边坡对整体结构性的提升和边坡的稳定作用显著。     

微型桩组合抗滑结构及其设计理论

 微型桩具有诸多施工优势,近年来正不断推广应用于滑坡治理工程,并取得了较好的工程效果。但由于理论研究严重滞后,急需开展相应研究,为工程提供理论支持和技术服务。边坡岩体的工程地质条件是很复杂的,应针对坡体地质特征选择不同的微型桩组合结构。按照微型桩在坡体的设置位置总结出3种类型的微型桩组合抗滑结构,即坡面加固型、平台加固型和坡脚加固型,对每种类型又给出几种组合结构形式,讨论这些结构在设计计算时应考虑的一些关键问题以及适用条件。在这些结构中,具有顶梁固定微型桩的组合结构在工程中应用较多,按照桩–土相互作用原则讨论这种组合结构的抗滑机制。结果表明,微型桩组合结构除了可增强滑面的抗剪强度外,桩与土形成的抗滑体的抗滑机制不同于一般的抗滑桩,其抗滑效果不是由桩的整体抗弯能力来实现的,而是通过发挥微型桩的抗拉强度和桩土地基承载力的优势来抵抗滑坡推力的。为了求出桩的轴力,按照横向约束的弹性地基梁法提出了设计计算理论,并结合具体工程给出设计计算方法,得出了较为合理的计算结果。     

微型桩加固堆积层边坡参数敏感性耦合分析

采用有限差分软件FLAC3D,应用强度折减法,对微型桩加固浅层堆积层边坡稳定性进行耦合分析,系统性地研究了微型桩加固堆积层边坡设桩位置、设桩倾角、锚固深度等设桩参数与微型桩加固效果之间的规律。研究表明:耦合作用下,微型桩加固浅层堆积层边坡加固效果与微型桩设桩位置关系较大,对于该浅层堆积层边坡,微型桩位于边坡中上部时能充分发挥其加固效果。倾斜设桩对比铅锤设桩,微型桩加固效果更好,微型桩的最优设桩倾角约为50°。对于嵌入完整岩层中的微型桩,边坡安全系数随着锚固长度的增加而增大,当微型桩锚固长度达到最优长度时,增加锚固长度不再对边坡安全系数造成影响。     

采用抗滑桩的边坡加固优化设计

为了保持边坡稳定而采用布置抗滑桩的方式,在边坡加固措施中较为普遍并且效果非常显著,但现有的抗滑桩加固边坡的措施在设计上仍然存在诸多不足以及不合理之处。本文主要采用数值模拟的方法并以强度折减法原理为理论基础,对天然边坡的稳定性、单排桩加固边坡稳定性和双排桩加固边坡进行了稳定性分析。通过研究布桩位置、排距、桩径、桩长及间距与边坡的安全系数的关系,对比了采用不同加固方案对同一边坡的加固效果,总结了抗滑桩加固边坡的优化设计路线,为以后抗滑桩加固边坡的工程提供参考。     

土质边坡锚固设计方法研究

在满足边坡稳定安全的基础上,运用边坡稳定性分析中的传递系数法分析边坡推力分布特征,以边坡主下滑段为预应力锚索加固对象,考虑其上滑体的下滑推力和阻滑段的抗力作用,得出求解加固段各条块预应力锚索抗力的计算公式,建立预应力锚索设计荷载与其布置间距的关系,提出一套直观、简捷的土质边坡预应力锚索加固设计的方法,可直接确定预应力锚索设计荷载与其布置间距,且边坡的稳定性能自动满足工程要求.并应用该设计方法对某工程进行了实例分析.     

Design method for stabilization of earth slopes with micropiles

As one of the measures for slope fast reinforcement, micropiles are always designed as a group. In this paper, an analytic model for the ultimate resistance of micropile is proposed, based on a beam–column equation and an existing p–y curve method. As such, an iterative process to find the bending moment and shear capacity of the micropile section has been developed. The formulation for calculating the inner force and deflection of the micropile using the finite difference method is derived. Special attention is given to determine the spacing of micropiles with the aim of achieving the ultimate shear capacity of the micropile group. Thus, a new design method for micropiles for earth slope stabilization is proposed that includes details about choosing a location for the micropiles within the existing slope, selecting micropile cross section, estimating the length of the micropile, evaluating the shear capacity of the micropiles group, calculating the spacing required to provide force to stabilize the slope and the design of the concrete cap beam. The application of the method to an embankment landslide in Qinghai province, China, is described, and monitoring data indicated that slope movement had effectively ceased as a result of the slope stabilization measure, which verified the effectiveness of the design method.     

灌注细石混凝土微型桩基础下压试验研究

通过现场真型试验,对灌注细石混凝土成桩微型桩基础抗压承载机理及其抗压承载力计算方法进行了研究。试验表明:本次试验条件下,微型桩单桩可看成纯摩擦桩进行抗压承载力计算;微型桩群桩在极限下压荷载作用下,承台底部土体承担荷载比例仅为4.8%,在进行微型桩群桩抗压极限承载力计算时可不考虑承台底土的承载作用;由于承台对下压荷载的重分配,在下压荷载作用下,角桩承力最大,边桩次之,中桩最小;本次试验条件下,微型桩抗压群桩效应系数可取0.8进行计算。     

集约式微型桩群水平承载性能试验研究

 对矩形布置的集约式微型桩群支护体系采用分级加载的方法,进行水平荷载原型试验及数值计算,研究滑坡推力作用下集约式微型桩群抗滑作用机制,并分析桩间土体参数、桩身强度、桩排间距等设计参数变化对桩群水平承载性能影响的敏感程度。结果表明,在滑体介质为粉质黏土的地层中,当滑坡推力超过某一定值时前排桩才会发挥支挡作用,桩群前方土压力峰值的位置深于桩群内部,微型桩群与土体水平荷载分担比约为7：3;控制最佳排间距,相比优化其他设计参数对提高集约式微型桩群水平承载力、减小桩顶位移效果明显。试验成果为深入分析集约式微型桩群的抗滑机制和优化工程设计提供了参考。     

微型桩体系加固顺层岩质边坡的内力计算模式

根据微型桩的结构布置形式，将加固顺层岩质边坡的微型桩体系分为3种类型，即独立微型桩体系、平面桁架微型桩体系和空间桁架微型桩体系。将微型桩体系和桩间岩土体视为桩-岩土体的复合型结构，提出了桩-岩土体-桩的相互作用模式和作刚力计算分析模型，该模型考虑桩-岩土体-桩的相互作用，可较好模拟滑坡推力在各排桩之间的传递机制。最后，应用有限元理论建立计算微型桩体系内力和变形的力学模型，并将该模型应用于渝怀铁路顺层岩质边坡加固计算中，取得了良好的效果。     

微型桩杆塔基础水平承载力试验研究

通过现场真型试验,对微型桩基础的水平承载力进行研究。试验研究表明:二次注浆工艺有利于提高微型桩水平承载力,当采用投石注浆成桩时,应用于输电线路工程的微型桩必须采用二次注浆工艺;二次注浆工艺对微型桩水平承载力的提升作用因上部土层性质而异,尚需更多的试验和实践确定不同土层性质下二次注浆对微型桩水平承载力的提升效果;适当在微型桩群桩中布置一定的斜桩有利于提高群桩的水平承载力,但应考虑斜桩施工困难会对施工工期产生影响;进行微型桩基础设计时宜按水平允许位移进行控制,在合理选用设计参数的情况下,可采用本文提供的设计方法进行微型桩基础水平承载力的初步设计。     

框架微型桩结构抗滑特性的模型试验研究

 基于模型试验结果,对框架微型桩结构的抗滑特性进行研究。研究结果表明,滑坡推力作用下,框架微型桩结构中微型桩顶水平位移与荷载之间为双曲函数关系,且框架梁在荷载作用下发生倾斜,后排微型桩产生较为明显的被拔出趋势。对土压力以及桩身弯矩的监测结果表明,均布荷载作用下,作用在框架微型桩结构上的滑坡推力的分布近似为梯形,滑面及桩顶部土压力较大,桩底部土压力较小,后排微型桩受到的滑坡推力比前排桩大,推力最大值之比约为1∶0.6,滑面以下桩后土抗力的分布近似为倒三角形。将微型桩布置更为密集的微型桩框架结构具有更大的极限抗力;但是,在相同位移容许值的条件下,试验中2种结构的抗滑承载力差别不大。框架梁可以有效限制微型桩顶位移并减小桩身弯矩,但也会在微型桩顶部产生较大的弯矩,故实际工程中可以采取增大截面尺寸、增大框架梁埋深或增设套管等措施提高微型桩截面的抗弯刚度,从而提高框架微型桩结构的整体抗滑性能。     

微型桩-锚组合新结构抗滑特性的数值分析

针对微型桩加固滑坡时容易出现侧向变形的缺陷,笔者基于综合排桩刚架结构与拉锚式挡土结构形式优点的研发思路,提出了一种微型桩-锚组合抗滑新结构。利用FLAC^3D分析了新结构的变形与受力特性,并与传统刚架式微型桩结构进行了比较。结果表明:相比普通刚架式结构,新结构加固后的边坡位移场和桩顶水平位移明显减小,其加固效果和抗滑能力更优;斜向预应力锚索增强了微型桩的侧向刚度,结构变形曲线相对平缓;桩体弯矩、剪力分布相对均匀,发挥了结构的整体受荷能力,且峰值有所降低;除抗弯和抗剪作用外,微型桩还起到轴向作用,尤其是顺坡桩侧摩阻力作用明显;锚索拉力随边坡变形累积而逐渐增大,可以利用稳定地层的自承能力分担部分滑坡荷载;由于锚索预应力的主动施加,结构对桩后土体起到预加固作用,系梁附近桩侧土压力明显增大。研究结果可为该新结构的设计提供一定理论依据。     

Mechanism of Bearing Capacity of Spread Footings Reinforced with Micropiles

The Hyogoken-Nambu Earthquake in 1995 caused extensive damages to the foundations of bridges. Ever since, methods to improve the bearing capacity of existing foundations have become an important aspect of foundation engineering in Japan. Micropiles are considered to provide promising solutions. The mechanism which enhances the bearing capacity of surface footings reinforced with micropiles is the subject of investigation in this study. As an initial phase, model tests were conducted to understand the load-displacement behavior of surface footings with and without micropiles on loose, medium dense, and dense layers of sands. Salient factors which influence the behavior of the footings were selected and their influence on bearing capacity was examined through a comprehensive series of model tests. Notable improvements in the bearing capacity of surface footings reinforced with vertical micropile groups were observed in the case of dense sand which is dilative during shear. To assess quantitatively the degree of improvement in the bearing capacity of surface footings reinforced with micropiles, an index R called “Network Effect Index” was introduced in this study. The index R of unity means that the bearing capacity of footings reinforced with micropiles is simply equal to the summation of the individual value of the surface footing and that of the micropile group. An index R of more than two is achieved in this study where surface footings reinforced with a group of vertical micropiles bear on a dense layer of dilative sand. By contrast, with loose and medium dense sand, which are contractive in nature, the index R is found to be less than unity.     

风化岩地基微型抗浮桩承载性能原位试验研究

微型抗浮桩具有地层适应性强、布置形式灵活、成孔快、施工占用场地小、施工机械小型化及经济环保等优点。基于中风化花岗岩地层8根微型抗浮桩现场静载荷试验,研究青岛风化岩地基微型抗浮桩的竖向抗拔承载性状。试验结果表明:试桩Q-s曲线为缓变型,极限荷载作用下桩长为4.2~5.1 m的微型抗浮桩总上拔量不超过7.0 mm,极限抗拔承载力高达1 700 kN,承载力较高,满足设计要求;单桩单位平均极限侧摩阻力为0.307~0.425 MPa;在其他条件均不变的情况下,微型抗浮桩的单位平均极限侧摩阻力随桩径的增加而减小。