一种综合考虑抗剪及支撑作用的钢管桩支护体系设计方法

技术领域

本发明属于岩土设计领域，具体涉及一种综合考虑抗剪及支撑作用的钢管桩支护体系设计方法。

背景技术

为满足社会经济快速发展需要，各地大力开展公路基础设施建设，我国西南地区，地质条件复杂、降雨充沛，路基稳定性受到巨大考验。路基长期暴露在自然环境中，土体自重、行车荷载、雨水渗入等因素导致其不均匀变形，影响行车质量和安全，严重时发生道路沉陷，破坏路面，中断交通。特别是路基土液化及软化现象引发的道路沉陷，地基处理难度更大。传统加固处理手段，如大范围换填、注浆、强夯加固、散体材料桩、刚性桩等，往往施工难度大，机械、材料、人力投入大，工程造价高，难以适应突发性、局部性的道路沉陷抢险支护。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合考虑抗剪及支撑作用的钢管桩支护体系设计方法，通过计算钢管桩的最小数量，便可以确保地基塌陷处加固工程的可靠性。

为解决上述问题，本发明提供了一种综合考虑抗剪及支撑作用的钢管桩支护体系设计方法，包括如下步骤：数据测量步骤，测量获得如下路面数据：路面的路宽L、重量G、路面均布荷载q、路基岩体中软弱结构面的倾角θ、软弱结构面的内摩擦角

进一步的，上述综合考虑抗剪及支撑作用的钢管桩支护体系设计方法中所述钢管桩最少布置数量为：

其中，f

进一步的，上述综合考虑抗剪及支撑作用的钢管桩支护体系设计方法中所述滑体基岩石的下滑力计算方程为：T＝(W+W

进一步的，上述综合考虑抗剪及支撑作用的钢管桩支护体系设计方法中所述竖向力平衡方程为：F

进一步的，上述综合考虑抗剪及支撑作用的钢管桩支护体系设计方法中所述钢管桩所整体承担的水平抗剪力计算方程为：

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：针对路基顺层滑坡导致的道路沉陷，在沉陷端布置钢管桩，通过道路顶部钻孔注浆，使钢管桩与道路刚性有效连接，进而将道路荷载传递至深部稳定岩石持力层，钢管桩也可以抵抗上部滑体产生的下滑推力，进而既能确保道路岩石路基的整体稳定性，又能够迅速控制道路产生过大的沉陷变形，而通过计算可以使得加固工程更加可靠稳定，降低发生二次沉陷的可能性。

附图说明

图1为本发明实施例中沉陷道路钢管桩支撑加固示意图；

图2为本发明实施例中下滑体基岩受力分析图；

图3为本发明实施例中沉陷道路钢管桩支撑体系约束及受力分析图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，现有一公路采用混凝土浇筑而成，已知路宽为L，厚度为H，重量为G，路面均布荷载为q，根据勘察资料路基持力层为中风化页岩地基，路基岩体中存在一软弱结构面，倾角为θ，内聚力为c，内摩擦角为

如图1所示，于道路前端宽度为m范围内布置n棵钢管桩进行加固支护，已知钢管桩弹性模量为E，外径为d

如图2所示，取单位宽度滑体基岩进行受力分析，滑体基岩受自身重量W，受顶部道路重量G

T＝(W+W

其中，W

抗滑力R如下式：

其中，l为滑面长度，l＝L

剩余下滑力P如下式：

P＝T×F

其中，F

将公式(1)和公式(2)代入公式(3)中，整理后可得：

于是剩余下滑力水平分力如下式：

参考图3，对沉陷道路与钢管桩组成的体系进行受力分析，沉陷道路受重力G及路面荷载qL，道路后端受稳定基岩支撑力N及摩擦力f，钢管桩群整体底部受稳定基岩支撑力F

F

其中，F

建立水平力平衡方程如下：

F

其中，F

联立公式(5)、公式(6)和公式(7)，钢管桩群整体承担的水平抗剪力F

于是，钢管桩布置数量n如下式：

其中，f

于是

即最少布置量为：

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。