桩背荷载如此“周全”计算是否可靠

文摘   2024-12-25 18:28   重庆  

据几个岩土界朋友说,目前贵州对抗滑桩设计有一个做法,计算桩背荷载时要考虑三种荷载,一个是由土体强度控制的主动土压力,一个是由土体强度控制的圆弧形滑动剩余滑动力,一个是沿既有滑面或结构面(包括原生结构面)滑动的剩余滑动力,三者比较取大值。如果不存在既有滑面或结构面,就考虑前两种荷载。虽然这不是明文规定,但很多大的审图机构都予以默认,要求设计人按此办理。

这种做法在重庆也曾经出现过。多年前,我参加初步设计审查会时,一位专家也是对设计人这样要求的。由土体强度控制的主动土压力,有人称为土压力模式,由土体强度控制的圆弧形滑动剩余滑动力,有人称为圆弧形滑动模式,沿既有滑面或结构面滑动的剩余滑动力,有人称为沿结构面滑动模式。那时参加审查会的专家除造价专家外由搞地质勘察和搞结构设计的两部分专家组成,岩土工程专家根据情况,有时归入地质勘察专家,有时归入结构设计专家。提出这一要求的专家是结构专家。

这种做法看起来是周全的,其实并不可靠。

1.由土体强度控制的主动土压力和由土体强度控制的圆弧形滑动剩余滑动力都是针对有土体强度控制的滑动而言的。主动土压力计算时把滑面假定为直线形。由土体强度控制的滑面既不是直线形,也不是圆弧形,但最危险的圆弧形滑面要比最危险的直线形滑面接近实际得多。在这种情况下,对应于最危险圆弧形滑面的稳定性低于对应于最危险直线形滑面的稳定性。正因为如此,在大小等于主动土压力的挡墙反力作用下本应处于极限平衡状态(即稳定系数为1)的墙后土体,其稳定系数却小于1。

对坡面直立、坡顶坡底水平、坡体无附加荷载、无水压力、重度为20kN/m3的边坡,给出2组粘聚力、内摩擦角和坡高数据,按国标《边坡规范》2013版第6.2.3条算得的主动土压力和按第A.0.1条(简化毕肖普法稳定系数公式)算得的抗滑稳定系数如表1所示。

因此,滑面选择没必要直线形和圆弧形两个都用,用圆弧形即可。

2.只要是边坡,是否需要抗滑治理就是按稳定系数是否小于稳定安全系数判断的。主动土压力只在边坡稳定系数小于1的情况下存在,如果边坡稳定系数大于或等于1,就算不出主动土压力(即主动土压力为负值或为0)。根据上述,有时稳定系数小于1但小于1不多时也算不出主动土压力。因此,对边坡而言,主动土压力模式不仅是多余的,有时也是靠不住的。在要求计算由土体强度控制的圆弧形滑动剩余滑动力和沿既有滑面或结构面滑动的剩余滑动力的情况下,桩后土体显然是视为边坡的,所以主动土压力模式有时也靠不住。

3.对边坡中的圆弧形滑面,采用传递系数法(指抗滑力调整法)计算稳定性和桩背荷载是不合适的。对同一个圆弧形滑面,该法计算结果随相邻条块倾角差的变化较大,而相邻条块倾角差是随分条数量的增加而增加的。条块很少时,稳定系数较大,桩背荷载较小,条块很多时,稳定系数可小到接近瑞典法结果,桩背荷载会增大较多。正因为其计算结果相当不稳定,对圆弧形滑面,各种规范都不推荐采用传递系数法进行稳定性计算。传递系数法之外的条分法(例如简化毕肖普法)并非不能进行桩背荷载计算,而是目前把剩余滑动力或其水平分力当做桩背荷载的做法不正确,导致传递系数法之外的条分法无法应用。

4.无论是圆弧形滑面还是既有滑坡滑面或结构面,用剩余滑动力或其水平分力做桩背荷载都是不正确的,偏小程度随桩后外倾滑面倾角增加而增加,应该采用按稳定性公式反算法。采用按稳定性公式反算法能保证支护后的边坡稳定系数达到稳定安全系数。对圆弧形滑面,用剩余滑动力水平分力做桩背荷载尤其不合适。末块滑面倾角是随分条数量变化的,分条越多,末块滑面倾角越小,反之,末块滑面倾角越大。分条少时,剩余滑动力本来就比分条多时小,此时末块滑面倾角大,使得剩余滑动力水平分力比分条多时更小。

有关道理的更具体阐述,见《边坡规范修改建议》一书。

玉述岩土
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