本發(fā)明屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種兼具阻滑功能的山區(qū)抗拔樁及其設(shè)計(jì)方法，適用于山區(qū)潛在不穩(wěn)定性斜坡體上修建的高壓輸電線塔和信號傳輸塔基礎(chǔ)。

背景技術(shù)：

在我國西南山區(qū)進(jìn)行電力和通訊設(shè)施建設(shè)時(shí)，不可避免會在潛在不穩(wěn)定性斜坡體上修建高壓輸電線塔和信號傳輸塔基礎(chǔ)。一般來說，高壓輸電線塔主要承受風(fēng)荷載作用，其下的樁基礎(chǔ)則發(fā)揮抗拔功能，從而防止電塔傾覆；但在山區(qū)斜坡體上修建高壓輸電線塔和信號傳輸塔時(shí)，情況更為復(fù)雜，其下的樁基礎(chǔ)不僅用作抗拔樁，還需兼具抗滑功能；同時(shí)，作為高聳結(jié)構(gòu)物的高壓輸電線塔和信號傳輸塔要特別關(guān)注強(qiáng)降雨、長持時(shí)降雨、強(qiáng)震等極端荷載條件下的邊坡局部和整體穩(wěn)定性問題。

目前高壓輸電線塔樁基，僅作為抗拔樁設(shè)計(jì)而不兼具抗滑功能，無法保證基樁-邊坡不發(fā)生整體失穩(wěn)破壞。因此，設(shè)計(jì)一種兼具阻滑功能的抗拔樁，充分利用樁身上下各部位的巖土層，使樁基不僅能夠提供抗拔力，還能提供強(qiáng)大的抗滑力，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決當(dāng)前抗拔樁設(shè)計(jì)中尚未考慮抗滑功能的不足，本發(fā)明提供一種兼具阻滑功能的抗拔樁，既可以作為結(jié)構(gòu)物樁基礎(chǔ)，又能加固邊坡、控制邊坡滑移；滿足在山區(qū)潛在不穩(wěn)定性斜坡體上修建高壓輸電線塔和信號傳輸塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種山區(qū)阻滑抗拔樁，該山區(qū)阻滑抗拔樁兼具阻滑、抗拔功能，包括上段樁身1、擴(kuò)徑樁身2、下段樁身3、擴(kuò)底樁端4和鋼筋籠5。

所述的上段樁身1、擴(kuò)徑樁身2和下段樁身3為圓柱結(jié)構(gòu)的灌注樁，所述的擴(kuò)徑樁身2位于上、下段樁身之間；所述的上段樁身1和下段樁身3直徑相同，擴(kuò)徑樁身2直徑為上、下段樁身直徑的2～3倍。所述的擴(kuò)底樁端4為圓臺結(jié)構(gòu)的灌注樁，擴(kuò)底樁端4與上段樁身1、擴(kuò)徑樁身2和下段樁身3通過內(nèi)部的鋼筋固定連接，所述的擴(kuò)底樁端4的側(cè)面傾角為45°。所述的上段樁身1、擴(kuò)徑樁身2、下段樁身3、擴(kuò)底樁端4的各段橫截面均為圓形且同軸設(shè)置。所述的山區(qū)阻滑抗拔樁的整個(gè)樁身內(nèi)設(shè)置鋼筋籠5；所述的混凝土采用C30混凝土。

潛在滑動面8以下為穩(wěn)定體7，以上為滑坡體6；所述的山區(qū)阻滑抗拔樁的擴(kuò)徑樁身2的下部、下段樁身3以及擴(kuò)底樁端4設(shè)置在穩(wěn)定體7內(nèi)部；對于土質(zhì)巖層，潛在滑動面8以下山區(qū)阻滑抗拔樁的錨固深度為1/3～1/2樁長，對于完整堅(jiān)硬的巖層，錨固深度為1/4～1/3樁長。

上述山區(qū)阻滑抗拔樁的設(shè)計(jì)方法，具體包括以下步驟：

1)通過極限平衡法、強(qiáng)度折減法求得潛在滑動面8，根據(jù)地質(zhì)以及潛在滑動面8處巖、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，計(jì)算滑坡推力。針對不同的潛在滑動面8，采取不同的計(jì)算方法。

2)根據(jù)地形、地質(zhì)、工程要求及施工條件確定山區(qū)阻滑抗拔樁的位置及范圍。

3)根據(jù)滑坡推力大小、地形及地質(zhì)性質(zhì)，確定樁身長度、錨固深度、截面尺寸及樁間距。所述的樁身長度取決于樁端持力層選擇；所述的錨固深度按如下經(jīng)驗(yàn)擬定：對于土質(zhì)巖層可以采用1/3～1/2樁長；對于完整堅(jiān)硬的巖層可以采用1/4～1/3樁長；實(shí)際工程中常按經(jīng)驗(yàn)擬定樁間距，樁的中心距為擴(kuò)徑樁身直徑的2～4倍，通常在滑坡主軸附近樁的間距較小，兩側(cè)間距較大。所述的樁截面尺寸根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

4)確定樁的計(jì)算寬度，并根據(jù)地層性質(zhì)，通過“K”法、“C”法或“m”法確定地基系數(shù)；采用如下公式進(jìn)行樁計(jì)算寬度的換算：b₁＝K_f·K₀·K₁·d式中，d為樁的直徑，K_f為形狀換算系數(shù)，K₀為受力換算系數(shù)，K₁為樁間的相互影響系數(shù)；

5)由地基系數(shù)及樁的截面尺寸，根據(jù)“K”法或“m”法計(jì)算樁的變形系數(shù)，并根據(jù)變形系數(shù)設(shè)計(jì)彈性樁或者剛性樁。

6)根據(jù)樁底的邊界條件，通過“K”法或者按“m”法，建立撓曲微分方程，計(jì)算樁身各截面的變位、內(nèi)力及側(cè)壓力；

7)采用如下公式計(jì)算與驗(yàn)算單樁抗拔承載力P_u和抗滑穩(wěn)定性：

P_u＝Q_s+Q_b+W_s；

式中，Q_s為樁身側(cè)摩阻力，Q_b為擴(kuò)底部分抗拔承載力，W_s為樁與土體的有效自重；N_k為按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的單樁上拔力，G_p為樁的自重(地下水位以下扣除浮力),P_u為單樁抗拔承載力。

8)采用如下公式校核地基強(qiáng)度：

式中，σ_max為樁身對地層的最大側(cè)壓應(yīng)力(KPa)，γ為地層巖(土)的容重(KN/m³)，為地層巖(土)的內(nèi)摩擦角(°)，c為地層巖(土)的黏聚力(KPa)，h為地面至計(jì)算點(diǎn)的深度(m)。

9)樁身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括正截面設(shè)計(jì)、斜截面設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按極限應(yīng)力狀態(tài)法考慮；截面強(qiáng)度根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)進(jìn)行計(jì)算。

10)坡體穩(wěn)定性分析。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)進(jìn)行計(jì)算。

本發(fā)明利用樁體中間大、兩端小的受彎特點(diǎn)，將擴(kuò)徑樁身設(shè)置在潛在滑動面處，克服了此處彎矩較大的問題，而潛在滑動面可以通過極限平衡法、強(qiáng)度折減法求得；樁體充分利用插入潛在滑動面以下的穩(wěn)定地層對其形成錨固力，以平衡滑坡體的推力，增加其穩(wěn)定性；通過擴(kuò)徑樁身和擴(kuò)底樁端增加截面直徑，增大了樁體與周圍土體的接觸面積，使樁體的側(cè)摩阻力加大，顯著提高了抗拔力，滿足設(shè)計(jì)要求。

本發(fā)明的效果和益處是：合理避免了上下等截面樁的工程浪費(fèi)問題；樁基在提供抗拔力的同時(shí)還能提供抗滑力，從而保證邊坡上高壓輸電線塔和信號傳輸塔的安全和正常使用。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，適于推廣使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明在邊坡中的埋設(shè)示意圖。

圖3是本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法流程圖。

圖中：1上段樁身；2擴(kuò)徑樁身；3下段樁身；4擴(kuò)底樁端；5鋼筋籠；6滑坡體；7穩(wěn)定體；8潛在滑動面。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案(和附圖)詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

在圖1中，上段樁身1、擴(kuò)徑樁身2和下段樁身3為圓柱結(jié)構(gòu)的灌注樁，擴(kuò)徑樁身2位于上、下段樁身之間，擴(kuò)徑樁身2直徑為上、下段樁身直徑的2～3倍。擴(kuò)底樁端4為圓臺結(jié)構(gòu)的灌注樁，擴(kuò)底樁端4與上部結(jié)構(gòu)通過內(nèi)部的鋼筋固定連接，擴(kuò)底樁端4的側(cè)面傾角為45°。上段樁身1、擴(kuò)徑樁身2、下段樁身3、擴(kuò)底樁端4的各段橫截面均為圓形且同軸設(shè)置。山區(qū)阻滑抗拔樁的整個(gè)樁身內(nèi)設(shè)置鋼筋籠5；混凝土采用C30混凝土。

在圖2中，潛在滑動面8以下為穩(wěn)定體7，以上為滑坡體6；山區(qū)阻滑抗拔樁擴(kuò)徑樁身2的下部、下段樁身3以及擴(kuò)底樁端4設(shè)置在穩(wěn)定體7內(nèi)部；對于土質(zhì)巖層，潛在滑動面8以下山區(qū)阻滑抗拔樁的錨固深度為1/3～1/2樁長，對于完整堅(jiān)硬的巖層，錨固深度為1/4～1/3樁長。

圖3是本發(fā)明提供的阻滑抗拔樁的設(shè)計(jì)方法流程圖，該方法包括如下步驟：

1、根據(jù)地質(zhì)以及潛在滑動面8處巖、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，計(jì)算滑坡推力；

2、根據(jù)地形、地質(zhì)、工程要求及施工條件確定抗拔阻滑樁的位置及范圍；

3、根據(jù)滑坡推力大小、地形及地質(zhì)性質(zhì)，擬定樁長、錨固深度、截面尺寸及樁間距；

4、確定樁的計(jì)算寬度，并根據(jù)地層性質(zhì)，確定地基系數(shù)；

其中，樁身長度取決于樁端持力層選擇；實(shí)際工程中常按經(jīng)驗(yàn)擬定樁間距，樁的中心距一般為擴(kuò)徑樁身2的2～4倍，通常在滑坡主軸附近樁的間距較小，兩側(cè)間距較大。

5、根據(jù)選定的地基系數(shù)及樁的截面尺寸，計(jì)算樁的變形系數(shù)，判斷是按彈性樁還是按剛性樁來設(shè)計(jì)；

6、根據(jù)樁底的邊界條件采用相應(yīng)的公式計(jì)算樁身各截面的變位、內(nèi)力、及側(cè)壓力；

7、單樁抗拔承載力和抗滑穩(wěn)定性的計(jì)算與驗(yàn)算；

8、校核地基強(qiáng)度；

9、樁身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括正截面設(shè)計(jì)、斜截面設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按極限應(yīng)力狀態(tài)法考慮；截面強(qiáng)度根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)進(jìn)行計(jì)算。

10、坡體穩(wěn)定性分析。

以上所述的具體實(shí)施例對本發(fā)明的基本原理、主要特征和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明。所應(yīng)理解的是，在不脫離本發(fā)明精神和原則的前提下，所做的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。