微型桩组合抗滑结构受力机理与防腐性研究

【摘要】：设置支挡结构是治理边坡工程的常用措施。随着人们对滑坡危害的认识及其破坏机理的深入研究,国际国内研究和防治滑坡灾害空前活跃,各项研究进一步扩展,防治工程措施也在完善已有措施的基础上向轻型化、小型化、经济性方向发展。轻型支护体系以及组合型边坡支挡结构正是在这种国内外形势下出现在研究者的视野之中,边坡抗滑微型桩组合结构就是其中最具代表性的轻型组合支挡结构之一。 本文依托青海省交通厅科技项目《青海高原特殊条件下公路沿线滑坡与高边坡病害防治技术研究》、四川省交通厅科技项目《红层堆积体高边坡灾害机理与防治技术研究》和国土资源部科技项目《小口径钢管桩受力机理研究》等课题开展研究。对加固边坡的微型桩组合结构的工作机理进行了论述。在结构计算中,将组合结构合力拆分为两端受到不同约束条件下的单桩,采用基于Winkler弹性地基梁理论的“K-K”法、“m-K”法、桥梁桩基计算法和p-y曲线法计算结构变位和内力。进行了多个微型桩室内模型试验,分析组合结构在水平荷载作用下的变形和受力机理。对坡体变形、结构内力进行了静力和动力数值模拟分析,研究了地震荷载作用下微型桩的破坏机理。最后论述了微型桩腐蚀机理,进行了4个微型桩防腐的基础性试验,对工程环境作用等级进行了分类,研制了一种新型的微型桩桩身材料的掺入型防腐外加剂MPC-I。本文主要得出以下结论： 1.微型桩可以按照受荷类型、工作机理、布置型式、施工工艺和加固用途等5大类进行划分; 2.加固顺层岩质边坡时,微型桩组合结构作用主要体现在微型桩的抗剪能力,桩身剪应力与桩体材料性质、微型桩倾角、横截面积、桩体受剪长度等因素有关：加固土质边坡时,微型桩与桩间土组成复合体的骨架,使岩土体构成一个有机整体,微型桩的加固机理由桩—土复合体和组合结构的抗弯能力提供,桩后土压力分布型式近似为梯形,合力作用点位于滑面以上桩长的0.381H处；加固滑坡时,微型桩的抗滑机理由其抗剪、抗弯性能体现,特别是微型桩具有其独特的抗拉拔性能； 3.当不考虑桩体扭转时,将结构简化为横向受力的刚架,拆分为两端受不同约束的单桩,采用基于Winkler弹性地基梁理论的“K-K”法、“m-K”法、桥梁桩基计算法和p-y曲线法计算结构变位和内力,并依据弹性地基梁理论改进了桥梁桩基中受横向荷载单桩桩顶刚度系数pi的求解。提出了不同计算方法的适用条件； 4.室内模型试验中,相同坡高条件下,结构顶部达到相同位移时,微型桩所承受的推力要大于抗滑挡墙,略小于抗滑桩；对于单个微型桩群(3×3),不直接承受推力的微型桩身土压力远小于施加的横向推力,仅为推力的10%左右,土压力荷载的分布型式一般为中间较上下两端大,桩身大部分区域靠近受荷侧受拉,直接承受推力的微型桩最大弯矩值一般出现在滑面以上桩长的1/2处； 5.微型桩防腐耐久性基础试验研究表明,减少水灰比,添加工程用合成纤维,可以提高微型桩和周围岩土体的粘结能力；钢丝网、合成纤维可以改善受压侧压应力的分布范围和大小,提高微型桩单桩的抗弯性能,防止出现较宽较深的裂缝,其中钢丝网也可以延缓对主筋的腐蚀； 6.根据现行规范,结合微型桩支护边坡工程特性及工程环境对桩体基材的腐蚀作用机理,对微型桩加固边坡的工程环境划分了4个类别,分别为冻融环境、碳化环境、氯化物环境和化学腐蚀环境；结合微型桩加固防护的工程特点,认为微型桩组合结构是一般永久性边坡支护结构,设计使用年限为50年； 7.针对弱-中等腐蚀工程环境研制了桩身水泥砂浆的掺入式防腐外加剂MPC-I,掺有MPC-I的水泥砂浆28d的抗压、抗折和抗拉强度3项指标分别比同级别水泥砂浆高4.27%、40.53%和19.74%,结果表明MPC-I是可以提高相同标号水泥砂浆的基本的物理力学指标的,其压折比降低了约25%,表明MPC-I型水泥砂浆也可以在一定程度上提高砂浆韧性。掺有MPC-I外加剂的水泥砂浆在经济效益和社会效益等方面相对于普通水泥砂浆和硫铝酸盐水泥砂浆具有较明显的优势。