CN109629582A - 一种异形排水抗滑桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异形排水抗滑桩及其施工方法，异形排水抗滑桩包括包覆有外护壁的桩体，桩体横截面为梯形结构，梯形结构长边为桩体迎土面，梯形结构短边为桩体被土面，自桩体悬臂段被土面底部向桩顶设置有向桩体迎土面倾斜延伸的模板，模板和外护壁被土面之间的楔形空腔内填充有碎石料，楔形空腔内垂直设置有集水管，集水管底部的排水管倾斜向下穿出桩体迎土面；外护壁被土面开设有泄水孔，泄水孔内插装有泄水花管。本发明桩体梯形结构的长边为迎土面，提高了桩体作用宽度，提高了抗滑桩抵抗变形的能力，保证边坡的安全性；且悬臂段的横截面自下而上线性减少，降低了施工成本，桩体悬臂段集成竖向排水***，排水效果好，保证抗滑桩的安全性。

Description

一种异形排水抗滑桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及抗滑桩，尤其是涉及一种异形排水抗滑桩，还涉及异形排水抗滑桩的施工方法。

背景技术

抗滑桩是将桩体深入岩土体中，依靠桩体强大的抗变形能力抵抗滑体的滑动力，从而保证边坡的安全。因抗滑桩具有开挖面小、圬工体积小、布设位置灵活、施工速度快、加固效果好等优点，广泛用于水利、公路、铁路及建筑工程等领域，适用于整治浅层、中厚层及深层大型滑坡。根据滑坡体厚度、推力大小、防水要求和施工条件等，在施工时可以选用木桩、钢桩、混凝土桩或钢筋混凝土桩。

现有钢筋混凝土桩由外层混凝土护壁和内层桩体构成，抗滑桩的结构主要有圆柱形和矩形柱两种，其中圆柱形桩为机械成孔桩，矩形柱桩为人工成孔桩。在后期使用时上述两种抗滑桩均具有以下缺陷：首先，无法充分发挥土体的抗力作用；其次，由于支挡的下滑力较大，桩体的横截面尺寸往往较大，工程造价高，以襄渝铁路石庙沟站东的赵家塘滑坡为例，其以矩形柱桩加固滑坡，矩形柱桩的最大截面积为24.5m²，以桩长50m、每方钢筋混凝土价格为1500元计算可知单根抗滑桩的造价高达180万，造价高；第三，现有滑坡的排水***与抗滑桩独立设置，当坡体含水量较大时，需要设置深层排水管或竖向渗井进行排水，深层排水管的有效期仅有2年，导致后期边坡积水无法排出，而竖向渗井的平面尺寸较大，进一步增加工程造价；第四，在施工前，通常采用悬臂桩法和弹性地基梁法计算桩体的弯矩和剪力，该两种计算方法只能用于计算常规的圆形和方形抗滑桩，并且过程繁琐，在设计过程中容易出错，且由于计算用表中提供系数精度的限制，导致设计结果误差大，出现与理论假设不符合现象，增加计算量。

发明内容

本发明目的在于提供一种稳定性好、节约施工成本且具有排水性能的异形排水抗滑桩，还提供了一种异形排水抗滑桩的施工方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的异形排水抗滑桩，包括包覆有外护壁的桩体，所述桩体由位于岩土体内的嵌固段和位于岩土体上方的悬臂段构成，所述桩体的横截面为梯形结构，所述梯形结构长边对应的侧面为桩体的迎土面，梯形结构短边对应的侧面为桩体的被土面，自所桩体述悬臂段的被土面底部向桩顶设置有向桩体迎土面倾斜延伸的模板，所述模板和所述外护壁被土面之间的楔形空腔内填充有碎石料，碎石料顶部覆盖有封闭层；靠近所述外护壁被土面内侧的所述楔形空腔内垂直设置有集水管，连通设置在所述集水管底部的排水管向下倾斜穿出所述桩体的迎土面；位于悬臂段的所述外护壁被土面自下向上间隔开设有多组与所述楔形空腔相连通的泄水孔，每个所述泄水孔内插装有倾斜向上延伸的泄水花管。

所述泄水花管、集水管的管壁分别包覆有反滤土工布Ⅰ，所述楔形空腔的侧壁内表面贴附有反滤土工布Ⅱ。

所述泄水花管的长度为4～6m，泄水花管的倾角α为10°～20°。

所述封闭层为厚度为0.5～1m的灰土封闭层，灰土封闭层顶部与所述桩体的桩顶高度一致。

位于最上方的一组所述泄水孔与所述桩体桩顶之间的间距为2m。

本发明所述异形排水抗滑桩的施工方法，包括以下步骤：

第一步，在滑坡上确定桩体施工位置，开挖、施工外护壁形成桩孔，在桩孔内施工钢筋笼；

第二步，在位于滑坡滑体底滑面以上的外护壁被土面上下间隔开设多组泄水孔，在每个泄水孔内插装泄水花管，泄水花管的管壁用反滤土工布Ⅰ包裹；

第三步，在位于悬臂段的外护壁被土面内侧铺设反滤土工布Ⅱ，反滤土工布Ⅱ的前后两侧边沿梯形结构的两腰向桩体迎土面延伸，在桩体的悬臂段支设自模板，模板的前后两侧分别对应压住反滤土工布Ⅱ的前后两边沿，模板与外护壁被土面形成楔形空腔；

第四步，位于悬臂段的外护壁被土面内侧垂直放置集水管，集水管的管壁用反滤土工布Ⅰ包裹，位于悬臂段的外护壁迎土面开设倾斜向下延伸的排水孔，在排水孔内插装有与集水管相连通的排水管；

第五步，浇筑桩体混凝土，并在集水管周围的楔形空腔内同步填充碎石料，在碎石料顶部填充封闭层后形成桩后集水井，完成桩体的施工。

本发明优点在于改变了传统抗滑桩的截面结构，桩体结构简单，稳定性好，同时本发明施工方法简单，桩体上集成了竖向排水***，排水性能好，且减少了施工工程量，节约施工成本，具体体现在以下几点：

（1）本发明桩体嵌固段为截面积保持不变的梯形结构，桩体悬臂段为梯形结构，其桩体悬臂段的被土面自下而上倾斜向其迎土面延伸，即悬臂段的横截面面积自下而上线性减少，减少了施工工程量，节约材料，降低了施工成本；同时梯形结构的长边作为迎土面，提高了桩体的作用宽度，进而保证了抗滑桩抵抗变形的能力，进一步保证滑坡的安全性；

（2）本发明桩体集成了由桩后集水井、集水管、泄水花管和排水管构成的竖向排水***，减少施工工程量，节约施工成本，能够及时顺利排出滑体中的地下水，减轻滑体重量，提高滑体滑动面位置处的土体强度，保证抗滑桩的安全性；

（3）本发明在施工前采用差分解法验证计算桩体的截面尺寸以及弯矩、剪力，可准确计算本桩体梯截面的尺寸和沿深度截面任意变化的桩体，保证了本发明桩体弯矩和剪力计算结果的可靠性，进而保证滑坡的安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A-A向的剖视放大结构示意图。

图3是图1中B-B向的剖视放大结构示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明所述的异形排水抗滑桩，包括包覆有外护壁1的桩体2，所述桩体2由位于岩土体内的嵌固段和位于岩土体上方的悬臂段构成，嵌固段的横截面面积自下而上保持不变，所述桩体2的横截面为梯形结构，梯形结构长边对应的侧面为桩体2的迎土面，梯形结构短边对应的侧面为桩体2的被土面；自所述悬臂段被土面底部向桩顶设置有向桩体2迎土面倾斜延伸的模板3，即桩体的悬臂段横截面面积自下而上线性减少；所述模板3和所述外护壁1被土面之间的楔形空腔4内填充有碎石料，碎石料顶部覆盖有厚度为1m的灰土封闭层，灰土封闭层顶部与桩顶高度一致，碎石料和灰土封闭层构成集水井；楔形空腔4的侧壁贴附有反滤土工布Ⅱ5，反滤土工布Ⅱ5的前后两边沿梯形结构的两腰向左延伸至模板处，靠近所述外护壁被土面内侧的所述楔形空腔4内垂直设置有包裹有反滤土工布Ⅰ的集水管6，连通设置在所述集水管6底部的排水管7向下倾斜穿出所述桩体2的迎土面；位于悬臂段的所述外护壁1被土面自下向上间隔开设有多组与所述楔形空腔4相连通的泄水孔，泄水花管的长度为4m～6m、倾角α为10°，泄水花管8的管壁上包覆有反滤土工布Ⅰ。

本发明异形排水抗滑桩改变了传统圆形或矩形抗滑桩的截面结构，桩体2嵌固段为截面积保持不变的梯形结构，桩体2悬臂段的被土面自下而上向迎土面倾斜延伸，即悬臂段的横截面为自下而上线性减少的梯形结构，减少了施工工程量，节约材料，降低了施工成本；同时梯形结构的长边作为迎土面，提高了桩体2的作用宽度，进而保证了桩体2抵抗变形的能力，进一步保证滑坡的安全性。桩体2集成了由集水井、集水管6、泄水花管8和排水管7构成的竖向排水***，滑体中的地下水沿泄水花管8进入集水井，然后由排水管7排出桩体2，减少施工工程量，节约施工成本，能够及时顺利排出滑体9中的地下水，减轻滑体9重量，提高滑体9底滑面位置处的土体强度，保证抗滑桩的安全性。

本发明在施工前明采用差分解法计算本发明所述异形排水抗滑桩的弯矩和剪力，计算时将桩体2分成t等分，每等分长度为h；嵌固段共有l等分，悬臂段为（t－l）等分，具体包括以下计算步骤：

第1步，计算滑坡的剩余下滑力；

第2步，采用“m”法推导出桩体嵌固段的位移方程：

第2.1步，设定桩体2嵌固段梯形截面各边尺寸，得出嵌固段抗弯强度公式

（1）；

其中，式中a—抗滑桩梯形截面长边尺寸；b—抗滑桩梯形截面短边尺寸；e—抗滑桩梯形截面高度；E—桩体2弹性模量； I—抗滑桩截面惯性矩；EI—抗滑桩截面抗弯刚度；

第2.2步，根据（式中y _m —桩体2嵌固段m点的位移；h—每段桩体2分段长度；B _P —桩体2计算宽度，B _P=a+1.0；k—地基系数）及桩体2桩端条件，通过迭代得出嵌固段的位移方程如下：

（2）

其中，式中；；

；

第3步，计算桩体2悬臂段的位移方程和位移系数

第3.1步，设定桩顶梯形截面的尺寸，按照桩顶至嵌固段顶部截面沿深度线性增加，计算悬臂段截面的抗弯刚度 （3）；

其中，式中a—桩体2悬臂段梯形截面长边尺寸；b _（z） —桩体2梯形截面短边尺寸；e—抗滑桩梯形截面高度；E—桩体2弹性模量； I—抗滑桩截面惯性矩；EI—抗滑桩截面抗弯刚度；

第3.2步，根据悬臂段剪力差分格式，计算得出桩体2的悬臂段位移方程: (4)；

其中，式中；;

；

第（3.3）步，根据桩顶边界条件（即弯矩为0），计算得到桩体2的桩顶位移方程

（5）；

第4步，计算桩体2的弯矩和剪力

根据式（2）、（4）、（5）、弯矩差分格式和剪力差分格式计算得出桩体2的弯矩和剪力。

本发明差分解法验证计算桩体2的截面尺寸以及弯矩、剪力，可准确计算本桩体2梯截面的尺寸和沿深度截面任意变化的桩体2，保证了本发明桩体2弯矩和剪力计算结果的可靠性，进而保证滑坡的安全性；同时上述计算方法适用于计算任何截面形状的抗滑桩弯矩、剪力和截面尺寸。

本发明异形排水抗滑桩的施工方法，具体包括以下步骤：

第一步，在滑坡上确定桩体2施工位置，开挖并施工外护壁1形成桩孔，在桩孔内施工钢筋笼（根据实际施工需求，也可以直接在桩孔外绑扎钢筋笼，然后再将钢筋笼吊装在桩孔内）；

第二步，在位于滑坡滑体9底滑面10以上的外护壁1被土面上下间隔开设三组泄水孔，每组由两个水平间隔设置的泄水孔构成，在每个泄水孔内插装用反滤土工布Ⅰ包裹的泄水花管8，泄水花管8向右延伸至滑体9内；

第三步，在位于悬臂段的外护壁1被土面内侧铺设反滤土工布Ⅱ5，反滤土工布Ⅱ5的前后两侧边沿梯形结构的两腰向桩体迎土面延伸，在桩体的悬臂段支设自模板3，模板3的前后两侧分别压住反滤土工布Ⅱ的前后两边沿（即通过模板3固定反滤土工布Ⅱ5的前后两边沿），模板3与外护壁1被土面形成楔形空腔4；

第四步，位于悬臂段的外护壁1被土面内侧中部位置处垂直放置集水管6，集水管6的管壁用反滤土工布Ⅰ包裹，位于悬臂段的外护壁1迎土面开设倾斜向下延伸的排水孔，在排水孔内插装有与集水管6相连通的排水管7，排水管7出口端延伸出外护壁1，确保及时排出楔形空腔4内的地下水，保证桩体2安全；

第五步，浇筑桩体混凝土，并在集水管6周围的楔形空腔4内同步填充碎石料，在碎石料顶部填充灰土封闭层后形成桩后集水井，完成桩体2的施工。

Claims (6)

1.一种异形排水抗滑桩，包括包覆有外护壁的桩体，所述桩体由位于岩土体内的嵌固段和位于岩土体上方的悬臂段构成，其特征在于：所述桩体的横截面为梯形结构，所述梯形结构长边对应的侧面为桩体的迎土面，梯形结构短边对应的侧面为桩体的被土面，自所桩体述悬臂段的被土面底部向桩顶设置有向桩体迎土面倾斜延伸的模板，所述模板和所述外护壁被土面之间的楔形空腔内填充有碎石料，碎石料顶部覆盖有封闭层；靠近所述外护壁被土面内侧的所述楔形空腔内垂直设置有集水管，连通设置在所述集水管底部的排水管向下倾斜穿出所述桩体的迎土面；位于桩体悬臂段的所述外护壁被土面自下向上间隔开设有多组与所述楔形空腔相连通的泄水孔，每个所述泄水孔内插装有倾斜向上延伸的泄水花管。

2.根据权利要求1所述的异形排水抗滑桩，其特征在于：所述泄水花管、集水管的管壁分别包覆有反滤土工布Ⅰ，所述楔形空腔的侧壁内表面贴附有反滤土工布Ⅱ。

3.根据权利要求1所述的异形排水抗滑桩，其特征在于：所述泄水花管的长度为4～6m，泄水花管的倾角α为10°～20°。

4.根据权利要求1所述的异形排水抗滑桩，其特征在于：所述封闭层为厚度为0.5～1m的灰土封闭层，灰土封闭层顶部与所述桩体的桩顶高度一致。

5.根据权利要求1所述的异形排水抗滑桩，其特征在于：位于最上方的一组所述泄水孔与所述桩体桩顶之间的间距为2m。

6.一种如权利要求1所述异形排水抗滑桩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，在滑坡上确定桩体的施工位置，开挖、施工外护壁形成桩孔，在桩孔内施工钢筋笼；

第二步，在位于滑坡滑体底滑面以上的外护壁被土面上下间隔开设多组泄水孔，在每个泄水孔内插装泄水花管，泄水花管的管壁用反滤土工布Ⅰ包裹；

第三步，在位于悬臂段的外护壁被土面内侧铺设反滤土工布Ⅱ，反滤土工布Ⅱ的前后两侧边沿梯形结构的两腰向桩体迎土面延伸，在桩体的悬臂段支设自模板，模板的前后两侧分别对应压住反滤土工布Ⅱ的前后两边沿，模板与外护壁被土面形成楔形空腔；

第四步，位于悬臂段的外护壁被土面内侧垂直放置集水管，集水管的管壁用反滤土工布Ⅰ包裹，位于悬臂段的外护壁迎土面开设倾斜向下延伸的排水孔，在排水孔内插装有与集水管相连通的排水管；

第五步，浇筑桩体混凝土，并在集水管周围的楔形空腔内同步填充碎石料，在碎石料顶部填充封闭层后形成桩后集水井，完成桩体的施工。