CN111622240B - 一种梯形加趾排水抗滑桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种梯形加趾排水抗滑桩及其施工方法，桩体整体横截面为梯形，短边面为背土面，长边面为迎土面，桩体分为底部实心加趾，下部实心桩体，上部空心桩体，上部空心桩体截面积不恒定，自下向上截面积逐渐缩小，空心桩体内设有3个集水空间，集水空间与背土面滑体通过集水孔连接，实心桩体截面积恒定，其与空心桩体交界处设有排水垫层，排水垫层内设有引水孔和排水孔，通过排水孔将水排向迎土面滑床中，集水空间、引水孔、排水孔中均填充透水骨料，底部实心加趾向四周扩大，且具有一定厚度。本发明可通过梯形截面形状触发土拱效应，通过加趾提高抗倾覆能力，通过自集水排水降低了滑体含水量，并且较传统抗滑桩用料更少。

Description

一种梯形加趾排水抗滑桩及其施工方法

技术领域

本发明属于岩土工程和地质工程技术领域，涉及一种梯形加趾排水抗滑桩及施工方法，适用于受降雨或灌溉等影响较大的土质边坡加固。

背景技术

由于越来越多的斜坡场地被开发，地质灾害成为影响山区构筑物的重要因素，滑坡是最频繁的地质灾害之一。工程师们常采用挡土墙、锚杆、削坡减载、反压和抗滑桩等手段治理滑坡危害，其中抗滑桩施工方便，造价可控，治理效果良好，被广泛运用于中浅层滑坡。

我国西南地区是滑坡的高发区域，尤其是在汛期前后，给人民的财产和生命带来了极为严重的威胁。究其原因，主要是因为降雨或灌溉等改变了滑坡的力学特征。由于雨水的浸入，导致滑体自重增大，土质***等，多因素耦合作用下坡体不能再维持原有稳定而导致滑坡。基于此，诸多排水和截水工程措施应运而生，降低滑体中水分能有效提高治理效果。土拱效应是一种自然现象，由于土体的不均匀位移致使土颗粒相互“楔紧”，形成拱形的自支撑体系，由土体的抗剪强度承担部分滑坡推力。土拱效应的形成需要三个条件：1）土体颗粒间具有足够的黏结力与摩擦力；2）存在支撑拱脚的条件；3）土体内部产生不均匀位移或相对位移。等腰梯形有助于产生支撑拱脚的条件，形成相对位移，土拱效应的形成会能提高治理效果。土质斜坡之中，由于一侧土体的缺失，桩体容易发生整体的倾覆，此时提高桩身强度对提高抗滑能力没有帮助，少有桩基础对这一点进行专门的优化设计。现有的物理试验和数值试验的成果表明，抗滑桩桩身所承受的最大弯矩和最大剪力出现在滑动面附近，但传统抗滑桩设计往往采用恒定截面的形状，这样势必造成一定程度的浪费。

综上所述，降低滑体中的含水量、触发土拱效应、提高抗滑桩的抗倾覆能力能提高抗滑桩的抗滑效果从而提高治理能力，同时合理设计桩身形状能降低工程造价。

发明内容

本发明的目的，是提出一种梯形加趾排水抗滑桩及施工方法，土质斜坡在汛期由于含水量增大容易发生滑坡，本发明拟设计梯形截面的自排水抗滑桩，能降低滑体内含水量，便于触发土拱效应，同时采用加趾和变截面的桩身，也能在提高抗倾覆能力的同时减少工程造价，达到更优的治理效果。

为实现上述技术目的，本发明可通过以下技术方案来实现：

一种梯形加趾排水抗滑桩结构，其特征在于：桩体横截面整体呈梯形，短边面为背土面，长边面为迎土面；桩体包括3个部分：底部实心扩大加趾，下部恒截面实心桩体，上部变截面空心桩体，空心桩体截面短边一侧至下而上向长边一侧缩进，以此减小截面面积，其内设置有集水空间和，集水空间内填充透水骨料，集水空间通过集水孔与背土面滑体连通；中部实心桩体顶部设有排水垫层，其截面形状与集水空间截面形状一致，其内部设置排水孔和引水孔，排水孔延伸至迎土面一侧滑床之中；底部加趾横截面为梯形，有一定的厚度；桩顶铺设一层黏土层作为封顶。

本发明中，所述桩身整体由钢筋混凝土制作，竖直方向的主筋和水平方向的直角梯形箍筋搭接形成整体的钢筋笼，主筋贯穿整个桩体，恒截面桩身和变截面桩身交界处主筋有一定弯折，以适应截面的变化；加趾和大部分实心桩体埋设于滑动面以下，小部分实心桩体和全部空心桩体埋设在滑动面以上。

本发明中，所述上部空心桩体横截面为变截面等腰梯形，桩体内设置有3个集水空间，其中2个梯形集水空间设置在靠近桩身腰面，1个矩形集水空间设置在靠近桩身迎土面，各排水空间里均填满透水骨料，且通过集水孔与迎土面滑体连通，迎土面和腰面均分排预留集水孔，各集水孔与所在面垂直，即有一定的倾角，方便收集滑体中的水分。

本发明中，所述下部实心桩体横截面为等腰梯形，其顶端设置多层排水垫层，排水垫层横截面形状与集水空间横截面相同，能完全覆盖集水空间底面，矩形排水垫层略高于梯形排水垫层，且其中设置有引水孔与梯形排水垫层连通，腰面排水垫层通过排水孔与背土面滑床土体连通，并下倾一定角度，便于将桩内集水排出桩外，排水垫层由透水材料制作，具有过滤功能。

本发明中，所述底部加趾为实心结构，其横截面为梯形，与下部实心桩体的重心在同一垂线上，自实心桩体底部向下横截面积逐步扩大，达到设计大小后以恒定大小再浇筑一定厚度，加趾增大了桩体的抗倾覆性能。

本发明中，所述上部空心桩体外侧包裹有反滤土工布Ⅰ，所述集水空间侧壁的内表面贴附有反滤土工布Ⅱ。

本发明所述梯形加趾排水抗滑桩的施工方法，包括以下步骤：

第一步，前期勘察设计，勘察滑坡的工程地质条件，区域水文地质条件，确定潜在滑动面的位置，进行抗滑桩设计，确定抗滑桩尺寸，数量，间距，埋设深度和埋设位置;

第二步，根据抗滑桩尺寸和埋设深度设计集水空间模板和外尺寸模板，确定集水孔、引水孔和排水孔直径，根据桩体尺寸、主筋和箍筋间距确定集水孔数量，位置和间距；根据钢筋间距设计排水孔数量和直径，其由梯形排水垫层引向迎土面滑床中，共设置2根引水孔，由矩形排水垫层引向梯形排水垫层;

第三步，根据桩身尺寸加工制作方形桩身外摸板和方形集水空间内模板;

第四步，在边坡上确定桩体的位置，孔深挖至设计深度，开挖施工外护壁形成桩孔，根据地质条件对桩孔进行护壁处理，清理孔底扩大桩头，绑扎好加趾的钢筋，用较高标号的混凝土封底灌注为加趾，预留搭接钢筋，在桩孔内施工整体钢筋笼;

第五步，设置好桩身外模板，浇筑下部实心桩身至设计高度，预留排水孔和引水孔，吊装内模板到设计位置，继续浇筑上部空心桩身，预留好集水孔;

第六步，混凝土浇筑完成后拆除模板，铺设排水垫层，排水垫层由透水材料制成，在集水空间内部铺设反滤土工布Ⅱ，填充透水骨料到集水孔中，然后将透水骨料填充到引水孔和排水孔之中，最后将透水骨料填充到集水空间中;

第七步，将反滤土工布Ⅰ包裹在桩身外侧，回填桩身与桩孔之间的空间，然后夯实;

第八步，在桩顶铺设一层黏土层，防止坡表径流倒灌入桩身内部。

附图说明

图1为一种梯形加趾排水抗滑桩在滑坡上的埋设图。

图2为一种梯形加趾排水抗滑桩的立体图。

图3为一种梯形加趾排水抗滑桩的A-A截面图。

图4为一种梯形加趾排水抗滑桩的B-B截面图。

图5为一种梯形加趾排水抗滑桩的C-C截面图。

图6为一种梯形加趾排水抗滑桩的正面图。

图7为一种梯形加趾排水抗滑桩的背面图。

图中：1为空心桩体，2为实心桩体，3为加趾，4-1为矩形集水空间，4-2为梯形集水空间，5为透水骨料，6为集水孔，7为排水孔，8为引水孔，9为钢筋笼，10-1为矩形排水垫层，10-2为梯形排水垫层，11为封顶，12为滑体，13为潜在滑面，14为滑床

具体实施方式：

本发明还保护一种梯形加趾排水抗滑桩的施工方法，具体包括以下步骤。

实施例1

本实施例公开了一种梯形加趾排水抗滑桩结构，如图2所示，包括上部空心桩体，下部实心桩体，底部扩大加趾，桩身整体主要由钢筋混凝土制作，采用整体浇筑的方式构造；如图1所示，底部加趾和大部分下部实心桩体嵌固在滑面以下，小部分实心桩体和全部空心桩体埋设在滑面以上；底部扩大加趾在上部桩身的基础上向四周扩大，且具有一定厚度，主要发挥提高桩身的抗倾覆能力的作用；下部实心桩体横截面为恒定的梯形，实心桩体顶部构筑多层排水垫层，桩身迎土面设有排水管，主要发挥排水和抗弯剪作用；上部空心桩体横截面为不恒定梯形，桩身背土面设置有集水管，桩体内设有集水空间，主要发挥收集滑体水分和过滤作用。

如图1所示，桩体嵌固深度应为桩体全长的1/3~1/2，迎土面排水孔应埋设在滑面以下，同时实心桩体应穿过滑面，以加强桩身抗弯剪性能，桩体长度及各部分比例根据滑坡基本特征设计。

如图2所示，集水孔分布在上部空心桩体的背土面和两侧腰面，集水孔的断面形状为圆形，每一面的横向可设置3~5个，竖向可设置3~5排，集水孔直径由其设计数量和桩身尺寸确定，并且与箍筋间距匹配，每个集水孔均与所在面垂直，即集水孔有5~15°倾角，集水孔内所填充透水骨料强度适中，粒径根据集水孔直径配置。

如图3所示，排水空间与钢筋的距离应不小于保护层厚度，其内侧包裹有反滤土工布Ⅱ，其中填充的透水骨料粒径根据集水空间截面配置。

如图7所示，实心桩身迎土面侧设置2个排水孔将梯形集水空间和背土面滑床连通，其截面可以是圆形或矩形，截面积远大于集水孔截面积，根据排水孔直径配置其填充透水骨料粒径，倾斜向下设置，便于排水且防倒灌。

如图4所示，排水垫层设置与实行桩体顶部，多层铺设，能完全覆盖集水空间底面，矩形排水垫层高于两侧梯形排水垫层，均由透水材料制作，起到过滤和防治排水失效的功能。

上部空心桩身整体包裹反滤土工布Ⅰ，防治杂质进入集水孔和封顶形成堵塞。

实施例2

前期勘察：调查地形地貌，气象水文，地层岩性，滑坡边界，滑带特征，滑床特征。

推力计算：依据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T 0219-2006)计算滑坡推力，根据潜在滑面设计桩身尺寸，埋设深度和埋设位置，根据滑床特征选取适宜方法计算桩身内力，着重计算桩侧抗力，桩身剪力和桩身弯矩，取定最大弯剪位置。

结构设计：选取最大弯剪截面为控制截面考虑配筋，计算出钢筋截面积后，参考《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）设计主筋，再根据设计剪力配置箍筋。

施工准备：依据《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)进行施工准备，根据桩身尺寸制作外模板，根据集水空间尺寸制作桩身内模板；将钢筋，水泥，模板，钻孔和辅助设备运至施工现场。

桩孔开挖：整平孔口，做好截排水及防渗工作后间隔开挖，并做好护壁处理，滑动面护壁应予加强，挖至设计深度后清理孔底扩大桩头。

钢筋制作：绑扎加趾钢筋，用较高标号混凝土封底灌注为加趾并预留搭接钢筋；钢筋笼尽量在孔外预制成型，在孔内吊放并安装；也可在孔内制作钢筋笼；竖筋的焊接采用双面搭接焊、对焊或冷挤压，滑面处不得搭接。

桩身浇筑：检查桩孔后进行浇筑，连续浇筑至实心桩身设计标高，期间预留引水孔和排水孔，将集水空间内模板吊装至设计位置，连续浇筑形成上部空心桩体，并预留集水孔。

骨料填充：在引水孔和排水孔内填充对应的透水骨料，在实体桩身顶部铺设多层排水垫层，排水垫层由透水材料制作，在集水空间内侧铺设反滤土工布Ⅱ，填充对应的集水骨料到集水空间和引水孔中。

回填夯实：在桩顶铺设一层黏土层，防治坡面径流灌入，包裹反滤土工布于空心桩体外侧，回填桩身与桩孔的空隙并夯实。

Claims (4)

1.一种梯形加趾排水抗滑桩结构，其特征在于：桩体横截面整体呈梯形，短边面为背土面，长边面为迎土面；桩体包括3个部分：底部为实心扩大加趾（3），下部为恒截面实心桩体（2），上部为变截面空心桩体（1），空心桩体（1）短边一侧至下而上向长边一侧缩进，以此减小截面面积，其内设置有集水空间，集水空间内填充透水骨料（5），集水空间通过集水孔（6）与背土面滑体连通；下部实心桩体顶部设有排水垫层（10），其截面形状与集水空间截面形状一致，其内部设置排水孔（7）和引水孔（8），排水孔（7）延伸至迎土面一侧滑床之中；底部加趾（3）横截面为梯形，有一定的厚度；桩顶铺设一层黏土层作为封顶（11）；桩身整体由钢筋混凝土制作，竖直方向的主筋和水平方向的直角梯形箍筋搭接形成整体的钢筋笼（9），主筋贯穿整个桩体，恒截面桩身和变截面桩身交界处主筋有一定弯折，以适应截面的变化；加趾（3）和大部分实心桩体（2）埋设于滑动面以下，小部分实心桩体（2）和全部空心桩体（1）埋设在滑动面上；上部空心桩体（1）横截面为变截面等腰梯形，桩体内设置有3个集水空间，其中2个梯形集水空间（4-2）设置在靠近桩身腰面，1个矩形集水空间（4-1）设置在靠近桩身迎土面，各排水空间里均填满透水骨料（5），且通过集水孔（6）与迎土面滑体连通，迎土面和腰面均分排预留集水孔（6），各集水孔与所在面垂直，各集水孔与水平面有一定的倾角，方便收集滑体中的水分；下部实心桩体（2）横截面为等腰梯形，其顶端铺设多层排水垫层，排水垫层横截面形状与集水空间横截面相同，能完全覆盖集水空间底面，矩形排水垫层（10-1）高于梯形排水垫层（10-2），且其中设有引水孔（8）与梯形排水垫层（10-2）连通，腰面排水垫层通过排水孔（7）与背土面滑床土体连通，并下倾一定角度，便于将桩内集水排出桩外，排水垫层由透水材料制作，具有过滤功能。

2.根据权利要求1所述的一种梯形加趾排水抗滑桩结构，其特征在于：底部加趾（3）为实心结构，其横截面为梯形，与下部实心桩体的重心在同一垂线上，自实心桩体底部向下横截面积逐步扩大，达到设计大小后以恒定大小再浇筑一定厚度，加趾（3）增大了桩体的抗倾覆性能。

3.根据权利要求1所述的一种梯形加趾排水抗滑桩结构，其特征在于：所述上部空心桩体（1）外侧包裹有反滤土工布Ⅰ，所述集水空间侧壁的内表面贴附有反滤土工布Ⅱ。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的梯形加趾排水抗滑桩结构的施工方法，其特征在于：施工包括以下步骤：

第一步，前期勘察设计，勘察滑坡的工程地质条件，区域水文地质条件，确定潜在滑动面的位置，进行抗滑桩设计，确定抗滑桩尺寸，数量，间距，埋设深度和埋设位置；第二步，根据抗滑桩尺寸和埋设深度设计集水空间模板和外尺寸模板，确定集水孔（6）、引水孔（8）和排水孔（7）直径，根据桩体尺寸、主筋和箍筋间距确定集水孔数量，位置和间距；根据钢筋间距设计排水孔数量和直径，其由梯形排水垫层（10-2）引向迎土面滑床中，共设置2根引水孔，由矩形排水垫层（10-1）引向梯形排水垫层（10-2）；第三步，根据桩身尺寸加工制作方形桩身外摸板和集水空间内模板；第四步，在边坡上确定桩体的位置，孔深挖至设计深度，开挖施工外护壁形成桩孔，根据地质条件对桩孔进行护壁处理，清理孔底扩大桩头，绑扎好加趾（3）的钢筋，用高标号的混凝土封底灌注为加趾（3），预留搭接钢筋，在桩孔内施工整体钢筋笼（9）；第五步，设置好桩身外模板，浇筑下部实心桩体（2）至设计高度，预留排水孔（7）和引水孔（8），吊装内模板到设计位置，继续浇筑上部空心桩体（1），预留好集水孔（6）；第六步，混凝土浇筑完成后拆除模板，铺设排水垫层，排水垫层由透水材料制成，在集水空间内部铺设反滤土工布Ⅱ，填充透水骨料到集水孔中，然后将透水骨料填充到引水孔和排水孔之中，最后将透水骨料填充到集水空间中；第七步，将反滤土工布Ⅰ包裹在桩身外侧，回填桩身与桩孔之间的空间，然后夯实；第八步，在桩顶铺设一层黏土层，防止坡表径流倒灌入桩身内部。

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