CN100497844C - 适用于多层滑面及深层滑面的多锚点抗滑桩的设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于多层滑面及深层滑面的多锚点抗滑桩及这种桩的设置方法。本发明的多层滑面及深层滑面多锚点抗滑桩的设置方法是：首先开挖桩井，并在桩井内分段设置桩身护壁。当桩井开挖到预设锚索位置时在该位置进行锚索钻孔、锚索制造安装、注浆作业，然后将锚索张拉段临时固定在桩身护壁上，例如将索绳掷扎于护壁上。按设计要求继续向下开挖桩井，重复前述工序，直至完成最下端锚索的制造安装和注浆工序。然后继续将桩井开挖到设计深度。在桩井内组装钢筋笼，再逐个将锚索的张拉段固定在桩前主筋上，安装支架并进行锚索张拉，锁定。最后浇注桩身混凝土，完成桩的制造。

Description

适用于多层滑面及深层滑面的多锚点抗滑桩的设置方法

技术领域

本发明涉及岩土工程边坡、深基坑支护、滑坡防治等工程中的支挡锚固措施，包括抗滑桩及锚索的设置方法及由这种方法形成的桩。本发明适用于公路、铁路、水利水电建筑、城市建筑等诸多领域。本发明的抗滑桩是在滑坡体中设置由钢筋混凝土浇筑成的桩体，并使桩体的下端嵌固于滑动面以下的地层内，在桩体的悬臂段设置有预应力锚索，预应力锚索的锚固端亦嵌入所述滑动面以下的稳定地层内。

背景技术

为防治滑坡对建筑物的危害和影响，需要在滑坡前部设置必要的工程措施，以阻止其滑动。在我国抗滑工程的发展主要经历了以下几个阶段：

(1)20世纪60年代以前，国内外在滑坡防治中支挡工程多采用抗滑挡墙和小直径抗滑桩。这种技术措施在实际应用中存在很大的局限性，特别是对滑坡推力大、滑动面较深的大型滑坡，抗滑挡土墙及小截面抗滑桩则无能为力，而且开挖挡墙基础存在相当的危险性，圬工量大，工程造价高。

(2)20世纪60年代以后，申请人同其他铁路设计部门在成昆铁路建设中，共同研究大截面挖孔钢筋砼桩，并在成昆铁路沙北1#滑坡及甘洛车站2#滑坡首次应用取得成功。但这种在滑坡体前开挖大截面桩孔也同样存在前述的问题，在实际中产生桩变形过量倾倒失效的事例也不少。

(3)70年代后前述结构很快在铁路路基工程中推广应用，并不断完善创新，先后出现了由铁四院在枝柳线罗依溪滑坡处设置的“∏”型钢架桩排和成都铁路局于1983年在川黔线K180路堤滑坡处采用的“h”型排架抗滑桩。

目前抗滑桩已经发展成为一种成熟的滑坡治理工程措施，它的主要抗滑原理是：借助于桩身滑动面以下抗滑段以及桩背土体与桩两侧的摩阻力形成的土拱效应以稳定滑体，它的作用机理是利用埋于滑床中的桩将滑体中未平衡的滑坡推力通过抗滑桩传递给下部稳定的岩土体中，从而稳定和平衡坡体，达到治理滑坡的目的。普通抗滑桩具有圬工量小，施工安全可靠，布置灵活便利，适应性强等优点。

但随着滑坡推力的增加，为减小桩身内力需要增大桩的断面，且需要使桩身埋置于滑面下深度增长。当滑体较厚，滑坡推力较大时，抗滑桩需要较大的埋深，较大的截面，较多的钢材和混凝土，从而对桩坑的开挖、钢筋的布置、混凝土的振捣带来困难，进而引起施工进度减慢，工程费用增大，同时开挖桩坑深度过大对施工人员和工程的安全构成很大的威胁。

(4)20世纪80年代以后，锚索加固技术在我国迅速发展，1984年铁道部科学研究院西北分院成功地研究出预应力锚索抗滑桩，首次应用在重庆松藻矿物局金鸡岩滑坡治理中；80年代后期，预应力锚索框架和锚索抗滑桩技术在整治大、中型滑坡和高边坡病害中应用日益广泛，大大丰富了支挡结构的形式。中国实用新型专利200520033085.X对这种单锚点预应力锚索抗滑桩进行了更为详细的介绍。

中国实用新型专利200520033085.X所公开的抗滑桩，由钢筋、混凝土浇筑成的分为嵌固段和悬臂段桩体及预应力锚索构成，其桩体可分为嵌固于滑动面以下的稳定地层内嵌固段和位于滑动层内的悬臂段，预应力锚索的一端设置在悬臂段桩头部位，下端锚固于所述滑动面以下的稳定地层内。该实用新型结构的上端为弹性支承、下端为弹性嵌固，形成简支梁受力状态，从而减小了桩体的变位、内力、桩身的横截面尺寸、桩的嵌固深度，减少了桩体的钢筋及混凝土的消耗量，降低了滑坡治理的工程造价。同时，从桩的受力机制看，一般抗滑桩是被动式受力状态，抗滑桩工程做好之后并不立即起支档作用，只有滑坡推力作用在桩上，使桩产生位移和变形、形成地基反力、产生抵抗力矩时才阻止滑坡体的进一步滑动。这种被动式受力机制，必定已产生了坡体变形，这对滑坡体上或前缘处有重要建筑物时，是非常不利的。而前述的单锚点预应力锚索抗滑桩则属于主动式受力结构，它是在桩头部位设置一排或集中设置几组锚索(因受力点较近可看做是单点受力)，人为地通过锚索给滑坡施加了一个阻止其下滑的外力，提高了滑坡的稳定性，可以立即阻止滑坡活动，防止有关建筑物的开裂。该桩因为有了锚索，桩的埋置深度及桩截面可以相对减少，因而减少了工人劳动强度，圬工量小，缩短了工期。

但同时也应当看到，该专利在实际的应用中也存在如下不足：

1、由于该专利的锚索设置于桩头部分，易在桩头产生应力集中。

2、该专利为取得最佳的锚固效果常需要在桩头布置多孔锚索，这些锚索因锚固端过于集中，易形成群锚效应，造成拉脱失效。

3、这种桩因拉力集中于一点，造成的桩身内力虽然较无锚索的抗滑桩要小，但相对还是较大，为解决这一问题仍需要采用较大的桩截面，因此其钢筋配筋量较大，所需要的混凝土量也较大，其经济性变差。

4、实现该专利的技术方案需要钻出较深的锚索孔，随着钻孔深度的增加，钻机扭矩、动力、吹风会成倍增加，当超过其技术深度后，在实际工程中非常难于实施，特别是滑坡体较厚、要钻出极深的孔几乎是不可能的。

5、锚索孔愈深，所需要的钢绞线愈长，致使成本增加，而且下锚安装也非常困难。同时因使用较长的锚索，在承载中又会因长锚索带来的较大绝对弹性形变量，使其对桩的牵拉作用相对减少，进而影响使用的效果。

6、对一些大型复杂滑坡(滑坡推力大)、滑动面深的滑坡、有多层滑动面的滑坡而言，其效果会更差，缺陷愈加明显。

发明内容

本发明提供一种可以克服现有技术不足，可适用于多层滑面及深层滑面的多锚点抗滑桩的方法，以及用这种方法设置的多锚点抗滑桩。

本发明适用于多层滑面及深层滑面的多锚点抗滑桩的设置方法是：首先开挖桩井，并在桩井内分段设置桩身护壁。当桩井开挖到预设锚索位置时在该位置进行锚索钻孔、锚索制造安装、注浆作业，然后将锚索张拉段临时固定在桩身护壁上，例如将索绳挷扎于护壁上。按设计要求继续向下开挖桩井，重复前述工序，直至完成最下端锚索的制造安装和注浆工序。然后继续将桩井开挖到设计深度。在桩井内组装钢筋笼，再逐个将锚索的张拉段固定在桩前主筋上，安装支架并进行锚索张拉，锁定。最后浇注桩身混凝土，完成桩的制造。

根据本发明所述的方法设置的适用于多层滑面及深层滑面的多锚点抗滑桩，其桩体的嵌固段嵌固于滑动面以下的稳定地层内，而悬臂段处于滑坡体内，预应力锚索的锚固端亦嵌入相应滑动面以下的地层内，在桩体悬臂段至少两个不同标高的位置上(具体位置据优化确定)，设置两排或两排以上锚索。

本发明的多锚点预应力锚索抗滑桩同样属于主动式受力结构。它除了在桩头设置预应力锚索外，还在桩中靠近每个滑动面的部位设置至少一排锚索，使主动受力点(锚固点)的数量增加。采用这种技术措施可以使锚索靠近滑动面，使锚索长度大幅度减短，这对于多层滑动面、深层滑动面的滑坡或下滑推力较大的滑坡极为适用。随着锚索锚固位置的增加，抗滑桩受力变成了多点近似铰接，端点近似弹性固定端的连续梁式结构。比普通锚索抗滑桩的近似简支梁结构受力更为合理，完全改变了普通预应力锚索抗滑桩锚固点单一缺点，可以有效控制桩身位移，进而达到减少桩身内力、桩的横截面及埋置深度的目的，节省材料并降低了造价。多锚点抗滑桩，实质上是给滑坡主动施加了多个阻止其下滑的外力，全方位限制了滑体的移动，可立即阻止滑坡的活动，稳定滑坡，其作用效果将大大优于现有技术。

采用本发明的这种多锚点抗滑桩，由于沿桩上下多点设置，就近分层锚固，可减少桩和锚索长度，不仅节省，而且桩的受力较为合理，可以有效控制滑坡变形，同时与单锚索桩相比，本发明的多锚点抗滑桩具有全桩受力合理，锚索位置优越，有效缩短锚索长度等优点，可减小抗滑桩的内力、桩截面，减少桩的嵌固端深度，减少锚索的长度。根据实际的测算采用本发明可以节省工程投资12％以上。

由于本发明的多锚点抗滑桩因其锚点位置及数量可调，桩身受力优越，可根据具体情况应用于滑坡，高边坡及深基坑处理工程中，对大型复杂滑坡尤其具有使用优势，在土木工程建设中具有广阔的应用前景。

附图说明

附图1为本发明应用于一个滑坡体情况的剖面示意图。附图2为本发明与现有技术的单锚点桩弯矩图，其中图中：A为图1所示结构桩的弯矩图，B为现有技术的弯矩图。附图3为本发明应用于有两个滑坡体的地段的剖面示意图。附图4为本发明设置工艺示意图。

具体实施方式

由图1给出的本发明的实例可见，桩3处于滑坡体1中的悬臂端上，在不同标高处设置有三组锚索。各锚索的锚固端5、7和9均设置于滑坡体1以下的稳定地层2中。由图1可见其中锚索1所用的锚索较长，这一点与现有技术基本上是相同的，而锚索6与锚索8则较短，而且它们基本上是设置于桩的最大弯矩处，因此可以大大减小桩的最大弯矩。

以北京某滑坡治理工程为例。该工程所用的抗滑桩桩长58m，滑面深度46m。沿桩长共布设5排8根锚索，锚索采用8根Φ^s15钢绞线制作，每孔锚索设计拉力1000kN，锁定值为800kN，每排锚索距桩顶距离分别为0.5m，1.5m，2.5m，20m，40m。

根据以上参数分别进行按照普通锚索桩、桩中一排锚索多锚点桩及桩中两排锚索多锚点桩进行计算，结果如下表。

桩身内力计算数据一览表

 

抗滑桩类型	最大弯矩值(kN-m)	最小弯矩值(kN-m)	最大剪力值(kN)	最小剪力值(kN)	最大位移(mm)
						现有技术锚索桩	104000	-61700	13100	14200	109.8
本发明的桩中一排锚索	77400	-46600	11400	-10700	71.4
						本发明的桩中两排锚索	70600	-44400	9690	-9710	67.3

从计算结果中看出，对于普通锚索桩最大负弯矩发生在桩顶以下19.5m处，值为-61700kN/m，最大正弯矩发生在桩顶以下46.5m处，值为1040000kN/m，桩身最大位移109.8mm。当在桩中设置一排锚索时，最大负弯矩发生在桩顶以下23.5m处，位置较普通锚索桩向下移动4m，值为-46600kN/m，，最大正弯矩发生在桩顶以下47m处，值为774000kN/m，桩身最大位移变为71.4mm。

相比较普通锚索桩，桩中一排锚索的多锚点桩桩身内力及桩身位移有较大程度较少，参见图2中A与B以及上表，其中最大负弯矩减少24.5％，最大正弯矩减少25.6％，桩身最大位移减少35.0％，桩身剪力也有不同程度减少。

在一个以上的滑坡体中实施本发明参见图3，其中在浅层滑坡体10和深层滑坡体11内设置桩3的悬臂端，同时将第一12和第二个锚索14的锚固端13和15设置于浅层滑坡面以下的深层滑坡体11内，而将第三个锚索16的锚固端17设置于深层滑坡面以下和稳定地层19内。其具体的设置方法参见图4，首先在浅层处开挖桩井，并按设计在桩井内要求逐段进行护壁18的施工。在挖至设计设置第一个锚索位置时进行锚索钻孔，在锚孔20钻好后进行锚索制造安装，然后进行注浆作业将第一个锚索12的锚固端13固定于深层滑坡体内。将锚索张拉段先暂时绑于护壁上。再继续按设计要求向下开挖和设置护壁18，直至桩孔开挖至设计需要设置第二个锚索14的位置，在桩井壁上用钻机23钻出锚索孔21，在锚孔21钻好后进行第二个锚索制作安装，然后进行注浆作业将第二个锚索14的锚固端15固定于深层滑坡体内。继续按设计要求向下开挖并逐段进行护壁18设置，直至桩孔开挖至设计需要设置第三个锚索16的位置，在桩井壁上再进行锚索孔22的钻孔作业，在锚孔22钻好后进行锚索制作安装，然后进行注浆作业将第三个锚索16的锚固端17固定于深层滑面下的稳定地层19内。然后继续按设计要求向下开挖桩井，直到设计深度。按设计要求在桩井内组装钢筋笼，再逐个将锚索的张拉段固定在桩前主筋上，安装好支架，再逐个进行锚索张拉、锁定，次后浇注桩身混凝土，最终完成全部作业。参见图4。从本发明的桩设置工艺还可见，其锚索钻孔是在桩井开挖到适当的位置时进行的，因此不需要搭设脚手架，而且还可以使钻孔作业更便于进行。

由图3给出的实施例中，锚索12和14的锚固端13和15是分别嵌固于浅层滑动面下的地层内，仅锚索16的嵌固端17处于深层滑面下的稳定地层19内，这一点与现有技术需将所有锚固端固定于稳定地层的作法完全不同。由于这一措施可以使锚孔深度大为减小，同时可以减少锚索长度，降低工程的难度。由图3还可见，浅层滑坡体的滑动受桩和两个锚索12、14的约束，而深部滑坡体的滑动则是因桩和第三锚索16的共同作用被约束。如此滑坡体的滑动被限制控制，避免了对图3中位于左边公路的影响。

Claims (1)

1、设置适用于多层滑面及深层滑面的多锚点抗滑桩的方法，在滑坡体中设置由钢筋混凝土浇筑成的桩体，并使桩体的下端嵌固于滑坡体以下的稳定地层内，在桩体的悬臂段设置有预应力锚索，预应力锚索的锚固端亦嵌入相应滑动面以下的地层内，其特征在于首先开挖桩井，并在桩井内分段设置桩身护壁，当桩井开挖到预设锚索位置时在该位置进行锚索钻孔、锚索制作安装、注浆作业，然后将锚索张拉段临时固定在桩身护壁上，继续向下开挖桩井，重复前述工序，直至完成最下端锚索的制作安装和注浆工序，然后再将桩井开挖到设计深度，在桩井内组装钢筋笼，再逐个将锚索的张拉段固定在桩前主筋上，安装支架并进行锚索张拉，锁定，最后浇注桩身混凝土。

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