CN104389307A - 一种可耗能自复位抗滑桩结构及实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可耗能自复位抗滑桩结构及其实施方法。该结构由钢筋混凝土桩体、钢筋混凝土护壁及EPS填筑层及弹簧装置四个部分构成。该结构最主要的特点是：悬臂段的横截面尺寸大于锚固段的横截面尺寸，在抗滑桩悬臂段靠山侧与护壁之间填筑了一层EPS材料并安装了弹簧装置。本发明的实施方法是：逐节开挖钢筋混凝土桩体的桩坑，每开挖一节，就及时施作该节护壁，直到桩坑开挖到设计标高。自桩坑锚固段顶面标高逐节向上进行EPS填筑层预制块的安装及弹簧装置的安装直至桩顶标高，进行钢筋混凝土桩体的钢筋笼绑扎、混凝土浇筑和养护。该结构将刚、柔材料相结合，在正常工况下，依托钢筋混凝土结构和弹簧装置承受滑坡推力作用；地震工况下，充分利用EPS材料的柔性产生很好的消能效果，且利用弹簧装置的恢复力，减小震后抗滑桩残余位移。

Description

一种可耗能自复位抗滑桩结构及实施方法

技术领域

本发明主要针对提高抗滑桩工程的抗震性能以及减小结构在震后的残余位移而发明的一种结构，尤其应用于抗震设防烈度较高的工程以及地质灾害频发的地区。

背景技术

近几年，国内发生了多次重大地震，如四川汶川、青海玉树、甘肃岷县漳县地震等给人民的生命和财产带来巨大的损失，因此我国的防震减灾形势非常严峻。抗滑桩是一种在治理地质灾害中常用的工程手段，广泛应用于铁路、公路、水利等工程领域，而这种刚性结构的抗震性能及震后引起的残余位移问题也越来越引起工程师的重视。

中国专利申请[2013106701829]公开了一种抗震性能优越的新型抗滑桩结构及其实施方法。该结构由钢筋混凝土抗滑桩桩体、钢筋混凝土护壁和EPS填筑层三个部分构成。该团队采用大型振动台模型试验的方法对普通抗滑桩和EPS抗滑桩的抗震性能进行对比试验，试验结果表明在给予一定地震加速度之后，EPS抗滑桩结构的抗震性能有明显的优势：具体表现在优化的抗滑桩在震后倾倒的角度小于普通抗滑桩、采用优化结构治理的滑坡在受到地震作用力破坏后其滑坡体出现的张拉裂缝明显少于普通抗滑桩治理的滑坡。

上述专利公开的抗震性能优越的新型抗滑桩结构及其实施方法，不仅可以满足抵抗滑坡推力的要求，而且能够在地震工况下起到很好的消能作用。但该抗滑桩结构无法有效减小震后抗滑桩和坡体的残余位移，可能导致结构物变形过大而影响正常使用，这与当前国际通用的基于性能设计的结构物设计理念不太相符。

性能设计是岩土工程抗震设计最前沿的研究方向，基于位移的设计方法是目前最重要的性能设计理论之一。位移设计方法的基本理念是：结构设计按照位移控制，位移是反映结构破坏最直观的参数。在岩土工程抗震设计中，国内外学者也已充分认识到，在不影响公路、铁路使用功能的情况下，应允许支挡结构有一定的位移量。例如，欧洲抗震设计规范Eurocode8规定：挡土墙在地震作用下的永久性位移包括滑移位移与倾覆位移，为不影响墙体的美观和正常使用功能的发挥，必须使其震后的位移控制在合理的范围内。例如，新西兰抗震设计规范规定：在设计地震下，可允许支挡结构保持弹性状态；在强地震下，可允许支挡结构具备有限的永久性位移，对于刚性支挡结构允许的墙体位移是100mm。

本次提出的这种可耗能自复位抗滑桩结构由钢筋混凝土结构、EPS材料和弹簧构成有机整体，是一种带有阻尼器装置的抗滑桩，本发明不仅能在地震过程中耗散部分震动能量，也能在震后减小抗滑桩的残余位移。

本发明中抗滑桩作为一种钢筋混凝土结构，其刚度大的特点适用于抵抗滑坡的推力；EPS材料具有充分的柔性，在地震惯性力作用下有很好的消能效果；弹簧装置在正常工况下可以承受滑坡推力作用，在地震工况下可发挥其恢复力作用，减小震后抗滑桩残余位移。本发明将钢筋混凝土结构、EPS材料和弹簧这几种刚、柔材料有机结合起来，不仅可以满足抵抗滑坡推力的要求，而且能提高结构的抗震性能，并且在结构遭遇极端条件下仍然可以维持结构的支挡作用，为结构的维修提供方便，不至于使结构完全损坏而失去作用，节省工程投资并为抗震救灾赢得宝贵的时间，有重要的工程意义，在抗震设防烈度较高的地区有广阔的实用前景。

发明内容

针对抗震设防较高的滑坡工程，本发明开发了一种可耗能自复位抗滑桩结构及其实施方法。该结构将刚、柔材料相结合，在正常工况下，依托钢筋混凝土结构和弹簧装置承受滑坡推力作用；地震工况下，充分利用EPS材料的柔性产生很好的消能效果，且利用弹簧装置的恢复力，减小震后抗滑桩残余位移。

本发明是由以下方案来实现的：一种可耗能自复位抗滑桩结构，该结构包括钢筋混凝土桩体、EPS填筑层、弹簧装置及钢筋混凝土护壁。该结构最主要的特点是：悬臂段的横截面尺寸大于锚固段的横截面尺寸，在抗滑桩悬臂段靠山侧与护壁之间预留一定的空间用来填筑一层EPS材料并安装了弹簧装置。本结构的实施方法可以参考CN103669338 A的做法。所述的抗滑桩结构的实施方法是逐节开挖钢筋混凝土抗滑桩桩体的桩坑，每开挖一节，就及时施作该节护壁，直到桩坑开挖到设计标高且护壁紧随施作完成，自桩坑锚固段顶面标高逐节向上进行EPS填筑层预制块的安装及弹簧装置的安装直至桩顶标高，进行钢筋混凝土抗滑桩桩体的钢筋笼绑扎、混凝土浇筑和养护。

本发明的技术效果是：防治结构为刚-柔结合的有机整体，钢筋混凝土抗滑桩桩体属于刚性结构，用于抵抗滑坡推力；护壁属于防护结构，保证施工期间桩坑作业的安全；EPS填筑层及弹簧装置属于柔性材料，用于吸收地震波能量并减小地震时产生的惯性力，并利用弹簧装置减小桩体受力变形后的位移。

本发明的优点是：EPS材料及弹簧装置价格便宜，对工程造价影响不大；其次，施工便利，EPS块体的组装可以在桩孔内完成，自下而上拼装并粘结，本发明所需EPS块体可根据具体需要进行预制；再次，本发明应用于工程可提高结构的安全储备，在结构遭受极不利条件下不至于瞬间失效，为工程维修节省工程量。

附图内容

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的抗滑桩平面布置示意图；

图2是本发明的抗滑桩横剖面示意图；

图3是本发明的抗滑桩纵剖面示意图；

图4是本发明的抗滑桩护壁配筋示意图；

图5本发明的抗滑桩EPS预制块体结构示意图，其中(a)：主视图，(b)：侧视图，(c)：俯视图。

图中：1.钢筋混凝土抗滑桩桩体，2.钢筋混凝土护壁，3.EPS填筑层，4.滑坡周界，5.滑坡主滑方向，6.护壁预留钢筋，7.弹簧装置，8.护壁主筋和箍筋，9.EPS预制块预留钢筋孔，10.EPS预制块半圆形卡槽。

具体实施方式

本结构的实施方法可以参考CN 103669338 A的做法。本发明实施的关键是EPS填筑层与弹簧装置的生产与安装，下面参照附图对可耗能自复位抗滑桩结构的具体实施方法作进一步说明，：

(1)施工准备。与一般抗滑桩工程一样，按工程要求进行备料，所选用材料、型号要符合设计要求；

(2)桩坑开挖。桩坑开挖以人工开挖为主，并采用间隔式开挖，孔口做锁口处理，桩身做护壁处理，悬臂段的横截面尺寸大于锚固段的横截面尺寸，悬臂段桩坑尺寸应包括安装EPS填筑层(3)及弹簧装置(7)的空间；

(3)地下水处理。桩坑开挖过程中应及时排出孔内积水，可采用孔内直接排水和桩外管泵降排水；

(4)护壁制作。桩坑开挖过程中应及时进行钢筋混凝土护壁(2)施作。护壁高度一般为1～1.5m，根据附图4所示，制作护壁时，在每节护壁顶端向内伸出2根钢筋，用于连接EPS预制块，护壁顶部预留钢筋的长度由EPS填筑层的厚度决定，施作完成的护壁应保证其内壁垂直、光滑；

(5)EPS填筑层(3)与弹簧装置(7)的生产与安装。EPS填筑层(3)预制块宜采用标准化生产，其预制块厚度不小于50cm，高度以2～5m为宜，可按照设计文件要求，根据每节护壁上预留钢筋的位置，在EPS预制块相应位置预留孔洞(或在现场根据实际情况钻造孔洞)，在预制块顶端与底端分别设置相应于弹簧尺寸的半圆形卡槽。弹簧装置(7)的弹性常数和所需的弹簧个数由预设定的屈服刚度确定，可根据设计要求进行批量生产。

完成桩坑开挖和护壁施作之后，自桩坑锚固段顶面标高逐节向上进行EPS填筑层预制块及弹簧装置的安装直至桩顶标高。EPS填筑层(3)预制块与弹簧装置(7)的连接：先安装底部EPS填筑层(3)预制块，然后将弹簧装置(7)放置于预制块半圆形卡槽(10)，再填筑上部EPS填筑层(3)预制块并使其预设的半圆形卡槽与底部预制块的卡槽吻合，将弹簧包裹；EPS填筑层(3)预制块与护壁的结合方式是将护壁上部预留钢筋插入EPS预制块上的预留孔内，并将EPS预制块与护壁用粘结剂进行粘接，保证其与护壁紧密结合；EPS填筑层(3)预制块之间的结合方式是通过粘合剂粘接，并避免EPS预制块接触面与护壁接头处于同一高程；弹簧装置(7)与钢筋混凝土护壁(3)的连接是通过弹簧的一端与护壁预留钢筋焊接而固定于护壁，弹簧装置(7)与钢筋混凝土抗滑桩桩体(1)是通过弹簧另一端与钢筋笼焊接而固定于桩体。

(6)钢筋笼的制作与安装。钢筋笼的制作可在孔外进行，也可在孔内进行；

(7)混凝土浇筑和养护。桩身混凝土浇筑应连续进行，不留施工缝，每浇筑0.5～0.7m时应插入振动器振捣密实一次，完成抗滑桩施工后，要对出露地表的抗滑桩按规定进行混凝土的养护。

Claims (5)

1.一种可耗能自复位抗滑桩结构及其实施方法，其特征在于：所述的抗滑桩结构包括钢筋混凝土桩体(1)、钢筋混凝土护壁(2)、EPS填筑层(3)及弹簧装置(7)四个部分；所述的抗滑桩结构的实施方法是逐节开挖钢筋混凝土桩体(1)的桩坑，每开挖一节，就及时施作该节护壁，直到桩坑开挖到设计标高，悬臂段的横截面尺寸大于锚固段的横截面尺寸，悬臂段桩坑尺寸应包括安装EPS填筑层(3)及弹簧装置(7)的空间。自桩坑锚固段顶面标高逐节向上进行EPS填筑层(3)预制块的安装及弹簧装置(4)的安装直至桩顶标高，进行钢筋混凝土桩体的钢筋笼绑扎、混凝土浇筑和养护。

2.根据权利要求1所述的可耗能自复位抗滑桩结构，其特征在于：所述的抗滑桩结构将刚、柔材料相结合，在正常工况下，依托钢筋混凝土桩体(1)和弹簧装置(7)承受滑坡推力作用；地震工况下，充分利用EPS填筑层(3)的柔性产生很好的消能效果，且利用弹簧装置(7)的恢复力，减小震后抗滑桩残余位移。

3.根据权利要求1所述的可耗能自复位抗滑桩结构，其特征在于：先安装底部EPS填筑层(3)预制块，然后将弹簧装置(7)放置于预制块半圆形卡槽(10)，再填筑上部EPS填筑层(3)预制块，并使其预设的半圆形卡槽与底部预制块的卡槽吻合，将弹簧包裹。

4.根据权利要求1所述的可耗能自复位抗滑桩结构，其特征在于：弹簧装置(7)与钢筋混凝土护壁(3)的连接是通过弹簧的一端与护壁预留钢筋焊接而固定于护壁，弹簧装置(7)与钢筋混凝土桩体(1)是通过弹簧另一端与钢筋笼焊接而固定于桩体。

5.根据权利要求1所述的可耗能自复位抗滑桩结构，其特征在于：弹簧装置(7)的弹性常数和所需的弹簧个数由预设定的屈服刚度确定。