CN104762980A - 耗能减震防液化刚柔性抗滑桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

耗能减震防液化刚柔性抗滑桩及施工方法，属于坡体支档技术领域，耗能减震防液化刚柔性抗滑桩由空格筒桩、碎石、锚索和气垫构成；空格筒桩由第一类空格筒桩和第二类空格筒桩，均为钢筋混凝土浇筑预制成型，外筒内镶嵌十字板，外筒上梅花形布置透水孔；空格桩筒内穿设锚索、外侧面包裹气垫；在坡体桩孔内依次安放一个第二类空格筒桩和多个第一类空格筒桩，空格筒桩之间顶底相嵌套，空格筒桩内充填碎石，顶部安放盖板；锚索通过锚具锚固于底板和盖板上，气垫内充满气体。该抗滑桩预制组装成型为刚柔性体，承载力高，能够在地震工况下起到很好的消能作用，具有良好的排水能力，防止桩周土体发生液化；施工方法简便，速度快，工程造价低廉。

Description

耗能减震防液化刚柔性抗滑桩及施工方法

技术领域

  本发明属于坡体支档技术领域，具体涉及一种耗能减震防液化刚柔性抗滑桩及施工方法，主要适用于边坡工程和滑坡治理工程。

背景技术

 滑坡是山区灾害的主要现象，滑坡灾害直接影响着人民生命、财产安全，而滑坡治理是一项技术难度高、投资金额大、破坏性巨大的国家防灾减灾工程。地震是诱发滑坡的主要因素之一，地震作用下砂性土或未固结岩土层中产生超静孔隙水压力，当孔隙水压力达到总应力值时，有效应力就降低到零，发生地震液化作用。抗滑桩以其刚度大的特点适应于抵抗滑坡推力，是滑坡治理的一种主要的支护手段，广泛应用于滑坡治理中，而这种刚性结构的抗震问题也越来越引起工程界的普遍关注。国内外学者深入分析，指出原因在于两方面：（1）液化土层的侧阻和横向抗力有所折减，对抗滑桩的约束作用减弱，支护体发生过大变形导致破坏；（2）地震作用下滑动区岩土体产生惯性力直接作用于抗滑桩，桩体自身消能效果不明显导致桩体本身损伤大，容易引起桩体结构破坏，支护失效，坡体滑塌。因此，砂土或未固结岩土的滑坡防治不仅需要考虑抗滑，还需同时考虑预防土体液化和桩体抗震。多方面考虑影响滑坡的主要因素，才能将滑坡灾害降低到最小。

由于山体滑坡厚度大，滑坡推力很大，滑坡体地形条件受限，给滑坡工程治理带来诸多困难。抗滑桩支档滑坡体主要承受弯矩和剪力。目前所用的抗滑桩多为大截面的实心桩体，结构形式简单，功能单一，只能抗滑、无法防止液化，也不能减震保护桩体本身，然而大截面实心桩所需混凝土灌注量大，造价成本高昂；空心抗滑桩由于受剪承载力不足，影响其使用。为了做好滑坡和边坡治理工程，克服上述现有抗滑桩的不足，同时降低抗滑桩的造价成本，本发明优化改进抗滑桩的结构，采取排水措施来降低液化发生的可能性来防止岩土体强度的降低，利用隔震减震的措施来减轻作用于抗滑桩的惯性力来预防抗滑桩的破坏，提出一种耗能减震防液化刚柔性抗滑桩及施工方法，治理诱发滑坡的潜在因素，增加坡体的安全性，降低滑坡治理成本。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种耗能减震防液化的抗滑桩及施工方法，解决抗滑桩抗震性能差，无法防止周围土体液化的疑难问题，并降低灾害治理造价。

本发明是耗能减震防液化刚柔性抗滑桩及施工方法，耗能减震防液化刚柔性抗滑桩,由空格筒桩、碎石6、锚索7和气垫9构成；空格筒桩有第一类空格筒桩1和第二类空格筒桩2，均为钢筋混凝土浇筑预制成型，外筒4内镶嵌十字板3，外筒4上梅花形布置透水孔5；第一类空格筒桩1的顶端十字板3缩进外筒4，底端十字板3露出外筒4，且缩进长度与露出长度相等；第二类空格筒桩2的顶端十字板3缩进外筒4，底端十字板3与外筒4平齐，并且底板封底，底板上预埋锚具8；空格桩筒内穿设锚索7、外侧面包裹气垫9；在坡体桩孔内依次安放一个第二类空格筒桩2和多个第一类空格筒桩1，空格筒桩之间顶底相嵌套，空格筒桩内充填碎石6，顶部安放盖板13；锚索7一端锚固于底板预埋锚具8，张拉锚索7施加预应力，另一端用锚具8锚固于盖板13上；充气管11与充气机12连接给气垫9充满气体。

本发明的耗能减震防液化刚柔性抗滑桩的施工方法，其步骤为：

（1）预制空格筒桩：按工程设计的抗滑桩体几何尺寸，进行第一类空格筒桩、第二类空格筒桩支模，绑扎钢筋、外筒上梅花形布置预留直径为50~60mm，间距为20~25cm的透水孔，浇筑混凝土并养护；

（2）勘察设计和施工准备：勘察山体的工程地质条件和潜在滑动面，进行计算设计；平整场地，清理杂物，根据工程设计图纸对抗滑桩所在中心点位进行测量定位，将预制完成的空格筒桩、碎石和气垫运送到施工现场；

（3）挖桩孔：在山体按照步骤（2）所确定的相应桩位，按设计图纸桩长、桩径开挖桩孔，并施做护壁；

（4）空格筒桩外包裹气垫：在空格筒桩外侧涂刷胶水，将气垫粘接包裹在空格筒桩，气垫管插于透水孔内，气垫的横向与空格筒桩的竖向垂直；

（5）安放第一类空格筒桩：在第一类空格筒桩内穿四根锚索，锚索长度大于桩孔深2~3m，在底板预埋锚具处将锚索一端锚固，锚索另一端穿出第一类空格筒桩顶端；用钢丝绳绑扎第一类空格筒桩并吊装于相应的桩孔内，钢筋较密的一侧安放于靠山侧，垂直安放就位；在露出地面的四根锚索、充气管上分别绑一根绳，并暂时固定在地面；

（6）填碎石：给空格筒桩内从下往上分层填碎石，振捣碎石，填至距桩顶1.5m左右为止；

（7）安放第二类空格筒桩：吊装第二类空格筒桩，锚索穿过桩内，钢筋较密的一侧安放于靠山侧，吊装于桩孔内并对中，将十字板嵌套于已安装好的桩外筒内，在地面固定相应的充气管，按步骤（6）填碎石；

（8）重复步骤（7）安放数个第二类空格筒桩，直至地面标高，碎石标高低于桩顶0.2m左右；

（9）安放盖板和张拉锚索：将盖板嵌套于桩体的外筒内；张拉锚索施加预应力，盖板挤压碎石，并用锚具将锚索锚固于盖板上；

（10）充气：露出地面的充气管与充气机连接给气垫充气。

本发明的有益效果是：（1）桩体为刚-柔结合的有机整体，钢筋混凝土空格筒桩属于刚性结构；碎石充填桩体空心部分，散体的碎石被空格筒桩和预应力锚索挤压约束成一个刚性体，空格筒桩与碎石构成整体，延性大，抗剪、抗弯承载力极大提高，两者协同工作共同抵抗滑坡推力；气垫层属于柔性材料，用于吸收地震波能量并减小地震时产生的惯性力，耗能减震，保护桩体不被受损；空格筒桩、碎石和气垫形成刚-柔性体，承载和抗震能力高。（2）空格筒桩带有透水孔，坡体内地震产生的超孔隙水流过透水孔，进入碎石内，超孔隙水压力减小，土体不发生液化，土对桩的约束不降低。（3）桩体结构形式简单，性能可靠，碎石充填空心部分节约大量的混凝土，降低工程造价。（4）桩体预制成型、现场拼装构成，解决了现场搅拌浇筑等复杂工序，施工现场清洁、无污染，大大提高施工效率。 因此该抗滑桩结构简单、承载力高，能够在地震工况下起到很好的消能作用，具有良好的排水能力，防止桩周土体发生液化，增加了抗滑桩支档滑坡工程在地震惯性力作用下的安全性能，降低了工程造价。

附图说明

图1是本发明耗能减震防液化刚柔性抗滑桩的示意图，图2是图1中第一类空格筒桩的示意图，图3是图1中第二类空格筒桩的示意图，图4是图1中的A—A剖面图，图5是本发明耗能减震防液化刚柔性抗滑桩横截面上的钢筋布设示意图，图6是图1中气垫的示意图，图7是本发明耗能减震防液化刚柔性抗滑桩在滑坡上的示意图。

附图标记说明：第一类空格筒桩1、第二类空格筒桩2、十字板3、外筒4、透水孔5、碎石6、锚索7、锚具8、气垫9、气垫管10、充气管11、充气机12、盖板13、钢筋14、山体15、滑动面16、靠山侧17。

具体实施方式

下面结合附图和矩形截面空格筒桩实例对本发明特征作更进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。在阅读本发明后，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进均应包含于本发明的保护范围以内。

 如图1、2、3、4、6所示，本发明提供一种耗能减震防液化刚柔性抗滑桩，由空格筒桩、碎石6、锚索7和气垫9构成；空格筒桩有第一类空格筒桩1和第二类空格筒桩2，均为钢筋混凝土浇筑预制成型，外筒4内镶嵌十字板3，外筒4上梅花形布置透水孔5；第一类空格筒桩1的顶端十字板3缩进外筒4，底端十字板3露出外筒4，且缩进长度与露出长度相等；第二类空格筒桩2的顶端十字板3缩进外筒4，底端十字板3与外筒4平齐，并且底板封底，底板上预埋锚具8；空格桩筒内穿设锚索7、外侧面包裹气垫9；在坡体桩孔内依次安放一个第二类空格筒桩2和多个第一类空格筒桩1，空格筒桩之间顶底相嵌套，空格筒桩内充填碎石6，顶部安放盖板13；锚索7一端锚固于底板预埋锚具8，张拉锚索7施加预应力，另一端用锚具8锚固于盖板13上；充气管11与充气机12连接给气垫9充满气体。

如图1、2、3、5、7所示，所述的空格筒桩截面形式为圆形、矩形或梯形；外筒4靠山侧17布置相对密集的钢筋14，其余侧布置钢筋14较少；每一节空格筒桩的长度为5~7m，第一类空格筒桩1、第二类空格筒桩2顶端的十字板3缩进外筒4的长度相等，长度为50~100cm，第一类空格筒桩1的底端十字板3露出外筒4的长度也为50~100cm；保证了相互嵌套连接时的有效连接长度。

如图1、5所示，所述的十字板4内的钢筋15两端伸至外筒5内，有一定的搭接长度。

如图4所示，所述的碎石6采用粒径为30~80mm的卵石或石子。

如图1、2、3、4所示，所述的透水孔5为圆形，直径为50~60mm，间距为20~25cm，碎石6难以穿出透水孔5。

  如图1、6所示，所述的气垫9由气囊及底面串接而成，并在气囊之间梅花形布置气垫管10，气垫管10直径为50~60mm，间距为20~25cm，底面端头连接有充气管11；气垫9为橡胶膜制成，厚度为3~6mm，承受的气压为2~10Mpa。

  如图1所示，所述的气垫9的底面靠近空格筒桩外侧，气垫管10插于透水孔5内，且气垫9的横向与空格筒桩竖向垂直；便于施工和保证高效排水。

如图1所示，所述的盖板13上设有四个孔，盖板13几何尺寸稍小于外筒4的内部尺寸。

本发明的耗能减震防液化刚柔性抗滑桩的施工方法，其步骤为：

（1）预制空格筒桩：按工程设计的抗滑桩体几何尺寸，进行第一类空格筒桩1、第二类空格筒桩2支模，绑扎钢筋14、外筒4上梅花形布置预留直径为50~60mm，间距为20~25cm的透水孔5，浇筑混凝土并养护；

（2）勘察设计和施工准备：勘察山体15的工程地质条件和潜在滑动面16，进行计算设计；平整场地，清理杂物，根据工程设计图纸对抗滑桩所在中心点位进行测量定位，将预制完成的空格筒桩、碎石6和气垫9运送到施工现场；

（3）挖桩孔：在山体15按照步骤（2）所确定的相应桩位，按设计图纸桩长、桩径开挖桩孔，并施做护壁；

（4）空格筒桩外包裹气垫9：在空格筒桩外侧涂刷胶水，将气垫9粘接包裹在空格筒桩，气垫管10插于透水孔5内，气垫9的横向与空格筒桩的竖向垂直；

（5）安放第一类空格筒桩1：在第一类空格筒桩1内穿四根锚索7，锚索7长度大于桩孔深2~3m，在底板预埋锚具8处将锚索7一端锚固，锚索7另一端穿出第一类空格筒桩1顶端；用钢丝绳绑扎第一类空格筒桩1并吊装于相应的桩孔内，钢筋14较密的一侧安放于靠山侧17，垂直安放就位；在露出地面的四根锚索7、充气管11上分别绑一根绳，并暂时固定在地面；

（6）填碎石6：给空格筒桩内从下往上分层填碎石6，振捣碎石6，填至距桩顶1.5m左右为止；

（7）安放第二类空格筒桩2：吊装第二类空格筒桩2，锚索7穿过桩内，钢筋14较密的一侧安放于靠山侧17，吊装于桩孔内并对中，将十字板3嵌套于已安装好的桩外筒4内，在地面固定相应的充气管11，按步骤（6）填碎石6；

（8）重复步骤（7）安放数个第二类空格筒桩2，直至地面标高，碎石6标高低于桩顶0.2m左右；

（9）安放盖板13和张拉锚索7：将盖板13嵌套于桩体的外筒4内；张拉锚索7施加预应力，盖板13挤压碎石6，并用锚具8将锚索7锚固于盖板13上；碎石6既充填空格筒桩空心部分，又被空格筒桩和锚索7加压约束，形成整体协同工作，承载力极大提高；

（10）充气：露出地面的充气管11与充气机12连接给气垫9充气。

Claims (9)

1.耗能减震防液化刚柔性抗滑桩，其特征在于：由空格筒桩、碎石（6）、锚索（7）和气垫（9）构成；空格筒桩有第一类空格筒桩（1）和第二类空格筒桩（2），均为钢筋混凝土浇筑预制成型，外筒（4）内镶嵌十字板（3），外筒（4）上梅花形布置透水孔（5）；第一类空格筒桩（1）的顶端十字板（3）缩进外筒（4），底端十字板（3）露出外筒（4），且缩进长度与露出长度相等；第二类空格筒桩（2）的顶端十字板（3）缩进外筒（4），底端十字板（3）与外筒（4）平齐，并且底板封底，底板上预埋锚具（8）；空格桩筒内穿设锚索（7）、外侧面包裹气垫（9）；在坡体桩孔内依次安放一个第二类空格筒桩（2）和多个第一类空格筒桩（1），空格筒桩之间顶底相嵌套，空格筒桩内充填碎石（6），顶部安放盖板（13）；锚索（7）一端锚固于底板预埋锚具（8），张拉锚索（7）施加预应力，另一端用锚具（8）锚固于盖板（13）上；充气管（11）与充气机（12）连接给气垫（9）充满气体。

2.根据权利要求1所述的耗能减震防液化刚柔性抗滑桩，其特征在于：空格筒桩截面形式为圆形、矩形或梯形；外筒（4）靠山侧（17）布置相对密集的钢筋（14），其余侧布置钢筋（14）较少；每一节空格筒桩的长度为5~7m，第一类空格筒桩（1）、第二类空格筒桩（2）顶端的十字板（3）缩进外筒（4）的长度相等，长度为50~100cm。

3.根据权利要求1所述的耗能减震防液化刚柔性抗滑桩，其特征在于：十字板（4）内的钢筋（15）两端伸至外筒（5）内，有一定的搭接长度。

4.根据权利要求1所述的耗能减震防液化刚柔性抗滑桩，其特征在于：碎石（6）采用粒径为30~80mm的卵石或石子。

5.根据权利要求1所述的耗能减震防液化刚柔性抗滑桩，其特征在于：透水孔（5）为圆形，直径为50~60mm，间距为20~25cm，碎石（6）难以穿出透水孔5。

6.根据权利要求1所述的耗能减震防液化刚柔性抗滑桩，其特征在于：气垫（9）由气囊及底面串接而成，并在气囊之间梅花形布置气垫管（10），气垫管（10）直径为50~60mm，间距为20~25cm，底面端头连接有充气管（11）；气垫（9）为橡胶膜制成，厚度为3~6mm，承受的气压为2~10Mpa。

7.根据权利要求1所述的耗能减震防液化刚柔性抗滑桩，其特征在于：气垫（9）的底面靠近空格筒桩外侧，气垫管（10）插于透水孔5内，且气垫（9）的横向与空格筒桩竖向垂直。

8.根据权利要求1所述的耗能减震防液化刚柔性抗滑桩，其特征在于：盖板（13）上设有四个孔，盖板（13）几何尺寸稍小于外筒（4）的内部尺寸。

9.耗能减震防液化刚柔性抗滑桩的施工方法，其步骤为：

（1）预制空格筒桩：按工程设计的抗滑桩体几何尺寸，进行第一类空格筒桩（1）、第二类空格筒桩（2）支模，绑扎钢筋（14）、外筒（4）上梅花形布置预留直径为50~60mm，间距为20~25cm的透水孔（5），浇筑混凝土并养护；

（2）勘察设计和施工准备：勘察山体（15）的工程地质条件和潜在滑动面（16），进行计算设计；平整场地，清理杂物，根据工程设计图纸对抗滑桩所在中心点位进行测量定位，将预制完成的空格筒桩、碎石（6）和气垫（9）运送到施工现场；

（3）挖桩孔：在山体（15）按照步骤（2）所确定的相应桩位，按设计图纸桩长、桩径开挖桩孔，并施做护壁；

（4）空格筒桩外包裹气垫（9）：在空格筒桩外侧涂刷胶水，将气垫（9）粘接包裹在空格筒桩，气垫管（10）插于透水孔5内，气垫（9）的横向与空格筒桩的竖向垂直；

（5）安放第一类空格筒桩（1）：在第一类空格筒桩（1）内穿四根锚索（7），锚索（7）长度大于桩孔深2~3m，在底板预埋锚具（8）处将锚索（7）一端锚固，锚索（7）另一端穿出第一类空格筒桩（1）顶端；用钢丝绳绑扎第一类空格筒桩（1）并吊装于相应的桩孔内，钢筋（14）较密的一侧安放于靠山侧（17），垂直安放就位；在露出地面的四根锚索（7）、充气管（11）上分别绑一根绳，并暂时固定在地面；

（6）填碎石6：给空格筒桩内从下往上分层填碎石（6），振捣碎石（6），填至距桩顶1.5m左右为止；

（7）安放第二类空格筒桩（2）：吊装第二类空格筒桩（2），锚索（7）穿过桩内，钢筋（14）较密的一侧安放于靠山侧（17），吊装于桩孔内并对中，将十字板（3）嵌套于已安装好的桩外筒（4）内，在地面固定相应的充气管（11），按步骤（6）填碎石6；

（8）重复步骤（7）安放数个第二类空格筒桩2，直至地面标高，碎石6标高低于桩顶0.2m左右；

（9）安放盖板（13）和张拉锚索（7）：将盖板（13）嵌套于桩体的外筒（4）内；张拉锚索（7）施加预应力，盖板（13）挤压碎石（6），并用锚具（8）将锚索（7）锚固于盖板（13）上；

（10）充气：露出地面的充气管（11）与充气机（12）连接给气垫（9）充气。