让剪让压型锚拉桩结构及其施工方法
技术领域
本发明属于岩土工程边坡加固技术领域,具体的为一种让剪让压型锚拉桩结构及其施工方法。
背景技术
顺层岩质边坡是岩层层面倾向与边坡坡面朝向一致或基本一致的岩质边坡,是一种常见且极易失稳的岩质边坡类型。在对顺层岩质边坡进行切坡开挖施工时,由于岩层层面通常为强度弱面,若岩层层面倾角与边坡坡面坡角满足一定条件,边坡岩体很容易在重力作用下沿岩层层面发生整体或局部失稳破坏,进而可能造成损失或灾害。
为了避免顺层岩质边坡发生失稳破坏,适时采取合理的支挡、加固措施对边坡进行治理是非常必要的。边坡预加固是指在边坡开挖前采取的加固或支护措施,用于防止边坡开挖过程中产生过大变形、失稳破坏等。由于预先在边坡坡体内采取了相应的加固、支护措施,在进行切坡开挖施工时,可以起到约束或控制边坡开挖引起的应力重分布、抑制边坡变形等作用,从而达到稳定边坡和防灾减灾的目的。
抗滑桩联合预应力锚固结构,简称为锚拉桩结构,是常用的顺层岩质边坡预加固措施之一。由于预应力锚固结构可显著降低作用于桩身的最大弯矩值和最大剪力值,使得锚拉桩结构中抗滑桩的几何尺寸明显小于常规抗滑桩,因此,锚拉桩结构的经济性有时会优于常规抗滑桩结构。这种锚拉桩结构的优点是可以同时利用抗滑桩的支挡作用和预应力锚固结构的锚固作用来限制坡体变形和保持坡体稳定。由于抗滑桩的刚度大且允许的横向变形小,这种锚拉桩结构最显著的优点是预加固顺层岩质边坡在切坡开挖施工中可产生的变形很小。
在顺层岩质边坡锚拉桩预加固中,由于抗滑桩允许的横向变形小、预应力锚固结构的抗剪强度低等原因,几乎不允许被加固坡体产生变形,因此在设计计算中必须同时遵守两个约定,一是作用于抗滑桩上的侧向压力为不考虑被加固坡体变形的情况;二是不考虑岩层层面的抗剪强度对被加固坡体稳定的有利作用。这两个约定使计算得到的抗滑桩侧向压力明显大于允许被加固坡体发生一定变形的情况,设计的锚拉桩结构尺寸也就比考虑坡体变形情况的大。
实际上,顺层岩质边坡在失稳破坏前坡体已经发生了一定量的变形,若在坡体发生了一定变形但仍处于稳定状态时对坡体实施锚拉桩预加固,则作用于抗滑桩上的侧向压力会显著减小,需要的锚拉桩结构尺寸也会显著减小;同时,坡体发生一定量的变形,有利于岩层层面抗剪强度的发挥,此抗剪强度的发挥对坡体稳定是有利的。仅从预加固结构来讲,这种考虑坡体变形的预加固技术显然比不允许边坡变形的预加固技术经济很多。
为了使坡体在预加固结构实施前就发生一定的变形值,以减小作用于抗滑桩上的侧向压力,同时避免预应力锚固结构因坡体变形被剪切破坏的风险,通常采用的施工工艺为:先切坡开挖部分坡体使坡体产生一定变形值,再施工锚拉桩结构,然后再施工剩余的切坡开挖工程。从这种施工工艺来讲,由于在锚拉桩结构实施前已经进行了部分切坡开挖施工,因此不能算作真正意义上的预加固技术,另外,把切坡开挖施工分为两个阶段实施显然是不经济的,且不便于施工组织。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种让剪让压型锚拉桩结构及其施工方法,可利用岩层层面之间具有的抗剪强度,以达到稳定坡体的技术目的,并具有施工方便经济的优点。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明首先提出了一种让剪让压型锚拉桩结构,包括让压型抗滑桩结构和设置在所述让压型抗滑桩结构上的桩顶让剪型锚固结构;
所述让压型抗滑桩结构包括抗滑桩,所述抗滑桩向下延伸伸入位于坡体潜在滑移面下方的稳定岩体中,所述抗滑桩与坡体接触的侧面上设有可压缩变形的让压层,所述让压层的底面与坡体潜在滑移面平齐或位于坡体潜在滑移面的下方;
所述桩顶让剪型锚固结构包括自由段钻孔,所述自由段钻孔的内侧底面上设有锚固段钻孔;所述自由段钻孔向内延伸至坡体潜在滑移面的内侧并使所述锚固段钻孔位于坡体潜在滑移面内侧的稳定岩体中,所述自由段钻孔的外侧孔口位于所述坡体与所述让压层的接触面上,所述自由段钻孔内和所述锚固段钻孔内设有锚筋,所述抗滑桩和所述让压层内设有与所述自由段钻孔相通的通孔,所述锚筋的内侧端向内延伸位于锚固段钻孔内,所述锚筋的外侧端向外延伸伸出所述通孔之外;
所述锚固段钻孔内填充设有包裹在所述锚筋外的砂浆,所述自由段钻孔内填充设有包裹在所述锚筋外的低压缩模量注浆材料,所述通孔背向所述自由段钻孔一侧的外侧孔口处设有套装在所述锚筋上并用于拉紧固定所述锚筋的锚具。
进一步,所述自由段钻孔和所述锚固段钻孔之间设有防止所述锚固段钻孔内的砂浆进入到所述自由段钻孔内的止浆塞。
进一步,所述通孔和所述自由段钻孔的轴线相互平行,且所述通孔和所述锚固段钻孔的轴向共轴。
进一步,所述自由段钻孔和锚固段钻孔的径向截面均为圆形,且所述自由段钻孔的内径大于所述锚固段钻孔的内径;在沿着所述自由段钻孔的轴向视图上,所述自由段钻孔与所述锚固段钻孔相切;所述自由段钻孔与所述锚固段钻孔之间的切点位于所述自由段钻孔的最低点。
进一步,所述锚具包括套装在所述锚筋上并与所述抗滑桩限位配合的锚座和用于在张拉荷载达预定值后锁定所述锚筋的锚夹具,所述锚夹具与所述锚座之间设有套装在所述锚筋上的锚板。
进一步,所述锚筋采用至少一根钢绞线或至少一根钢筋制成。
进一步,所述让压层采用低压缩模量注浆材料制成或采用可横向压缩的结构层。
进一步,所述低压缩模量注浆材料采用聚氨酯发泡注浆材料、聚丙烯发泡注浆材料、EPS水泥注浆材料或轻质泡沫水泥注浆材料。
本发明还提出了一种如上所述让剪让压型锚拉桩结构的施工方法,包括让压型抗滑桩结构施工方法和桩顶让剪型锚固结构施工方法;
所述让压型抗滑桩结构施工方法包括如下步骤:
11)抗滑桩桩孔成孔:按照设计要求开挖抗滑桩桩孔;
12)抗滑桩钢筋笼安装:在开挖好的抗滑桩桩孔内安装钢筋笼;
13)让压层安装:在让压层设计位置处安装让压层;
14)混凝土灌注:在已安装钢筋笼和让压层的抗滑桩桩孔内自孔底向上灌注混凝土,直至到达设计桩顶位置,并在设计位置处预留所述通孔;
所述桩顶让剪型锚固结构施工方法包括如下步骤:
21)自由段钻孔:用岩石钻机施工自由段钻孔,直至钻孔深度和钻孔直径均达到设定要求;
22)锚固段钻孔:用岩石钻机从自由段钻孔的内侧底面开始钻进施工锚固段钻孔,直至钻孔深度和钻孔直径均达到设定要求;
23)清孔:用高压空气或水清除所述自由段钻钻孔和所述锚固段钻孔内的杂物;
24)锚筋及止浆塞安装:把预先制作好的锚筋、注浆管和止浆塞安放在设定位置处;
25)锚固段注浆:通过注浆管向锚固段钻孔内注入砂浆,直至注满;
26)自由段注浆:通过注浆管在自由段钻孔内注入低压缩模量注浆材料,直至注满;
27)锚具安装:施工锚座,并安装锚板和锚夹具;
28)张拉锁定:当锚固段钻孔内的砂浆强度达到设计要求并具备张拉条件时,通过锚筋张拉设备张拉延伸伸出所述通孔外的锚筋,待张拉荷载达预定值后用锚夹具锁定。
进一步,所述步骤12)中,所述钢筋笼在抗滑桩桩孔内制作,或预制完成后吊装至抗滑桩桩孔内;
所述步骤13)中,所述让压层采用现浇制作或预制制成;
所述步骤24)中,在制作锚筋时,当所述锚筋用钢绞线制作时,不允许接长;当所述锚筋采用钢筋制作时,可机械接长,不允许焊接接长;
所述步骤25)中,在向所述锚固段钻孔内注入砂浆时控制注浆压力,使其既能够确保注浆质量,又不能使止浆塞失效。
本文所述的让压型抗滑桩结构施工方法和桩顶让剪型锚固结构施工方法不存在施工的先后顺序,本领域技术人员应当知道,步骤11)中的抗滑桩桩孔成孔工序以及步骤21)的自由段钻孔工序和步骤22)的锚固段钻孔工序中,可以先进行步骤11)中的抗滑桩桩孔成孔工序施工,再按序进行步骤21)的自由段钻孔工序和步骤22)的锚固段钻孔工序的施工;当然,也可以先进行步骤21)的自由段钻孔工序和步骤22)的锚固段钻孔工序的施工,再进行步骤11)中的抗滑桩桩孔成孔工序的施工,均能够满足施工要求,不再累述。
本发明的有益效果在于:
本发明的让剪让压型锚拉桩结构,通过在抗滑桩与坡体接触的侧面上设置可压缩变形的让压层,允许坡体潜在滑移面以上坡体发生一定量的顺坡向位移,即实现了让压功能,有利于岩层层面抗剪强度的发挥,因此,切坡开挖施工仅在抗滑桩施工后实施,不需要分为抗滑桩施工前开挖和施工后开挖两个阶段,真正实现了边坡预加固,具有施工方便经济的优点;
通过将自由段钻孔向内延伸至坡体潜在滑移面的内侧,并在自由段钻孔内填充包裹在锚筋外的低压缩模量注浆材料,低压缩模量注浆材料具有在外载荷作用下易变形、不易破坏的特点,即使坡体在潜在滑移面两侧岩体发生相对位移趋势甚至相对位移时,锚筋受到的剪切应力也很小,实现了让剪功能;
即本发明的让剪让压型锚拉桩结构在用于顺层岩质边坡预加固时,允许潜在滑移面以上岩体发生一定量的顺坡向剪切位移,有利于岩层层面抗剪强度在坡体稳定中发挥作用,即达到利用岩层层面之间具有的抗剪强度,稳定坡体的技术目的。
通过在自由段钻孔和锚固段钻孔之间设置止浆塞位,在向锚固段钻孔注浆施工时,可以阻止注入锚固段钻孔的砂浆进入自由段钻孔,同时可以适当提高锚固段钻孔内的注浆压力,确保甚至提高锚固段钻孔内的注浆质量。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行说明:
图1为本发明让剪让压型锚拉桩结构实施例的结构示意图;
图2为让压型抗滑桩结构的结构示意图;
图3为桩顶让剪型锚固结构的结构示意图;
图4为自由段钻孔和锚固段钻孔在沿着自由段钻孔轴向方向上相切的结构示意图;
图5为让压型抗滑桩结构的施工方法的结构示意图;
图6为桩顶让剪型锚固结构的施工方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示,为本发明让剪让压型锚拉桩结构实施例的结构示意图。本实施例的让剪让压型锚拉桩结构,包括让压型抗滑桩结构和设置在让压型抗滑桩结构上的桩顶让剪型锚固结构。
本实施例的让压型抗滑桩结构包括抗滑桩3,抗滑桩3向下延伸伸入位于坡体潜在滑移面1下方的稳定岩体中,抗滑桩3与坡体接触的侧面上设有可压缩变形的让压层4,让压层4的底面与坡体潜在滑移面1平齐或位于坡体潜在滑移面1的下方。本实施例的让压层4的底面与坡体潜在滑移面1平齐。且让压层4采用低压缩模量注浆材料制成或采用可横向压缩的结构层,本实施例的让压层4采用低压缩模量注浆材料制成,低压缩模量注浆材料可采用聚氨酯发泡注浆材料、聚丙烯发泡注浆材料、EPS水泥注浆材料和轻质泡沫水泥注浆材料等等。本实施例的低压缩模量注浆材料采用聚氨酯发泡注浆材料。本实施例的抗滑桩3的横截面设置为方形;当然,根据实际需要,抗滑桩3的横截面也可以设置为圆形等,其原理相当,不再累述。
本实施例的桩顶让剪型锚固结构包括自由段钻孔5,自由段钻孔5的内侧底面上设有锚固段钻孔6。自由段钻孔5向内延伸至坡体潜在滑移面1的内侧并使锚固段钻孔6位于坡体潜在滑移面1内侧的稳定岩体中,自由段钻孔5的外侧孔口位于坡体与让压层4的接触面2上,自由段钻孔5和锚固段钻孔6内设有锚筋,抗滑桩3和让压层4内设有与自由段钻孔5相通的通孔8,锚筋7的内侧端向内延伸并穿过自由段钻孔5后位于锚固段钻孔6内,锚筋7的外侧端向外延伸伸出抗滑桩3之外。本实施例的锚固段钻孔6内填充设有包裹在锚筋7外的砂浆9,自由段钻孔5内填充设有包裹在锚筋7外的低压缩模量注浆材料10,通孔8背向自由段钻孔5一侧的外侧孔口处设有套装在锚筋7上并用于拉紧固定锚筋7的锚具。同理,低压缩模量注浆材料可采用聚氨酯发泡注浆材料、聚丙烯发泡注浆材料、EPS水泥注浆材料和轻质泡沫水泥注浆材料等等。本实施例的低压缩模量注浆材料采用轻质泡沫水泥注浆材料。
进一步,自由段钻孔5和锚固段钻孔6之间设有防止砂浆9进入到自由段钻孔5内的止浆塞11。通过在自由段钻孔5和锚固段钻孔6之间设置止浆塞11,在向锚固段钻孔6注浆施工时,可以阻止注入锚固段钻孔6的砂浆进入自由段钻孔5,同时可以适当提高锚固段钻孔6内的注浆压力,确保甚至提高锚固段钻孔6内的注浆质量。
进一步,本实施例的通孔8和自由段钻孔5的轴线相互平行,且通孔8和锚固段钻孔6的轴向共轴。本实施例的自由段钻孔5和锚固段钻孔6的径向截面均为圆形,且自由段钻孔5的内径大于锚固段钻孔6的内径。在沿着自由段钻孔5的轴向视图上,自由段钻孔5与锚固段钻孔6相切,且自由段钻孔5与锚固段钻孔6之间的切点位于自由段钻孔5的最低点,如此,即可在自由段钻孔5内为低压缩模量注浆材料10预留更大的变形余量,更好地实现让剪功能。
进一步,锚具包括套装在锚筋7上并与抗滑桩3限位配合的锚座12和用于在张拉荷载达预定值后锁定锚筋7的锚夹具13,锚夹具13与锚座12之间设有套装在锚筋7上的锚板14,可达到将锚筋7锚固的要求。锚筋7采用至少一根钢绞线或至少一根钢筋制成。本实施例的锚筋7采用多根钢绞线绕制而成。
本实施例的让剪让压型锚拉桩结构,通过在抗滑桩与坡体接触的侧面上设置可压缩变形的让压层,允许坡体潜在滑移面以上坡体发生一定量的顺坡向位移,即实现了让压功能,有利于岩层层面抗剪强度的发挥,因此,切坡开挖施工仅在抗滑桩施工后实施,不需要分为抗滑桩施工前开挖和施工后开挖两个阶段,真正实现了边坡预加固,具有施工方便经济的优点。通过将自由段钻孔向内延伸至坡体潜在滑移面的内侧,并在自由段钻孔内填充包裹在锚筋外的低压缩模量注浆材料,低压缩模量注浆材料具有在外载荷作用下易变形、不易破坏的特点,即使坡体在潜在滑移面两侧岩体发生相对位移趋势甚至相对位移时,锚筋受到的剪切应力也很小,实现了让剪功能。即本实施例的让剪让压型锚拉桩结构在用于顺层岩质边坡预加固时,允许潜在滑移面以上岩体发生一定量的顺坡向剪切位移,有利于岩层层面抗剪强度在坡体稳定中发挥作用,即达到利用岩层层面之间具有的抗剪强度,稳定坡体的技术目的。
本实施例还提出了一种让剪让压型锚拉桩结构施工方法,包括让压型抗滑桩结构施工方法和桩顶让剪型锚固结构施工方法;
其中,让压型抗滑桩结构施工方法包括如下步骤:
11)抗滑桩桩孔成孔:按照设计要求开挖抗滑桩桩孔,即按照设计的桩位、桩身截面形态及尺寸、桩身长度等要求开挖抗滑桩桩孔。
12)抗滑桩钢筋笼安装:在开挖好的抗滑桩桩孔内安装钢筋笼;钢筋笼可以在抗滑桩桩孔内制作,也可以预制完成后吊装至抗滑桩桩孔内。
13)让压层安装:在让压层设计位置处安装让压层;让压层可以采用现浇制作,也可以预制制成。
14)混凝土灌注:在已安装钢筋笼和让压层的抗滑桩桩孔内自孔底向上灌注混凝土,直至到达设计桩顶位置,并在设计位置处预留通孔8,用于穿设锚筋7。
本实施例的桩顶让剪型锚固结构施工方法包括如下步骤:
21)自由段钻孔:用岩石钻机施工自由段钻孔5,直至钻孔深度和钻孔直径均达到设定要求,具体的,自由段钻孔5的钻孔深度等于其设计长度,且钻孔直径等于或略大于自由段钻孔的设计直径。
22)锚固段钻孔:用岩石钻机从自由段钻孔5的内侧底面开始钻进施工锚固段钻孔6,直至钻孔深度和钻孔直径均达到设定要求;具体的,锚固段钻孔6的钻孔深度略大于锚筋7伸入锚固段钻孔6内的设计长度,且钻孔直径等于或略大于锚固段钻孔的设计直径。由于锚固段钻孔6直径明显小于自由段钻孔5直径,因此在自由段钻孔5施工完成后需要先更换适合的钻头后方可进行锚固段钻孔6的施工。
23)清孔:用高压空气或水清除自由段钻钻孔5和锚固段钻孔内6的杂物,杂物包括岩石碎屑等。
24)锚筋及止浆塞安装:把预先制作好的锚筋7、注浆管和止浆塞11安放在设定位置处。具体的,在制作锚筋时,当锚筋7用钢绞线制作时,不允许接长;当锚筋7采用钢筋制作时,可机械接长,不允许焊接接长。
25)锚固段注浆:通过注浆管向锚固段钻孔6内注入砂浆9,直至注满;在向锚固段钻孔6内注入砂浆时控制注浆压力,使其既能够确保注浆质量,又不能使止浆塞失效。
26)自由段注浆:通过注浆管在自由段钻孔5内注入低压缩模量注浆材料10,直至注满。
27)锚具安装:施工锚座12,并安装锚板14和锚夹具13。
28)张拉锁定:当锚固段钻孔6内的砂浆强度达到设计要求并具备张拉条件时,通过锚筋张拉设备张拉延伸伸出通孔8外侧孔口之外的锚筋7,待张拉荷载达预定值后用锚夹具13锁定。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。