CN107604929B - 集排水防液化抗滑桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

集排水防液化抗滑桩及施工方法，属于边坡支挡技术领域，由钢管混凝土桩、钢筋混凝土底墩、环形集水铁箱、透水混凝土筒桩、反滤网、抽水管和手提抽水泵组成；环形集水铁箱套在钢管混凝土桩外，放置于钢筋混凝土底墩上，环形集水铁箱再浇筑透水混凝土筒桩；反滤网套入透水混凝土筒桩；抽水管预埋在透水混凝土筒桩内，且插入环形集水铁箱底部；手提抽水泵安装在桩体顶部，与抽水管连接。该抗滑桩可预制可现浇，刚度大，抗剪能力强，承载力高；桩的构造及所用材料，可以收集并排出下渗的地表水，减轻地下水位上升对边坡稳定的不利影响，并且能够在地震工况下起到防止桩周土体发生液化的作用；施工方法简便，工程造价低廉。

Description

集排水防液化抗滑桩及施工方法

技术领域

本发明属于坡体支挡技术领域，具体涉及集排水防液化抗滑桩技术，适用于边坡工程和滑坡治理工程。

背景技术

滑坡是山区频发的主要地质灾害之一，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、投资金额大的国家防灾减灾工程。诱发滑坡的两大主要因素是地下水位上升和地震，地下水位上升会改变边坡土体的力学性质，降低抗滑力；且地下水一般沿坡向渗流，渗流力对边坡稳定不利，从而诱发滑坡；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，发生地震液化从而造成边坡滑塌。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，而这种刚性结构在工程应用中出现的问题也受到关注。国内外学者深入分析，指出原因在于：地震液化作用下，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 。因此，砂土或未固结岩土的滑坡防治不仅需要考虑抗滑，还需同时考虑控制地下水位高度和预防土体液化。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，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。针对上述问题，现有的发明专利提出了一种耗能减震防液化刚柔性抗滑桩及施工方法，通过填充碎石的空格钢筋混凝土筒桩及筒桩外侧透水孔，能在地震作用下使坡体内地震产生的超孔隙水沿透水孔进入碎石内，土体超孔隙水压力减小，不发生液化，土对桩的约束不降低。但该空格钢筋混凝土筒桩采用预制拼接，内部填充碎石的结构，横向刚度小，抗剪承载力不足；另有一种预制混凝土排水桩，通过预制透水混凝土管桩可以一定程度吸收地震产生的超孔隙水，起到抗液化的作用。但是上述的两种抗液化桩均没有集水和向外排水的构造，导致了以上两种抗液化桩所吸收的地震产生的超孔隙水又会从透水孔或透水混凝土重新排入土体之中，防止液化效果不明显。为了提高边坡安全性，本发明优化改进了抗滑桩结构，集排水防液化抗滑桩具有控制地下水位高度和吸收地震产生的超孔隙水的作用，来防止因地下水位上升和地震液化引起的岩土体强度的降低对边坡稳定的不利，消除诱发滑坡的潜在威胁，增加坡体的安全性，降低滑坡治理成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种集排水防液化抗滑桩及施工方法。

本发明是集排水防液化抗滑桩及施工方法，集排水防液化抗滑桩，由钢

管混凝土桩1、钢筋混凝土底墩2、环形集水铁箱3、透水混凝土筒桩4、反滤网

5、抽水管6和手提抽水泵7构成 ，其特征在于钢管混凝土桩1内部间隔设置加

强钢板8；环形集水铁箱3由钢板焊接而成，并且内部焊接有8-12块竖向支撑钢

板9；环形集水铁箱3的顶板上焊接有锚固钢筋，并开有密集透水孔和一个抽水

管孔；环形集水铁箱3套在钢管混凝土桩1外且放置在钢筋混凝土底墩2之上；

透水混凝土筒桩4浇筑在钢管混凝土桩1外，且内部预埋抽水管6；抽水管6的

底端通过环形集水铁箱3上的抽水管孔插入环形集水铁箱3底部，顶端与安装在

钢管混凝土桩1顶部的手提抽水泵7连接；反滤网5套在透水混凝土筒桩4上。

集排水防液化抗滑桩的施工方法，其步骤为：

（1）勘察设计：勘察山体的工程地质条件，水文气象条件，分析确定潜在滑动

面的位置，进行计算设计；

（2）预制环形集水铁箱3：根据工程设计图纸，制作环形集水铁箱3，先将环形

集水铁箱的底板和内外竖直侧板焊接在一起，将8～12块已切割出矩形通水孔的

竖向支撑钢板9均匀地焊接在环形集水铁箱3内，焊接之后在环形集水铁箱3

内外壁均涂抹防腐蚀和防水涂料，再焊接环形集水铁箱3的顶板，在环形集水铁

箱3的顶板上焊接竖向钢筋10并将水平环状钢筋11绑扎在竖向钢筋10上，之

后在顶板上开抽水管孔和直径4～6mm的透水孔，抽水管孔直径应和抽水管直径

相同，最后在环形集水铁箱3整体外表面涂抹防腐蚀和防水涂料；

（3）制作钢管混凝土桩1的钢管：根据工程设计图纸，制作钢管，并将方形加强钢板8焊接到钢管内部；

（4）施工准备：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，并将手提抽水泵﹑抽水管﹑环形集水铁箱运到施工现场；

（5）挖桩孔：在山体按照之前步骤所确定的相应桩位，根据设计图纸的桩长、桩径开挖桩孔，并施做护壁 ；

（6）浇筑钢筋混凝土底墩2：将钢筋混凝土底墩2所配的钢筋预先制作成钢筋网12，吊装到桩孔内，浇筑钢筋混凝土底墩2；

（7）安装环形集水铁箱3：把已制作的环形集水铁箱3放置在钢筋混凝土底墩2上；

（8）浇筑钢管混凝土桩1：将钢管插入环形集水铁箱3内环，往钢管内浇筑混凝土，并振捣密实；

（9）浇筑透水混凝土筒桩4：将抽水管6通过环形集水铁箱3上的抽水管孔插入环形集水铁箱3内部，并将反滤网5铺设在桩孔壁上，待钢管混凝土桩1混凝土强度到达100%之后，再浇筑透水混凝土筒桩4；

（10）安装手提抽水泵7：将手提抽水泵7安装在钢管混凝土桩1顶部，并与抽水管6连接。

本发明的有益效果是：（1）桩体核心为钢管混凝土桩，相比于钢筋混凝土桩，免去了拆模工作，降低了工程造价；其整体刚度大，抗剪﹑抗弯能力均有提高，保证桩体在抗滑过程中不会因承载力不足而发生破坏。（2）透水混凝土筒桩可以使坡体内地震产生的超孔隙水流过，从而消散孔隙水压力，在地震发生时防止土体液化，有效地控制砂土液化对抗滑桩的危害。（3）透水混凝土筒桩可以使坡体地下水渗透到底部的环形集水铁桶内存储，并能通过抽水管和手提抽水泵向外排水，达到控制地下水位高度的目的，消除了造成边坡失稳的不利因素。（4）桩体为集排水于一体的抗滑桩，结构简单，可预制可现浇，施工方便，工程造价低廉，降低了滑坡治理成本。

附图说明

图1是本发明集排水防液化抗滑桩的立体解剖图，图2是钢管混凝土桩的钢管及内部加强钢板，图3是环形集水铁箱的顶板及其上部的锚固钢筋立体图，图4是环形集水铁箱的箱体结构图，图5是钢筋混凝土底墩配筋立剖示意图，图6是钢筋混凝土底墩配筋平剖示意图，图7是集排水防液化抗滑桩与可液化土层的位置关系图，图8是集排水防液化抗滑桩在坡体上的位置示意图。附图标记及对应名称为：钢管混凝土桩1、钢筋混凝土底墩2、环形集水铁箱3、透水混凝土筒桩4﹑反滤网5﹑抽水管6、手提抽水泵7、钢管混凝土桩内部加强钢板8﹑竖向支撑钢板9﹑竖向锚固钢筋10、水平环状钢筋11、钢筋混凝土底墩钢筋12、集排水防液化抗滑桩整体示意13、滑坡土体14、坡面线15、潜在滑动面16。

具体实施方式

下面结合附图和集排水防液化抗滑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。

本发明是集排水防液化抗滑桩及施工方法，如图1所示，集排水防液化抗滑桩，由钢管混凝土桩1、钢筋混凝土底墩2、环形集水铁箱3、透水混凝土筒桩4、反滤网5、抽水管6和手提抽水泵7构成 ，其特征在于钢管混凝土桩1内部间隔设置加强钢板8；环形集水铁箱3由钢板焊接而成，并且内部焊接有8-12块竖向支撑钢板9；环形集水铁箱3的顶板上焊接有锚固钢筋，并开有密集透水孔和一个抽水管孔；环形集水铁箱3套在钢管混凝土桩1外且放置在钢筋混凝土底墩2之上；透水混凝土筒桩4浇筑在钢管混凝土桩1外，且内部预埋抽水管6；抽水管6的底端通过环形集水铁箱3上的抽水管孔插入环形集水铁箱3底部，顶端与安装在钢管混凝土桩1顶部的手提抽水泵7连接；反滤网5套在透水混凝土筒桩4上。

如图1、图2所示，钢管混凝土桩（1）水平截面形式为圆形，其钢管壁厚为30mm～60mm，钢管的内直径为1000mm～2500mm；内部的加强钢板（8）的板厚为20mm～40mm，宽度为300mm～500mm，形状为钢管的内接正方形，间隔500～600mm布置。

如图1、图5、图6所示，钢筋混凝土底墩2，厚度500～1000mm，直径比钢管混凝土桩1大400～700mm；钢筋混凝土底墩的钢筋12锚入钢管混凝土桩1内，锚固长度500mm～800mm；且在沿边坡坡向的受力筋应相对加密50%～100%。

如图1、图7所示，透水混凝土筒桩4壁厚为400～700mm，浇筑在钢管混凝土桩1外围，其内径与钢管混凝土桩1直径相同，外径与钢筋混凝土底墩2直径相同；反滤网5为2～3层密目纱布或反滤网5为2~3层塑料网。

如图1、图4、图7所示，环形集水铁箱3的顶部高程在可液化土层之下；环形集水铁箱3由厚度为10～20mm的钢板焊接而成，其高度为400～600mm，其内径和钢管混凝土桩1直径相同，外径比钢筋混凝土底墩2直径小60～100mm；环形集水铁箱3的内﹑外壁均涂抹防腐蚀和防水涂料；环形集水铁箱3内的竖向支撑钢板9底部开有30～50mm 的矩形通水孔。

如图1、图4、图7所示，环形集水铁箱3的顶板上抽水管孔与抽水管6直径相同，抽水管孔开在顶板中部；密集透水孔直径为4～6mm，相邻透水孔圆心间距为20～30mm；抽水管孔与透水孔的位置避开竖向支撑钢板9。

如图1、图3、图7所示，环形集水铁箱3顶板上的锚固钢筋由8～12根竖向钢筋10和2～3根水平环状钢筋11组成；竖向钢筋10长200～400mm，直径20～25mm,距离环形集水铁箱3的顶板外边缘40～60mm，呈环状均匀布置；水平环状钢筋11直径16～20mm，间隔150mm～200mm，绑扎在竖向钢筋上；两种钢筋型号均为HRB400。

如图1、图7所示，抽水管6使用公称直径30mm～50mm的不锈钢管，抽水管底口绑扎过滤纱网。

集排水防液化抗滑桩的施工方法，如图1~图8所示，其步骤为：

（1）勘察设计：勘察山体的工程地质条件，水文气象条件，分析确定潜在滑动面的位置，进行计算设计；

（2）预制环形集水铁箱3：根据工程设计图纸，制作环形集水铁箱3，先将环形集水铁箱的底板和内外竖直侧板焊接在一起，将8～12块已切割出矩形通水孔的竖向支撑钢板9均匀地焊接在环形集水铁箱3内，焊接之后在环形集水铁箱3内外壁均涂抹防腐蚀和防水涂料，再焊接环形集水铁箱3的顶板，在环形集水铁箱3的顶板上焊接竖向钢筋10并将水平环状钢筋11绑扎在竖向钢筋10上，之后在顶板上开抽水管孔和直径4～6mm的透水孔，抽水管孔直径应和抽水管直径相同，最后在环形集水铁箱3整体外表面涂抹防腐蚀和防水涂料；

（3）制作钢管混凝土桩1的钢管：根据工程设计图纸，制作钢管，并将方形加强钢板8焊接到钢管内部；

（4）施工准备：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，并将手提抽水泵﹑抽水管﹑环形集水铁箱运到施工现场；

（5）挖桩孔：在山体按照之前步骤所确定的相应桩位，根据设计图纸的桩长、桩径开挖桩孔，并施做护壁 ；

（6）浇筑钢筋混凝土底墩2：将钢筋混凝土底墩2所配的钢筋预先制作成钢筋网12，吊装到桩孔内，浇筑钢筋混凝土底墩2；

（7）安装环形集水铁箱3：把已制作的环形集水铁箱3放置在钢筋混凝土底墩2上；

（8）浇筑钢管混凝土桩1：将钢管插入环形集水铁箱3内环，往钢管内浇筑混凝土，并振捣密实；

（9）浇筑透水混凝土筒桩4：将抽水管6通过环形集水铁箱3上的抽水管孔插入环形集水铁箱3内部，并将反滤网5铺设在桩孔壁上，待钢管混凝土桩1混凝土强度到达100%之后，再浇筑透水混凝土筒桩4；

（10）安装手提抽水泵7：将手提抽水泵7安装在钢管混凝土桩1顶部，并与抽

水管6连接。

本发明的工作原理：（1）抵抗边坡土体滑动：利用钢管混凝土桩自身抗弯、抗剪的强度大的特点，抗滑桩嵌固在滑动面以下的稳定土层内，利用稳定土层的反作用力来抵抗滑坡体的滑动推力，从而防止边坡滑坡。（2）控制地下水位：地下水位上升时，透水混凝土筒桩的良好透水性，可以使地下水经过透水混凝土筒桩渗透到下部的环形集水铁箱内，并经由抽水管和手提抽水泵排出，从而控制了地下水水位。（3）防止地震作用下土体发生液化：有效应力，地震作用将导致可液化土层中的孔隙水压力上升，使有效应力迅速下降，导致土体抗剪强度几乎减小到零。而透水混凝土筒桩，可以吸收地震作用下产生的超孔隙水，降低了孔隙水压力，保证有效应力不下降，从而防止地震作用下土体的液化。（4）手提抽水泵排水：手提抽水泵能通过内部的活塞和单向阀等结构，在活塞往复运动过程中，在抽水管内产生一定的真空度，从而使环形集水铁箱内的水在大气压力作用下，从抽水管向上运动，经过手提抽水泵向外排出。

Claims (9)

1.集排水防液化抗滑桩，由钢管混凝土桩（1）、钢筋混凝土底墩（2）、环形集水铁箱（3）、透水混凝土筒桩（4）、反滤网（5）、抽水管（6）和手提抽水泵（7）构成 ，其特征在于钢管混凝土桩（1）内部间隔设置加强钢板（8）；环形集水铁箱（3）由钢板焊接而成，并且内部焊接有8-12块竖向支撑钢板（9）；环形集水铁箱（3）的顶板上焊接有锚固钢筋，并开有密集透水孔和一个抽水管孔；环形集水铁箱（3）套在钢管混凝土桩（1）外且放置在钢筋混凝土底墩（2）之上；透水混凝土筒桩（4）浇筑在钢管混凝土桩（1）外，且内部预埋抽水管（6）；抽水管（6）的底端通过环形集水铁箱（3）上的抽水管孔插入环形集水铁箱（3）底部，顶端与安装在钢管混凝土桩（1）顶部的手提抽水泵（7）连接；反滤网（5）套在透水混凝土筒桩（4）上。

2.根据权利要求1所述的集排水防液化抗滑桩，其特征在于：钢管混凝土桩（1）水平截面形式为圆形，其钢管壁厚为30mm～60mm，钢管的内直径为1000mm～2500mm；内部的加强钢板（8）的板厚为20mm～40mm，宽度为300mm～500mm，形状为钢管的内接正方形，间隔500～600mm布置。

3.根据权利要求1所述的集排水防液化抗滑桩，其特征在于：钢筋混凝土底墩（2），厚度500～1000mm，直径比钢管混凝土桩（1）大400～700mm；钢筋混凝土底墩的钢筋网（12）锚入钢管混凝土桩（1）内，锚固长度500mm～800mm；且在沿边坡坡向的受力筋应相对加密50%～100%。

4.根据权利要求1所述的集排水防液化抗滑桩，其特征在于：透水混凝土筒桩（4）壁厚为400～700mm，浇筑在钢管混凝土桩（1）外围，其内径与钢管混凝土桩（1）直径相同，外径与钢筋混凝土底墩（2）直径相同；反滤网（5）为2～3层密目纱布或反滤网（5）为2~3层塑料网。

5.根据权利要求1所述的集排水防液化抗滑桩，其特征在于：环形集水铁箱（3）的顶部高程在可液化土层之下；环形集水铁箱（3）由厚度为10～20mm的钢板焊接而成，其高度为400～600mm，其内径和钢管混凝土桩（1）直径相同，外径比钢筋混凝土底墩（2）直径小60～100mm；环形集水铁箱（3）的内﹑外壁均涂抹防腐蚀和防水涂料；环形集水铁箱（3）内的竖向支撑钢板（9）底部开有30～50mm 的矩形通水孔。

6.根据权利要求1所述的集排水防液化抗滑桩，其特征在于：环形集水铁箱（3）的顶板上抽水管孔与抽水管（6）直径相同，抽水管孔开在顶板中部；密集透水孔直径为4～6mm，相邻透水孔圆心间距为20～30mm；抽水管孔与透水孔的位置避开竖向支撑钢板（9）。

7.根据权利要求1所述的集排水防液化抗滑桩，其特征在于：环形集水铁箱（3）顶板上的锚固钢筋由8～12根竖向钢筋（10）和2～3根水平环状钢筋（11）组成；竖向钢筋（10）长200～400mm，直径20～25mm，距离环形集水铁箱（3）的顶板外边缘40～60mm，呈环状均匀布置；水平环状钢筋（11）直径16～20mm，间隔150mm～200mm，绑扎在竖向钢筋上；两种钢筋型号均为HRB400。

8.根据权利要求1所述的集排水防液化抗滑桩，其特征在于：抽水管（6）使用公称直径30mm～50mm的不锈钢管，抽水管底口绑扎过滤纱网。

9.集排水防液化抗滑桩的施工方法，其特征在于，其步骤为：

（1）勘察设计：勘察山体的工程地质条件，水文气象条件，分析确定潜在滑动面的位置，进行计算设计；

（2）预制环形集水铁箱（3）：根据工程设计图纸，制作环形集水铁箱（3），先将环形集水铁箱的底板和内外竖直侧板焊接在一起，将8～12块已切割出矩形通水孔的竖向支撑钢板（9）均匀地焊接在环形集水铁箱（3）内，焊接之后在环形集水铁箱（3）内外壁均涂抹防腐蚀和防水涂料，再焊接环形集水铁箱（3）的顶板，在环形集水铁箱（3）的顶板上焊接竖向钢筋（10）并将水平环状钢筋（11）绑扎在竖向钢筋（10）上，之后在顶板上开抽水管孔和直径4～6mm的透水孔，抽水管孔直径应和抽水管直径相同，最后在环形集水铁箱（3）整体外表面涂抹防腐蚀和防水涂料；

（3）制作钢管混凝土桩（1）的钢管：根据工程设计图纸，制作钢管，并将方形加强钢板（8）焊接到钢管内部；

（4）施工准备：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，并将手提抽水泵﹑抽水管﹑环形集水铁箱运到施工现场；

（5）挖桩孔：在山体按照之前步骤所确定的相应桩位，根据设计图纸的桩长、桩径开挖桩孔，并施做护壁 ；

（6）浇筑钢筋混凝土底墩（2）：将钢筋混凝土底墩（2）所配的钢筋预先制作成钢筋网（12），吊装到桩孔内，浇筑钢筋混凝土底墩（2）；

（7）安装环形集水铁箱（3）：把已制作的环形集水铁箱（3）放置在钢筋混凝土底墩（2）上；

（8）浇筑钢管混凝土桩（1）：将钢管插入环形集水铁箱（3）内环，往钢管内浇筑混凝土，并振捣密实；

（9）浇筑透水混凝土筒桩（4）：将抽水管（6）通过环形集水铁箱（3）上的抽水管孔插入环形集水铁箱（3）内部，并将反滤网（5）铺设在桩孔壁上，待钢管混凝土桩（1）混凝土强度到达100%之后，再浇筑透水混凝土筒桩（4）；

（10）安装手提抽水泵（7）：将手提抽水泵（7）安装在钢管混凝土桩（1）顶部，并与抽水管（6）连接。