CN110016922A - 一种新型整体式排水抗滑桩结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型整体式排水抗滑桩结构及其施工方法。该结构包括下部实心混凝土桩底、上部环形混凝土桩壁、上部透水浇筑体桩芯、碎石层、导水软管、水泵和单向流滤网。所述上部环形混凝土桩壁嵌入基岩；上部环形混凝土桩壁开设有多个倾斜圆形孔道；上部环形混凝土桩壁与上部透水浇筑体桩芯及下部实心混凝土桩底通过钢筋笼连接成一个整体；上部透水浇筑体桩芯与下部实心混凝土桩底之间充填有碎石；导水软管布置在上部透水浇筑体桩芯的轴心部位，且其一端穿过碎石层，另一端与水泵连通；单向流滤网套在桩身外侧。本结构兼具排水和抗滑两个功能，能有效抵抗斜边坡变形，显著提高坡体稳定性，施工方法简单，工程造价低廉。
Description
技术领域
本发明属于地质灾害防治领域，尤其涉及一种新型整体式抗滑桩结构及其施工方法，适用于受库水和降雨等水文因素影响的边坡加固技术，尤其适用于基岩整体性好，透水性差的水动力型斜边坡加固。
背景技术
滑坡灾害直接影响人们生命、财产安全。如何提高斜边坡的稳定性，有效降低滑坡事件的发生率是众多科研工作者和工程人员密切关注的热点问题。当前，提高斜边坡的稳定性技术种类较多，如注浆加固、锚杆和/或预应力锚索加固等，而抗滑桩以其刚度大、施工灵活和适用性广的特点被认为是滑坡治理的一种重要支护手段，故而被广泛应用于各类滑坡治理工程中。抗滑桩的作用原理总体来讲可归纳为：利用抗滑桩插入滑面以下稳定地层对桩的锚固力来平衡滑体的推力，达到提高滑坡体的稳定性目的。
水被认为是诸多影响滑坡产生的因素中的极为关键的外部因素，降雨及库水波动等水力条件诱发滑坡灾害数量约占滑坡总量的60％。地表水径流或者库水位波动可以使坡脚侵蚀冲刷；地下水位上升可使岩土体软化、下滑力增大以及孔隙水压力升高等，故而不少滑坡有着“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点。在治理此类水动力型边坡时，合理的排水措施就显得非常重要。虽然目前有不少排水抗滑桩专利兼具排水和抗滑能力，但是它们或是存在施工步骤繁琐、或是抗弯性能大大降低、或是整体性差等缺陷。如专利号为ZL201611268913.7《一种具有排水抗滑作用的半空心桩及其施工方法》，该专利兼具排水和抗滑能力，同时其施工步骤也相对简单，但是其上部为空心管桩，桩内填充细沙、碎石等填充材料，无法从根本上解决其抗弯性能欠缺的劣势。同样的，申请号为201510252389.3《一种自动调节水位的排水抗滑桩及其施工方法》也存在该抗滑桩的抗弯性能欠缺的缺陷。申请号为201510851300.4《集排水防液化抗滑桩及施工方法》，该排水防液化桩的钢管混凝土桩、透水混凝土筒桩和钢筋混凝土底墩只是简单的浇筑形成，俩俩之间没有用任何诸如钢筋等材料进行连接，因此该排水防液化桩的整体性较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种新型整体式排水抗滑桩结构及其施工方法，该排水抗滑桩结构不仅能实现排水和抗滑功能，设置上部透水浇筑体桩芯同时通过利用钢筋笼将抗滑桩结构的各个部分有机连接成一个整体从而使得其抗弯能力得到保障，此外该排水抗滑桩的施工工序简单，操作灵活。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种新型整体式排水抗滑桩结构，包括下部实心混凝土桩底、上部环形混凝土桩壁、上部透水浇筑体桩芯、碎石层、导水软管、水泵和单向流滤网，其特征在于：所述上部环形混凝土桩壁的下部穿过滑面或者滑带嵌入基岩一定深度；上部环形混凝土桩壁开设有多个倾斜孔道，倾斜孔道内部充填有透水材料；倾斜孔道有助于坡体中的水流入桩体内部；下部实心混凝土桩底和上部环形混凝土桩壁采用整体浇筑方法成为一个整体，有助于简化施工工序和提高浇筑效果；上部环形混凝土桩壁与上部透水浇筑体桩芯和下部实心混凝土桩底通过钢筋连接成一个整体，有助于提高抗滑桩的整体强度；在上部环形混凝土桩壁的环内底部填充有一定厚度的碎石层，在碎石层上部的上部环形混凝土桩壁的环内空间浇筑上部透水浇筑体桩芯；导水软管布置在上部透水浇筑体桩芯的轴心位置，且其一端穿过碎石层，另一端与水泵连通；单向流滤网套在桩身外侧并与桩身紧密贴合。
所述下部实心混凝土桩底的断面形状是圆形，断面尺寸根据实际地质条件、经济效益和安全性能等因素综合确定。
所述上部环形混凝土桩壁的断面形状为空心圆环，其中外环半径Rout与下部实心混凝土桩底的断面半径相等，内环半径rin与上部透水浇筑体桩芯的断面半径相等；且该rin遵循：内环与外环的半径之差即为上部环形混凝土桩壁的厚度d。
所述上部环形混凝土桩壁开设有多个倾斜圆形孔道，多个倾斜孔道按照上下位置多层设置，每层中的多个倾斜孔道在圆周上均匀分布，倾斜圆形孔道对称均匀布置于上部环形混凝土桩壁，倾斜孔道的倾斜角度αhole遵循：30°≤αhole≤60°。
所述钢筋笼包括内环钢筋笼、外环钢筋笼和钢筋，在垂直方向上，下部实心混凝土桩底的钢筋应锚入上部透水浇筑体桩芯中；在水平方向上，上部环形混凝土桩壁的钢筋应该锚入上部透水浇筑体桩芯中，确保整个改新型排水抗滑桩是一个整体结构。
所述碎石层的厚度hgravel应控制在：200mm≤hgravel≤500mm，所述碎石层由上往下分为三层且碎石颗粒尺寸逐层往下递减。
所述插入碎石层的导水软管的一端包裹有纱布。
本发明还保护一种新型整体式排水抗滑桩结构的施工方法，具体包括以下步骤：
S1.室内分析计算：分析斜边坡的工程地质条件和水文气象条件，初步确定斜边坡的潜在滑动面；秉承安全、经济和高效的原则确定抗滑桩的位置和尺寸；
S2.挖桩孔：开挖桩孔，并进行护壁处理，桩孔半径应比抗滑桩结构的桩径大；
S3.钢筋笼准备：利用铁丝将铁环和钢筋捆扎固定并涂抹油漆，制作外环钢筋笼和内环钢筋笼，随后将内、外环钢筋笼通过钢筋焊接形成整体；根据设计要求加工组装抗滑桩模具，并将焊接好的内、外环钢筋笼整体装入抗滑桩模具中；
S4.利用吊装设备将步骤S3中的钢筋笼和模具整体置于桩孔内，采用整体浇筑法获得下部实心混凝体桩底和上部环形混凝土桩壁，确保上部环形混凝土桩壁内含有外环钢筋笼，下部实心混凝土桩底内含有内、外环钢筋笼；
S5.待步骤S4中的混凝土凝固完全后，拆除模具，按照设计要求在下部实心混凝体桩底的顶面分层铺设碎石层，将透水材料充填入倾斜孔道中，并将单向流滤网套在桩身外侧；
S6.待步骤S5完成后，采用纱布将导水软管一端包裹并插入碎石层中，浇筑上部透水浇筑体桩芯，确保上部透水浇筑体桩芯中内含有内环钢筋笼；
S7.连接导水软管和水泵并进行桩孔土石方回填，利用坡面排水系统将水泵抽出的水排出。
本发明还保护一种新型整体式排水抗滑桩结构的施工方法，其特征在于：挖桩孔后，采用预制新型整体式排水抗滑桩结构的形式通过吊装设备将其安装在桩孔中，对准桩位,调整预制新型整体式排水抗滑桩的垂直度,然后将预制新型整体式排水抗滑桩放入桩孔内至设计标高，将透水材料充填入倾斜圆形孔道中，并将单向流滤网套在桩身外侧；完成后，采用纱布将导水软管一端包裹并插入碎石层中，浇筑上部透水浇筑体桩芯，确保上部透水浇筑体桩芯中内含有内环钢筋笼；连接导水软管和水泵并进行桩孔土石方回填，利用坡面排水系统将水泵抽出的水排出。
本发明的有益效果在于：
本发明的一种新型排水抗滑桩结构及其施工方法具有以下技术效果：
1)本申请采用上部透水浇注体桩芯代替以往的排水抗滑桩存在的中空结构，上部透水浇筑体桩芯兼具透水与抗弯性能，再利用钢筋笼将下部实心混凝土桩底、上部环形混凝土桩壁和上部透水浇筑体桩芯三者锚固形成一个整体，大大提高了桩体的抗弯能力，可以从根本上解决现有的排水抗滑桩的抗弯性能不足的缺陷，同时保证其抗滑、抗弯和排水功能。
2)本发明所设计的倾斜孔道和在倾斜孔道中充填透水材料以及单项流滤网能够让坡体中的水更加轻易的流入桩内且桩内的水不会流出来，同时保证桩不会被堵塞，且从外向内倾斜设置，能够利用水的失能作用顺流而下进行集水，集水量大。
3)与传统抗滑桩相比，本发明专利采用导水软管和水泵将流入桩体的水排出坡体，在保证桩身抗剪强度的同时，实现了坡体排水的目的。正是由于本发明专利具有排水效果，在同等条件下本专利的排水抗滑桩的桩身尺寸较传统抗滑桩的桩身尺寸所有降低，故本发明专利能有效降低了工程造价。
4)本发明专利的桩体结构简单，既可现场浇筑，亦可预制(预制指提前将钢筋笼放入抗滑桩模具中，浇筑形成本申请的排水抗滑桩结构，直接用于施工)。施工方法成熟，工序简单，施工质量容易得到控制。
附图说明
为了使本发明专利的目的、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为本发明一种新型排水抗滑桩结构的工作示意图；
图2为本发明一种新型排水抗滑桩结构的示意图；
图3为本发明一种新型排水抗滑桩结构的A-A截面图
图4为本发明一种新型排水抗滑桩结构的B-B截面图
图中：1、下部实心混凝土桩底，2、上部环形混凝土桩壁，3、倾斜孔道，4、上部透水浇筑体桩芯，5、内环钢筋笼，6、碎石层，7、导水软管，8、水泵，9、单向流滤网，10、透水材料，11、外环钢筋笼，12、钢筋，13、纱布，14、滑到，15、基岩，16、坡面排水系统
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1
本实施例公开了一种新型排水抗滑桩结构，如图1和图2所示，为本发明一种新型排水抗滑桩结构的示意图。由下部实心混凝土桩底1、上部环形混凝土桩壁2、上部透水浇筑体桩芯4、碎石层6、导水软管7、水泵8和单向流滤网9组成，其特征在于：所述上部环形混凝土桩壁2嵌入基岩一定深度；上部环形混凝土桩壁2开设有多个倾斜圆形孔道3，多个倾斜圆形孔道由外向内倾斜，即外径部分的孔道端面高于内径部分的孔道端面；倾斜圆形孔道3有助于坡体中的水流入桩体内部；下部实心混凝土桩底1和上部环形混凝土桩壁2采用整体浇筑方法成为一个整体，有助于简化施工工序和提高浇筑效果；上部环形混凝土桩壁2与上部透水浇筑体桩芯4和下部实心混凝土桩底1通过钢筋笼连接成一个整体，有助于提高抗滑桩的整体强度；上部透水浇筑体桩芯4与下部实心混凝土桩底1之间充填有一定厚度的碎石层6；导水软管7布置在上部透水浇筑体桩芯4的轴心位置，且其一端穿入碎石层6，另一端与水泵8连通；单向流滤网9套在桩身外侧并与桩身紧密贴合；
如图1、图3和图4所示，下部实心混凝土桩底1的断面形状是圆形，断面尺寸根据实际地质条件、经济效益和安全性能等因素综合确定；上部环形混凝土桩壁2穿过滑面或者滑带14并嵌入基岩15一定深度；由于碎石层的存在，强度相对较低，所以设置上部环形混凝土桩壁2的下部要穿过滑面或滑带，再加上上部环形混凝土桩壁2及上部透水浇筑体桩芯4的作用，能保证抗滑桩结构整体的抗弯抗剪能力。上部透水浇筑体桩芯4的材料可以选择透水水泥，兼具透水性和抗弯性、抗剪性能。
如图3和图4所示，上部环形混凝土桩壁2的断面形状为空心圆环，其中外环半径Rout与下部实心混凝土桩底1的断面半径相等，内环半径rin与上部透水浇筑体桩芯4的断面半径相等；且该rin遵循：内环与外环的半径之差即为上部环形混凝土桩壁的厚度d；；
如图2所示，上部环形混凝土桩壁2开设有多个倾斜圆形孔道3，所述倾斜圆形孔道3对称均匀布置于上部环形混凝土桩壁2，倾斜圆形孔道3的倾斜角度αhole遵循：30°≤αhole≤60°，倾斜圆形孔道3内部充填有透水材料10；
如图2所示，在垂直方向上，内环钢筋笼5应锚入上部透水浇筑体桩芯4和下部实心混凝土桩底1；图2所示，在水平方向上，连接内环钢筋笼5与外环钢筋笼11的钢筋12应该部分锚入上部透水浇筑体桩芯4中，确保新型排水抗滑桩桩体是一个整体结构；
如图2所示，碎石层6的厚度hgravel应控制在：200mm≤hgravel≤500mm，碎石层6由上往下分为三层且碎石颗粒尺寸逐层往下递减；采用三层碎石的原因是达到过滤水的目的，水越往下流，过滤效果越好，水中的杂质越少，那么在抽排水的时候，就越不易堵塞导水软管。
如图2和图4所示，插入碎石层6的导水软管7的一端包裹有纱布13，防止碎石层中的物质被水泵抽出，或者在抽水的过程中堵塞导水软管。
如图2所示，单向流滤网9同时具有过滤流入桩体水中的小颗粒物质和防止桩体中水通过倾斜孔道3向外排出的功能；单向流滤网9的规格由桩的尺寸而决定。可采用申请号为201710828674.4的专利中提到的具有单项流滤功能的材料称为反渗包。
现有技术中，桩的材料一般是钢筋混凝土制成，而针对排水抗滑桩如果整根桩是实心且都用钢筋混凝土浇筑制成，那么这个桩就没有排水功能。如果桩是空心，一味的通过增加配筋量不仅不能从根本上解决抗弯能力差的缺陷，还会造成材料的浪费，因为钢材的价格比水泥要贵很多。本申请有效控制钢筋的加入量，使三者形成一个整体，既能保证排水效果，又能达到抗弯、抗剪的效果。
实施例2
本实施例一种新型整体式排水抗滑桩结构的施工方法，包括以下步骤：
S1.室内分析计算：分析斜边坡的工程地质条件和水文气象条件，初步确定斜边坡的潜在滑动面；秉承高效、安全及经济的原则确定抗滑桩的设置位置和尺寸；
S2.挖桩孔：开挖桩孔，并进行护壁处理，桩孔半径应比抗滑桩结构的桩径大；
S3.钢筋笼准备：利用铁丝将铁环和钢筋捆扎固定并涂抹油漆，制作外环钢筋笼11和内环钢筋笼5，随后将内、外环钢筋笼通过钢筋12焊接形成整体；根据设计要求加工组装抗滑桩模具(模具通俗的说按照桩的结构而设计加工的由多块木板组成的模子，既能组装也能拆除，该模具中留出倾斜圆形孔道3的位置，也可以采用木棍抵住模具中俩侧的板子，这样浇灌完成后将木棍抽出即可形成倾斜圆形孔洞3)，并将焊接好的内、外环钢筋笼整体装入抗滑桩模具中；
S4.利用吊装设备将步骤S3中的钢筋笼和模具整体置于桩孔内，采用整体浇筑法获得下部实心混凝体桩底1和上部环形混凝土桩壁2，确保上部环形混凝土桩壁2内含有外环钢筋笼11，下部实心混凝土桩底1内含有内环钢筋笼5和外环钢筋笼11；
S5.待步骤S4中的混凝土凝固完全后，拆除模具，按照设计要求在下部实心混凝体桩底1的顶面分层铺设碎石层6，将透水材料10充填入倾斜圆形孔道3中，并将单向流滤网9套在桩身外侧；
S6.待步骤S5完成后，采用纱布13将导水软管7一端包裹并插入碎石层6中，浇筑上部透水浇筑体桩芯4，确保上部透水浇筑体桩芯4中内含有内环钢筋笼5；
S7.连接导水软管7和水泵8并进行桩孔土石方回填，利用坡面排水系统16将水泵8抽出的水排出。
实施例3
本实施例一种新型整体式排水抗滑桩结构的施工方法，包括以下步骤：
S1.室内分析计算：分析斜边坡的工程地质条件和水文气象条件，初步确定斜边坡的潜在滑动面；秉承高效、安全及经济的原则确定抗滑桩的位置和尺寸；
S2.挖桩孔：开挖桩孔，并进行护壁处理，桩孔半径应比抗滑桩结构的桩径大；
S3.按照实施例1的设计要求预制新型整体式排水抗滑桩；
S4.起吊预制新型整体式排水抗滑桩,对准桩位,调整预制新型整体式排水抗滑桩的垂直度,然后将预制新型整体式排水抗滑桩放入桩孔内至设计标高，将透水材料10充填入倾斜圆形孔道3中，并将单向流滤网9套在桩身外侧；
S5.待步骤S4完成后，采用纱布13将导水软管7一端包裹并插入碎石层6中，浇筑上部透水浇筑体桩芯4，确保上部透水浇筑体桩芯4中内含有内环钢筋笼5；
S6.连接导水软管7和水泵8并进行桩孔土石方回填，利用坡面排水系统16将水泵8抽出的水排出。
采用预制方式施工时对开挖桩孔的孔径要求小，只要能装进抗滑桩结构即可，施工成本相对较小。采用现场浇筑方式，要求开挖桩孔相对大些，为模具拆除及浇筑时水泥膨胀做出施工保障，适用于预制安装不便的场合。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (9)
1.一种新型整体式排水抗滑桩结构，包括下部实心混凝土桩底、上部环形混凝土桩壁、钢筋笼，下部实心混凝土桩底(1)和上部环形混凝土桩壁(2)采用整体浇筑方法成为一个整体；其特征在于：该结构还包括上部透水浇筑体桩芯、碎石层、导水软管、水泵和单向流滤网，所述上部环形混凝土桩壁(2)的下部穿过滑面或者滑带嵌入基岩中，在上部环形混凝土桩壁(2)的环内底部填充有碎石层(6)，在碎石层上部的上部环形混凝土桩壁(2)的环内空间浇筑上部透水浇筑体桩芯；上部环形混凝土桩壁(2)的侧面上开设有多个倾斜孔道，倾斜孔道内部充填有透水材料(10)，上部环形混凝土桩壁(2)与上部透水浇筑体桩芯(4)和下部实心混凝土桩底(1)通过钢筋笼连接成一个整体；导水软管(7)布置在上部透水浇筑体桩芯(4)的轴心位置，且导水软管一端穿入碎石层(6)，另一端与水泵(8)连通；单向流滤网(9)套在桩身外侧并与桩身紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的一种新型整体式排水抗滑桩结构，其特征在于：下部实心混凝土桩底(1)的断面形状是圆形。
3.根据权利要求1所述的一种新型整体式排水抗滑桩结构，其特征在于：所述上部环形混凝土桩壁(2)的断面形状为空心圆环，其中外环半径Rout与下部实心混凝土桩底(1)的断面半径相等，内环半径rin与上部透水浇筑体桩芯(4)的断面半径相等，且
4.根据权利要求1所述的一种新型整体式排水抗滑桩结构，其特征在于：多个倾斜孔道按照上下位置多层设置，每层中的多个倾斜孔道在圆周上均匀分布，所述倾斜孔道为倾斜圆形孔道(3)，倾斜圆形孔道(3)的倾斜角度αhole遵循：30°≤αhole≤60°。
5.根据权利要求1所述的一种新型整体式排水抗滑桩结构，其特征在于：所述钢筋笼包括内环钢筋笼、外环钢筋笼和钢筋，在垂直方向上，内环钢筋笼(5)锚入上部透水浇筑体桩芯(4)和下部实心混凝土桩底(1)；在水平方向上，连接内环钢筋笼(5)与外环钢筋笼(11)的钢筋(12)部分锚入上部透水浇筑体桩芯(4)中。
6.根据权利要求1所述的一种新型整体式排水抗滑桩结构，其特征在于：碎石层(6)的厚度hgravel控制在：200mm≤hgravel≤500mm，所述碎石层(6)由上往下分为三层且碎石颗粒尺寸逐层往下递减。
7.根据权利要求1所述的一种新型整体式排水抗滑桩结构，其特征在于：插入碎石层(6)的导水软管(7)的一端包裹有纱布(13)。
8.一种权利要求1所述的一种新型整体式排水抗滑桩结构的施工方法，其特征在于：所述施工方法的具体步骤是：
S1.室内分析计算：分析斜边坡的工程地质条件和水文气象条件，初步确定斜边坡的潜在滑动面，确定抗滑桩结构的安装位置和尺寸；
S2.挖桩孔：开挖桩孔，并进行护壁处理，桩孔半径应比抗滑桩结构的桩径大；
S3.钢筋笼准备：利用铁丝将铁环和钢筋捆扎固定并涂抹油漆，制作外环钢筋笼(11)和内环钢筋笼(5)，随后将内、外环钢筋笼通过钢筋(12)焊接形成整体；根据设计要求加工组装抗滑桩模具，并将焊接好的内、外环钢筋笼整体装入抗滑桩模具中；
S4.利用吊装设备将步骤S3中的钢筋笼和模具整体置于桩孔内，采用整体浇筑法获得下部实心混凝体桩底(1)和上部环形混凝土桩壁(2)，确保上部环形混凝土桩壁(2)内含有外环钢筋笼(11)，下部实心混凝土桩底(1)内含有内环钢筋笼(5)和外环钢筋笼(11)；
S5.待步骤S4中的混凝土凝固完全后，拆除模具，按照设计要求在下部实心混凝体桩底(1)的顶面分层铺设碎石层(6)，将透水材料(10)充填入倾斜孔道中，并将单向流滤网(9)套在桩身外侧；
S6.待步骤S5完成后，采用纱布(13)将导水软管(7)一端包裹并插入碎石层(6)中，浇筑上部透水浇筑体桩芯(4)，确保上部透水浇筑体桩芯(4)中内含有内环钢筋笼(5)；
S7.连接导水软管(7)和水泵(8)并进行桩孔土石方回填，利用坡面排水系统(16)将水泵(8)抽出的水排出。
9.一种权利要求1所述的一种新型整体式排水抗滑桩结构的施工方法，其特征在于：挖桩孔后，采用预制新型整体式排水抗滑桩结构的形式通过吊装设备将其安装在桩孔中，对准桩位,调整预制新型整体式排水抗滑桩的垂直度,然后将预制新型整体式排水抗滑桩放入桩孔内至设计标高，将透水材料充填入倾斜圆形孔道中，并将单向流滤网套在桩身外侧；完成后，采用纱布将导水软管一端包裹并插入碎石层中，浇筑上部透水浇筑体桩芯，确保上部透水浇筑体桩芯中内含有内环钢筋笼；连接导水软管和水泵并进行桩孔土石方回填，利用坡面排水系统将水泵抽出的水排出。
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