CN110080254A - 用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于斜边坡加固的排水抗滑桩‑导水涵洞结构及施工方法，包括排水抗滑桩群、树枝状导水涵洞群、导流孔、刚性排水管和柔性防水套管。排水抗滑桩群是由多个兼具抗剪、抗弯和集水功能的半中空同心圆结构钢筋混凝土桩组成；树枝状导水涵洞群由主导水涵洞和支导水涵洞组成；导水涵洞的洞顶部位开设有一个或者多个导流孔；主导水涵洞与分布在坡面上的排水沟相连通；排水沟与分布在坡面两侧的截水沟连通；刚性排水管穿过导流孔，一端与预埋在排水抗滑桩桩身中的柔性防水套管相连通，另一端与相应的导水涵洞连通。本发明兼具排水和抗滑功能，在大型水动力斜边坡加固方面具有非常好经济效益和工程价值。

Description

用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构及施工方法，属于地质灾害防治领域，尤其适用于受库水和降雨等水文因素影响的大型水动力斜边坡加固。

背景技术

我国是一个地质条件极为复杂的国家，地质灾害在我国的发育不但数量多，而且灾种全，其中滑坡便是一种常见的地质灾害现象。导致滑坡生产的因素有很多，其中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。资料显示，降雨及库水等水动力条件诱发滑坡灾害数量约占滑坡总量的60％，由此所造成的直接或间接损失都是人类难以承受的，因此如何有效的减少水动力型滑坡灾害的发生率是岩土工程界乃至学术界至关重要的课题之一。

针对水动力型滑坡灾害的一个极为重要的防治原则就是排水和支挡。其中排水的目的在于减少水体进入滑体内和疏干滑体中的水，以减小滑坡下滑力；支挡的目的在于增加滑坡抗滑力。传统的排水方法包括有排水明沟(坡面)和截止盲沟(坡体)等措施，传统的支挡措施包括预应力锚梁以及挡土墙等。然而上述传统加固方法的应用设计，一般都是不考虑加固结构与边坡排水系统相结合的问题。目前，虽有涉及兼具排水和抗滑能力的排水抗滑桩专利相继被公开，如申请号为201611269813.7《一种具有排水抗滑作用的半空心桩及其施工方法》，申请号为201510851300.4《集排水防液化抗滑桩及施工方法》，但是如遇极端暴雨天气或者涉及大型水动力斜边坡的防治技术方面，单一采用上述公开的排水抗滑桩进行加固往往会造成设计者将抗滑桩的截面设计过大或者增大配筋量的现象，导致“肥桩”的产生，进而使得相应的施工难度和工程造价提升。此外，加固系统与排水系统相分离的设计通常会提高工程造价。因此将排水系统和加固系统有机结合对于提高边坡(尤其是水动力型边坡)的稳定性是十分重要的。申请号200610113536.X《用于边坡加固的地下梁—桩框架结构》虽有涉及将排水系统和加固系统结合，但该桩存在有空心桩(为了排水)且其空心部位并未做诸如采用透水水泥浇筑或者填充处理，抗弯性能差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构及其施工方法，该排水抗滑桩结构兼具排水、抗剪和抗弯三重性能，同时还与导水涵洞相连接达到了加固系统与排水系统有机结合的目的，系统结构清楚，施工工序明了，尤其适用于大型水动力斜边坡的防治。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构，包括排水抗滑桩群、树枝状导水涵洞群、刚性排水管，其特征在于：排水抗滑桩群由多个兼具抗剪、抗弯和集水功能的半中空同心圆结构钢筋混凝土桩组成；树枝状导水涵洞群由主导水涵洞和支导水涵洞组成；主导水涵洞与分布在坡面上的排水沟连通；排水沟与分布在坡面两侧的截水沟连通；导水涵洞的洞顶部位开设有一个或者多个导流孔；刚性排水管穿过导流孔，一端与预埋在钢筋混凝土桩桩身中的柔性防水套管相连通，另一端与相应的导水涵洞连通；

所述钢筋混凝土桩包括下部实心钢筋混凝土桩柱、上部钢筋混凝土外环、上部透水钢筋混凝土内环和上部桩芯；

所述钢筋混凝土桩的下部实心钢筋混凝土桩柱、上部钢筋混凝土外环和上部透水钢筋混凝土内环是一个整体，在提供抗剪能力的同时具有较大的抗弯性能；上部钢筋混凝土外环的下部位于滑动面以上；

所述钢筋混凝土桩的上部钢筋混凝土外环均匀开设有倾斜导水孔，且倾斜导水孔内充填有透水骨料；

所述钢筋混凝土桩的上部桩芯充填有碎石，上部桩芯的作用是用来收集流入钢筋混凝土桩内的水；所述柔性防水套管横卧于下部实心钢筋混凝土桩柱之上，且柔性防水套管一端连通上部桩芯。

上部桩芯的直径为整个桩径的1/5～1/4。

上部钢筋混凝土外环的长度小于桩身长度的2/3。

所述树枝状导水涵洞群中各主导水涵洞和支导水涵洞的位置、个数以及尺寸等的确定需综合考虑经济效益、工程效果和地质条件等因素；

所述布设在导水涵洞顶部的导流孔的孔径应大于刚性排水管管径。

所述柔性防水套管为类圆台状，柔性防水套管连通上部桩芯的一端包裹有纱布。所述柔性防水套管为变截面管，包裹有纱布的一端的截面大于伸出上部钢筋混凝土外环之外的截面，包裹有纱布的一端的截面较大，而伸出上部钢筋混凝土外环之外的截面较小。其包裹有多层纱布的一端并上部桩芯连通，另一端出露于上部钢筋混凝土外环之外，方便和刚性排水管连接，并且在连接处用钢丝捆扎固定。

所述柔性防水套管上设有外螺纹，柔性防水套管的管壁与桩身之间通过螺纹密封连接。

所述刚性排水管可实现将收集在上部桩芯中的水引流至相应的导水涵洞中，进而汇集至主导水涵洞中，再通过布设在坡面上且具有水力联系的截水沟和排水沟将水排出坡体，达到降低坡体地下水位的目的。

本发明还公开了一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构的施工方法，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；秉承高效、安全及经济的原则确定抗滑桩的位置、尺寸和数量，确定导水涵洞的空间位置和开挖路径；

S2.预制钢筋混凝土桩：根据步骤S1中的分析计算结果加工预制钢筋混凝土桩，其中倾斜导水孔装入透水骨料，上部桩芯中充填透水石；

S3.挖桩孔：开挖桩孔，并进行护壁处理；桩孔半径应比预制钢筋混凝土桩的桩径大，桩孔底部应延伸至基岩一定深度；

S4.挖导水涵洞：根据步骤S1中的分析计算结果，在坚持“安全为本，掘支同行”的原则下挖设导水涵洞，此外，在综合条件允许的条件下，步骤S3和S4可同时进行；

S5.起吊钢筋混凝土桩，对准桩位，调整钢筋混凝土桩的垂直度并确保柔性防水套管是顺坡面倾斜方向，将钢筋混凝土桩放入桩孔内，确保下部实心混凝土桩柱伸入基岩中；

S6.在导水涵洞顶部相应位置布设导流孔，将刚性排水管一端穿过导流孔伸入步骤S3开挖的桩孔内，并采用钢丝将其与柔性防水套管捆扎固定；

S7.往含有刚性排水管的导流孔内注入水泥砂浆进行封堵，并往桩孔内回填土石料。

上述的排水抗滑桩-导水涵洞结构的应用，该结构应用于大型水动力斜边坡的防治中。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水洞结构及其施工方法具有以下技术效果：

1)本发明专利采用将上部桩芯中的水引流至相应的导水涵洞中，进而通过主导水涵洞排出坡体的排水方法达到了实时排水的效果；

2)本发明专利将加固系统和排水系统有机结合起来，即将导水涵洞与排水抗滑桩有机连接起来在实现了高效排水目的的同时，将岩土体的变形破坏引起下滑力快速分配到临近的排水抗滑桩，以便使多个排水抗滑桩相互支援和均匀受力达到提高滑坡稳定性的目的；

3)本发明专利尤其适用于大型水动力斜边坡的排水支挡设计，所公布的施工方法成熟，工序简单，施工质量容易得到控制且易于推广。

4)本发明中可以设置多个支导水涵洞能够与多个排水抗滑桩连接，或者每一个支导水涵洞可以连通多个排水抗滑桩，在保证工程效果的同时有效降低了工程造价大大降低了工程造价。

5)本发明中的桩结构采用钢筋笼将下部实心钢筋混凝土桩柱、上部钢筋混凝土外环和上部透水钢筋混凝土内环连接成一个整体，保证桩在提供抗剪能力的同时具有较大的抗弯性能。

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为本发明一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构立体示意图；

图2为图1中的A-A剖面图；

图3为排水抗滑桩结构图；

图中：1、滑体，2、基岩，3、钢筋混凝土桩，4、刚性排水管，5、支导水涵洞，6、主导水涵洞，7、柔性防水套管，8、下部实心钢筋混凝土桩柱，9、上部钢筋混凝土外环，10、上部透水钢筋混凝土内环，11、上部桩芯，12、钢筋笼，13、倾斜导水孔，14、透水骨料，15、碎石，16、排水沟，17、截水沟。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

实施例1

本实施例公开了一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构(见图1和图2)，由排水抗滑桩群、树枝状导水涵洞群、导流孔、刚性排水管和柔性防水套管组成，其特征在于：排水抗滑桩群是由多个兼具抗剪、抗弯和集水功能的半中空同心圆结构钢筋混凝土桩3(见图3)组成；树枝状导水涵洞群由主导水涵洞6和支导水涵洞5组成；支导水涵洞5或主导水涵洞6的洞顶部位开设有一个或者多个导流孔，优选一个支导水涵洞开设2-3个导流孔；主导水涵洞6与分布在坡面上的排水沟16连通；排水沟16与分布在坡面两侧的截水沟17连通；刚性排水管4穿过导流孔，一端与预埋在钢筋混凝土桩桩身中的柔性防水套管7相连通，另一端与相应的支导水涵洞或主导水涵洞连通；一般排水抗滑桩与支导水涵洞5相连接，所以导流孔就开设在支导水涵洞5，如果排水抗滑桩处于主导水涵洞的正上方或者是排水抗滑桩处于主导水涵洞更加方便，导流孔就布设在主导水涵洞洞顶。

所述钢筋混凝土桩3包括下部实心钢筋混凝土桩柱8、上部钢筋混凝土外环9、上部透水钢筋混凝土内环10和上部桩芯11；

参见图3，所述钢筋混凝土桩3的下部实心钢筋混凝土桩柱8、上部钢筋混凝土外环9、上部透水钢筋混凝土内环10通过钢筋笼12锚固成一个整体，在提供抗剪能力的同时具有较大的抗弯性能；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，内环钢筋笼锚入上部透水钢筋混凝土内环10和下部实心钢筋混凝土桩柱8，外环钢筋笼锚入上部钢筋混凝土外环9和下部实心钢筋混凝土桩柱8；在水平方向上，连接内环钢筋笼与外环钢筋笼的钢筋部分锚入上部透水钢筋混凝土内环10中，部分锚入上部钢筋混凝土外环9中。

参见图3，所述钢筋混凝土桩3的上部钢筋混凝土外环9均匀开设有倾斜导水孔13，且倾斜导水孔13均向桩轴心倾斜，倾斜导水孔内充填有透水骨料14；

参见图3，所述钢筋混凝土桩3的上部桩芯11充填有碎石15，具有收集水的空间能用来收集流入钢筋混凝土桩3的水；

参见图1或图2，所述树枝状导水涵洞群中各主导水涵洞6和支导水涵洞5的位置、个数以及尺寸等的确定需综合考虑经济效益、工程效果和地质条件等因素；

所述布设在导水涵洞顶部的导流孔的孔径应大于刚性排水管4管径；

参见图1或图2，所述穿过导流孔的刚性排水管4的一端与预埋入钢筋混凝土桩3的柔性防水套管7连接，另一端与相应的导水涵洞(支导水涵洞或主导水涵洞)连通；

参见图3，柔性防水套管7横卧于下部实心钢筋混凝土桩柱8之上，柔性防水套管7的一端包裹多层纱布，且其包裹有多层纱布的一端与上部桩芯11连通，碎石是充填在上部桩芯11中，也可以将柔性防水套管7深入到碎石15中，柔性防水套管另一端出露于上部钢筋混凝土外环9之外，方便和刚性排水管4连接，并且在刚性排水管和柔性防水套管连接处用钢丝捆扎固定，所述柔性防水套管7为空心圆柱状或类圆台状，柔性防水套管不需要等截面，优选包裹有多层纱布的一端的截面较大，而上部钢筋混凝土外环9之外的截面较小，有利于刚性排水管和柔性防水套管连接固定，且能防止由于某些原因(坡体变形或者柔性防水套管7的移动)柔性防水套管将刚性排水管4脱出或者拽出。柔性防水套管所用的材料可以是具有耐腐蚀性、防水功能和有一定伸缩性及刚性的材料，柔性防水套管的管壁设有螺纹，且与桩体之间通过螺纹密封连接；刚性排水管4可以为耐腐蚀性钢管；

所述碎石从上至下按照碎石颗粒尺寸由大到小逐层往下递减方式进行填充。

参见图1或图2，所述刚性排水管4可实现将收集在上部桩芯11中的水引流至相应的导水涵洞中，进而汇集至主导水涵洞6中，再通过布设在坡面上且具有水力联系的截水沟和排水沟将水排出坡体，达到降低坡体地下水位的目的。

本发明中钢筋混凝土桩3的结构中存在有上部桩芯，采用柔性防水套管配合刚性排水管方式将上部桩芯的水导流汇集在主导水涵洞中，从而排出坡体，达到实时排水的目的，实现将排水系统和加固系统连接起来。本申请中钢筋混凝土桩3的结构的内部有透水浇注体内环和桩芯，桩芯中大面积填充碎石，碎石的透水系数相对较大，能更好地收集坡体中的水。本申请中钢筋笼的使用能有效地保证桩结构是一个整体，此外上部透水钢筋混凝土内环10采用透水水泥浇筑而成，不仅能透水，同时具有抗弯能力，能有效保证桩的抗弯性能。

本发明利用刚性排水管将桩与导水涵洞连通，可随时进行坡体的排水，克服了诸如采用水泵进行桩内抽排水而导致人力及物力的投入增大的缺陷。本申请中上部桩芯11的直径不能太大，取整个桩径的1/5～1/4,既能保证其排水集水效果又能保证其抗弯抗剪性能。

实施例2

本实施例一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构的施工方法，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、尺寸和数量，确定导水涵洞的空间位置和开挖路径；

S2.预制钢筋混凝土桩：根据步骤S1中的分析计算结果加工预制钢筋混凝土桩3，其中倾斜导水孔13装入透水骨料14，上部桩芯11中充填碎石15；

S3.挖桩孔：开挖桩孔，并进行护壁处理；桩孔半径应比预制钢筋混凝土桩3的桩径大，桩孔底部应延伸至基岩一定深度，本申请中上部钢筋混凝土外环9的长度小于桩身长度的2/3；

S4.挖导水涵洞：根据步骤S1中的分析计算结果，在坚持“安全为本，掘支同行”的原则下挖设导水涵洞，此外，在综合条件允许的条件下，步骤S3和S4可同时进行；

S5.起吊钢筋混凝土桩3，对准桩位，调整钢筋混凝土桩3的垂直度，再保证垂直度的前提下旋转桩身以确保柔性防水套管7是顺坡面倾斜方向，能方便柔性防水套管与刚性排水管连接，调整垂直度是为了保证桩不倾斜，将钢筋混凝土桩3放入桩孔内，确保下部实心混凝土桩柱8下部穿过滑体1并伸入基岩2中，且上部钢筋混凝土外环9的下部位于滑动面之上；

S6.在导水涵洞顶部相应位置布设导流孔，将刚性排水管4一端穿过导流孔并伸入步骤S3开挖的桩孔内，采用钢丝将其与柔性防水套管7捆扎固定；

S7.往含有刚性排水管4的导流孔内注入水泥砂浆，进行封堵，并往桩孔内回填土石料。导流孔的孔径要比刚性排水管的管径大，以方便刚性排水管的插入，刚性排水管四周以外的空间需要进行注浆处理，从而能将刚性排水管固定。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构，包括排水抗滑桩群、树枝状导水涵洞群、刚性排水管，其特征在于：排水抗滑桩群由多个兼具抗剪、抗弯和集水功能的半中空同心圆结构钢筋混凝土桩组成；树枝状导水涵洞群由主导水涵洞(6)和支导水涵洞(5)组成；主导水涵洞(6)与分布在坡面上的排水沟(16)相连通；排水沟(16)与分布在坡面两侧的截水沟(17)连通；导水涵洞的洞顶部位开设有一个或者多个导流孔；刚性排水管(4)穿过导流孔，一端与预埋在钢筋混凝土桩桩身中的柔性防水套管(7)相连通，另一端与相应的导水涵洞连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构，其特征在于：所述钢筋混凝土桩包括下部实心钢筋混凝土桩柱(8)、上部钢筋混凝土外环(9)、上部透水钢筋混凝土内环(10)和上部桩芯(11)；下部实心钢筋混凝土桩柱(8)、上部钢筋混凝土外环(9)、上部透水钢筋混凝土内环(10)通过钢筋笼(12)固定形成一个整体；上部钢筋混凝土外环(9)的下部位于滑动面以上；

上部钢筋混凝土外环(9)圆周侧面上均匀开设有倾斜导水孔(13)，且倾斜导水孔(13)内充填有透水骨料(14)；

所述上部桩芯(11)内充填有碎石(15)；所述柔性防水套管(7)横卧于下部实心钢筋混凝土桩柱(8)之上，且柔性防水套管一端连通上部桩芯(11)。

3.根据权利要求2所述的一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构，其特征在于：上部桩芯的直径为整个桩径的1/5～1/4。

4.根据权利要求2所述的一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构，其特征在于：上部钢筋混凝土外环的长度小于桩身长度的2/3。

5.根据权利要求1所述的一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构，其特征在于：布设在导水涵洞顶部的导流孔的孔径应大于刚性排水管(4)管径。

6.根据权利要求1所述的一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构，其特征在于：所述柔性防水套管为类圆台状，柔性防水套管连通上部桩芯的一端包裹有纱布。

7.根据权利要求1所述的一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构，其特征在于：所述柔性防水套管为变截面管，包裹有纱布的一端的截面大于伸出上部钢筋混凝土外环之外的截面。

8.根据权利要求1所述的一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构，其特征在于：所述柔性防水套管上设有外螺纹，柔性防水套管的管壁与桩身之间通过螺纹密封连接。

9.一种权利要求2所述的一种用于斜边坡加固的排水抗滑桩-导水涵洞结构的施工方法，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，确定钢筋混凝土桩的安装位置，最后确定导水涵洞的空间位置和开挖路径；

S2.预制钢筋混凝土桩：根据步骤S1中的分析计算结果加工预制钢筋混凝土桩，其中倾斜导水孔(13)装入透水骨料(14)，上部桩芯(11)中充填碎石(15)；

S3.挖桩孔：开挖桩孔，并进行护壁处理；桩孔半径应比预制钢筋混凝土桩(11)的桩径大，桩孔底部应延伸至基岩内部；

S4.挖导水涵洞：根据步骤S1中的分析计算结果，挖设导水涵洞，此外，在综合条件允许的条件下，步骤S3和S4可同时进行；

S5.起吊钢筋混凝土桩，对准桩位，调整钢筋混凝土桩的垂直度并确保柔性防水套管(7)是顺坡面倾斜方向，将钢筋混凝土桩放入桩孔内，确保下部实心混凝土桩柱(8)穿过滑体(1)并伸入基岩(2)中；

S6.在导水涵洞顶部相应位置布设导流孔，将刚性排水管(4)一端穿过导流孔伸入步骤S3开挖的桩孔内，并采用钢丝将其与柔性防水套管(7)捆扎固定；

S7.往含有刚性排水管(4)的导流孔内注入水泥砂浆进行封堵，并往桩孔内回填土石料。

10.权利要求1-9任一所述的排水抗滑桩-导水涵洞结构的应用，该结构应用于大型水动力斜边坡的防治中。