CN110424416B - 一种电磁排水抗滑桩及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电磁排水抗滑桩及其施工方法，属于滑坡防治工程领域，该抗滑桩包括：空心桩、碎石、锚索、线圈、控制器、水分计、抽水管和手提抽水泵；第二类空心桩同轴嵌套于第一类空心桩内，两类桩之间填充碎石，锚索将碎石挤密于第一类空心桩内；圈缠绕抽水管外壁并嵌套于第二类空心桩内，手提抽水泵安装在抽水管顶端，控制器安放在坡外分别与水分计、线圈和高频交流电源连接；当土体含水率大于界限含水率时，线圈产生交变磁场促使水分进入空心桩内，抽水管和手提抽水泵将坡体内水排到坡外；反之线圈断电；本申请是一种实施监控、快速排水的抗滑桩，解决了降雨丰富地区低渗透性边坡难以排水诱发的失稳问题，构造简单，施工容易，大大节约成本。

Description

一种电磁排水抗滑桩及其施工方法
技术领域
本申请涉及岩土锚固技术领域，具体涉及一种电磁排水抗滑桩及其施工方法。
背景技术
滑坡是全球性三大地质灾害之一，分布广泛、发生频繁、预测困难，治理费用高昂，常给人们生命和财产造成重大的威胁，一直是世界各国关注的重要地质灾害问题。地下水的赋存和运移是影响边坡稳定的主要因素，补给主要有滑坡体后缘补给、坡面降雨入渗和库(河)水位。近百年来世界范围内发生的灾难性滑坡灾害，约90％与水直接有关，也就是常说的“十滑九水”。降雨或地下水位上升诱发滑坡的主要因素为：水分作用增加了岩土体的重度，降低了岩土的抗剪强度，产生了顺坡渗流的渗透力，最终削弱了斜坡稳定性。
目前滑坡工程的主要排水措施有：地表排水沟、排水盲沟、地下排水洞、水平排水孔、集水井抽水和虹吸排水等。其中坡面排水措施对坡体环境要求较高，受地形条件限制明显；盲沟、排水孔依靠重力作用排水，容易堵塞，普通井抽水和虹吸排水只能梳排自流水，对渗透性较低或含水率高的粘性土效果差，难以保证排水措施的有效性，仍然导致边坡渗透失稳。因此，开发一种高效排水支挡结构治理降雨诱发滑坡非常必要，降低边坡失稳或垮塌风险。
发明内容
本申请的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，根据水分诱发滑坡的致灾机理，提供一种电磁排水抗滑桩及其施工方法，解决低渗透性土体滑坡问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术申请：
一种电磁排水抗滑桩，包括：空心桩、碎石、锚索、线圈、控制器、水分计、抽水管、手提抽水泵和高频交流电源；
所述的空心桩包括第一类空心桩和第二类空心桩，第一类空心桩底板封闭，底板上预埋锚具，桩壁布置若干透水孔；第二类空心桩下端侧壁布置若干透水孔，第二类空心桩同轴嵌套于第一类空心桩内，顶端平齐；
所述的碎石填充与第一类空心桩和第二类空心桩之间，顶部安放盖板，锚索一端锚固于第一类空心桩的底板预埋锚具，穿过碎石，另一端由锚具固定于盖板上；
所述的线圈缠绕抽水管外壁；线圈通过导线与高频交流电源连接；
所述的抽水管下端的管壁具有若干个透水孔，外壁套有若干个定位支架，嵌套于第二类空心桩内，且顶部露出；
所述的手提抽水泵安装在抽水管顶端；
所述水分计设置在两根空心桩之间的坡体内；
所述的控制器安放在坡外，控制器分别与水分计和线圈连接，控制线圈通电与断电。
当土体含水率大于控制器的界限含水率时，高频交流电源与控制器及线圈接通，线圈产生交变磁场促使，边坡中的水分通过透水孔进入空心桩内，再通过抽水管和手提抽水泵将坡体内水排到坡外；当土体含水率大于控制器的界限含水率时，控制器与线圈断开。
进一步地，所述第一类空心桩外侧抱箍有滤网。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的线圈为直径1.0～2.0mm的铜线绕制而成，铜线表面包有绝缘层。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的空心桩截面形式为圆形、矩形或梯形；第一类空心桩靠山侧布置有密集的钢筋，其余侧布置较少的钢筋。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的透水孔为圆形，直径为 10～40mm，间距为20～25cm。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的碎石采用粒径为30～80mm 的卵石或石子。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的盖板上设有中心圆孔和四个小孔，盖板几何尺寸稍小于第一类空心桩的内部尺寸。
一种电磁排水抗滑桩的施工方法，包括以下步骤：
(1)勘察设计及放线：勘察山体的工程地质条件和潜在滑动面，进行计算设计；根据工程设计对抗滑桩和水分计的位置进行测量定位；
(2)预制空心桩：按设计尺寸，预制第一类空心桩、第二类空心桩，第一类空心桩、第二类空心桩侧壁上梅花形布置预留直径为10～40mm，间距为 20～25cm的透水孔；
(3)挖孔和施工准备：按照步骤(1)确定的桩位，按设计桩长桩径，开挖桩孔，并施做护壁；将预制完成的空心桩和碎石运送到施工现场；
(4)安放空心桩：先在第一类空心桩内穿四根锚索，锚索长度大于桩孔深 2～3m，锚索一端锚固在底板预埋锚具处，另一端穿出第一类空心桩顶端；将第一类空心桩吊置于孔内，钢筋较密的一侧安放于靠山侧，垂直安放就位，将四根锚索暂时固定在地面；其次将第二类空心桩吊放于第一类空心桩内；
(5)填碎石：给两类空心桩之间从下往上分层填碎石并振捣，填至距桩顶 1.0m为止；
(6)安放盖板和张拉锚索：将盖板嵌套于第一类空心桩内，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；
(7)安放抽水管：抽水管外壁缠绕线圈，套上定位支架，嵌套于第二类空心桩内，线圈穿出桩外；
(8)安装抽水管和水分计：抽水管顶端安装手提抽水泵，水分计安放于相应的孔内，并用土体填充孔洞，数据线引出坡面；
(9)连线：坡外安装控制器，将控制器分别与线圈、水分计和高频交流电源连接；
(10)
设定控制器转换界限含水率，施工完成。
本申请的有益效果是：
与传统抗滑桩相比，本申请存在主要技术优势：
(1)将抗滑桩和排水系统结合起来，开发了一种实施监控、快速排水的抗滑桩，不仅起到对滑坡体提供抗滑力的作用，还能起到将滑坡浅层、深层中的水分排除的作用。
(2)将传统抗滑桩替换为缠有线圈和刚柔性透水抗滑桩，将电磁场和电磁加热作用引入抗滑桩周围的岩土体中，改变水的动力粘度，提高渗透速率，使其更容易排出，克服了低渗透性岩土滑坡深部排水实现困难的问题。
(3)该抗滑桩构造简单，施工容易，既有良好的支挡性能，又有可靠的排水性能，可为降雨或地下水位上升诱发滑坡灾害防治提供一种新技术，降低滑坡风险，大大节约成本。
本申请的工作原理是：当坡体内的水分含量低于水分计的设定界限含水率时，控制器控制线圈断电，抗滑桩将边坡不稳定土体支挡于稳定区；当水分上升到超过水分计的界限含水率时，控制器控制线圈通电，通电线圈在高压交变电流作用下产生电磁场和热效应，磁场既能诱导岩土裂隙中的自由水产生感应磁矩，进而改变水的动力粘度，提高渗透速率，还可使土体中的结合水更容易脱离束缚，排出土体；电磁加热引起岩土体中水的温度升高，降低水的粘度；在电磁场和电磁热作用下，抗滑桩周围土体渗透性能提高，外围土体中的水分逐渐向桩体渗入，流过透水孔及碎石层汇集于第二类空心桩内，通过手提式抽水泵抽走，降低坡体中的水分，土体强度增大，桩的抗滑力增大，边坡稳定性提高。随着排水的不断进行，坡体内水分含量降至低于水分计的界限含水率，控制器控制线圈断电，加速排水过程暂时停止；待下一次土体含水率上升至水分计界限含时，线圈通电，操作抽水泵再次重复排水，使滑坡体处于较低含水率状态。
附图说明
图1是本申请电磁排水抗滑桩的示意图；
图2是抽水管和线圈嵌套于第二类空心桩的示意图；
图3是第二类空心桩的示意图；
图4是图1中的A-A剖面图；
图5是盖板的示意图；
图6是本申请在滑坡防护工程中实施的示意图；
附图标记：1-第一类空心桩、2-第二类空心桩、3-透水孔、4-碎石、5-锚具、 6-锚索、7-线圈、8-抽水管、9-定位支架、10-控制器、11-水分计、12-手提抽水泵、 13-盖板。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术申请和优点更加清楚，下面对本申请中的技术申请进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1、2、3、4、5和6所示，本申请提供一种电磁排水抗滑桩，包括：空心桩、碎石4、锚索6、线圈7、抽水管8、控制器10、水分计11、手提抽水泵12和高频交流电源构成。
所述的空心桩包括第一类空心桩1和第二类空心桩2，第一类空心桩1底板封闭，底板上预埋锚具5，桩壁布置若干透水孔3，外侧抱箍滤网；第二类空心桩2下端侧壁布置若干透水孔3，第二类空心桩2同轴嵌套于第一类空心桩1内，顶端平齐；
所述的碎石4填充与第一类空心桩1和第二类空心桩2之间，顶部安放盖板13，锚索6一端锚固于第一类空心桩1的底板预埋锚具5，穿过碎石4，另一端由锚具5固定于盖板13上；
所述的线圈7缠绕抽水管8外壁；线圈7通过导线与高频交流电源连接；
所述的抽水管8下端的管壁具有若干个透水孔3，外壁套有若干个定位支架 9，嵌套于第二类空心桩2内，且顶部露出；
所述的手提抽水泵12安装在抽水管8顶端；
所述水分计11设置在两根空心桩之间的坡体内；
所述的控制器10安放在坡外，界限含水率设置为10％～40％的某个值，控制器10分别与水分计11和线圈7连接，控制线圈7通电与断电。
当土体含水率大于控制器10的界限含水率时，高频交流电源与控制器10 及线圈7接通，线圈7产生交变磁场促使边坡中的水分通过透水孔3进入空心桩内，再通过抽水管8和手提抽水泵12将坡体内水排到坡外；当土体含水率小于控制器10的界限含水率时，控制器10控制线圈断电。
所述的高频交流电源，电压为220v～380v，电流为10A～20A。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的线圈7为直径1.0～2.0mm 的铜线绕制而成，铜线表面包有绝缘层。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的空心桩截面形式为圆形、矩形或梯形；第一类空心桩1靠山侧布置相对密集的钢筋，其余侧布置钢筋较少。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的透水孔3为圆形，直径为 10～40mm，间距为20～25cm，碎石4难以穿出透水孔3。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的碎石4采用粒径为30～80mm 的卵石或石子。
进一步地，如上所述的电磁排水抗滑桩，所述的盖板13上设有中心圆孔和四个小孔，盖板13几何尺寸稍小于第一类空心桩1的内部尺寸。
本申请提供一种电磁排水抗滑桩的施工方法，其步骤为：
(1)勘察设计及放线：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，根据工程设计对抗滑桩和水分计11的位置进行测量定位；
(2)预制空心桩：按设计尺寸，进行第一类空心桩1、第二类空心桩2 支模，绑扎钢筋、侧壁上梅花形布置预留直径为10～40mm，间距为20～25cm 的透水孔3，浇筑混凝土并养护；
(3)挖孔和施工准备：按照步骤(1)确定的桩位，按设计桩长桩径，开挖桩孔，并施做护壁；将预制完成的空心桩和碎石4运送到施工现场；
(4)安放空心桩：先在第一类空心桩1内穿四根锚索6，锚索6长度大于桩孔深2～3m，锚索6一端锚固在底板预埋锚具5处，另一端穿出第一类空心桩1顶端；将第一类空心桩1吊置于孔内，钢筋较密的一侧安放于靠山侧，垂直安放就位，将四根锚索6暂时固定在地面；其次将第二类空心桩2 吊放于第一类空心桩1内；
(5)填碎石：给两类空心桩之间从下往上分层填碎石4并振捣，填至距桩顶1.0m左右为止；
(6)安放盖板和张拉锚索：将盖板13嵌套于第一类空心桩1内，张拉锚索6施加预应力，盖板13挤压碎石4，并用锚具5将锚索6锚固于盖板13 上；
(7)安放抽水管：抽水管8外壁缠绕线圈，套上定位支架9，嵌套于第二类空心桩2内，线圈穿出桩外；
(8)安装抽水管和水分计：抽水管8顶端安装手提抽水泵12，水分计11 安放于相应的孔内，并用土体填充孔洞，数据线引出坡面；
(9)连线：坡外安装控制器10，将控制器10分别与线圈7、水分计11 和高频交流电源连接；
(10)调试：接通控制器10与高频交流电源，每隔10～30min，用手提式抽水泵12抽水，若能抽出水分，说明系统性能良好；
(11)设定控制器10转换界限含水率，如土体含水率大于设定转换界限含水率时，控制器10闭合线圈开始产生磁场，反之断开。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术申请，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术申请进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术申请的本质脱离本申请各实施例技术申请的精神和范围。

Claims (2)

1.一种电磁排水抗滑桩，其特征在于，包括：空心桩、碎石(4)、锚索(6)、线圈(7)、抽水管(8)、控制器(10)、水分计(11)、手提抽水泵(12)和高频交流电源；
所述的空心桩包括第一类空心桩(1)和第二类空心桩(2)，第一类空心桩(1)底板封闭，底板上预埋锚具(5)，桩壁布置若干透水孔(3)；第二类空心桩(2)下端侧壁布置若干透水孔(3)，第二类空心桩(2)同轴嵌套于第一类空心桩(1)内，顶端平齐；
所述的碎石(4)填充于第一类空心桩(1)和第二类空心桩(2)之间，顶部安放盖板(13)，锚索(6)一端锚固于第一类空心桩(1)的底板预埋锚具(5)，穿过碎石(4)，另一端由锚具(5)固定于盖板(13)上；
所述的线圈(7)缠绕抽水管(8)外壁；线圈(7)通过导线与高频交流电源连接；
所述的抽水管(8)下端的管壁具有若干个透水孔(3)，外壁套有若干个定位支架(9)，嵌套于第二类空心桩(2)内，且顶部露出；
所述的手提抽水泵(12)安装在抽水管(8)顶端；
所述水分计(11)设置在两根空心桩之间的坡体内；
所述的控制器(10)安放在坡外，控制器(10)分别与水分计(11)和线圈(7)连接，控制线圈(7)通电与断电；
当土体含水率大于控制器(10)的界限含水率时，高频交流电源与控制器(10)及线圈(7)接通，线圈(7)产生交变磁场促使边坡中的水分通过透水孔(3)进入空心桩内，再通过抽水管(8)和手提抽水泵(12)将坡体内水排到坡外；当土体含水率小于控制器(10)的界限含水率时，控制器(10)控制线圈(7)断电；
所述第一类空心桩(1)外侧抱箍有滤网；
所述的线圈(7)为直径1.0～2.0mm的铜线绕制而成，铜线表面包有绝缘层；
所述的空心桩截面形式为圆形、矩形或梯形；第一类空心桩(1)靠山侧布置有密集的钢筋，其余侧布置较少的钢筋；
所述的透水孔(3)为圆形，直径为10～40mm，间距为20～25cm；
所述的碎石(4)采用粒径为30～80mm的卵石或石子；
所述的盖板(13)上设有中心圆孔和四个小孔，盖板(13)几何尺寸稍小于第一类空心桩(1)的内部尺寸。
2.一种权利要求1所述磁排水抗滑桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)勘察设计及放线：勘察山体的工程地质条件和潜在滑动面，进行计算设计；根据工程设计对抗滑桩和水分计(11)的位置进行测量定位；
(2)预制空心桩：按设计尺寸，预制第一类空心桩(1)、第二类空心桩(2)，第一类空心桩(1)、第二类空心桩(2)侧壁上梅花形布置预留直径为10～40mm，间距为20～25cm的透水孔(3)；
(3)挖孔和施工准备：按照步骤(1)确定的桩位，按设计桩长桩径，开挖桩孔，并施做护壁；将预制完成的空心桩和碎石(4)运送到施工现场；
(4)安放空心桩：先在第一类空心桩(1)内穿四根锚索(6)，锚索(6)长度大于桩孔深2～3m，锚索(6)一端锚固在底板预埋锚具(5)处，另一端穿出第一类空心桩(1)顶端；将第一类空心桩(1)吊置于孔内，钢筋较密的一侧安放于靠山侧，垂直安放就位，将四根锚索(6)暂时固定在地面；其次将第二类空心桩(2)吊放于第一类空心桩(1)内；
(5)填碎石：给两类空心桩之间从下往上分层填碎石(4)并振捣，填至距桩顶1.0m为止；
(6)安放盖板和张拉锚索：将盖板(13)嵌套于第一类空心桩(1)内，张拉锚索(6)施加预应力，盖板(13)挤压碎石(4)，并用锚具(5)将锚索(6)锚固于盖板(13)上；
(7)安放抽水管：抽水管(8)外壁缠绕线圈，套上定位支架(9)，嵌套于第二类空心桩(2)内，线圈穿出桩外；
(8)安装抽水管和水分计：抽水管(8)顶端安装手提抽水泵(12)，水分计(11)安放于相应的孔内，并用土体填充孔洞，数据线引出坡面；
(9)连线：坡外安装控制器(10)，将控制器(10)分别与线圈(7)、水分计(11)和高频交流电源连接；
(10)设定控制器(10)转换界限含水率，施工完成。
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