CN111021376A - 深层滑坡治理的立体框架桩体结构及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深层滑坡治理的立体框架桩体结构及其施工工艺，深层滑坡治理的立体框架桩体结构包括多个框架桩体，多个框架桩体形成立体框架桩体结构，框架桩体由抗滑键、锚杆和抗滑桩组成，抗滑键位于滑坡中后部，并设置于滑坡滑面附近，且嵌固至基岩内，抗滑桩位于滑坡前缘，抗滑键与抗滑桩由斜向的锚杆连接。本发明适用于滑体厚度较深的中型或大型滑坡治理工程，将抗滑键、锚杆和抗滑桩组合在一起形成立体框架桩体结构，以此支撑较大的滑坡推力，达到治理滑坡的目的。
Description
技术领域
本发明涉及山区公路、山区铁路、山区镇地、水利工程等滑坡防治工程领域，尤其是涉及一种深层滑坡治理的立体框架桩体结构及其施工工艺。
背景技术
在我国西部山区分布大量滑坡地质灾害，其中特大型滑坡和深厚堆积层滑坡占滑坡总量不到10%，但其造成的经济损失和人员伤亡占滑坡占比达到90%以上。强降雨、强震等自然因素，将诱发新一轮的大型滑坡地质灾害，主要城镇、交通干线、水利设施将遭受严重威胁。因此，开展大型滑坡治理工程，研发卓有成效的大型滑坡治理技术是我国地质灾害防治领域亟待解决的关键问题。
深层滑坡可分为岩质深层滑坡和土质深层滑坡，岩质深层滑坡通常由深厚且较为完整的岩体组成，沿软弱结构面发生顺层滑移；土质深层滑坡一般产生与河流阶地上，滑体由长期的岩体风化物堆积组成，往往滑面较为平缓，但滑体厚度较大。目前，深层滑坡治理技术仍处于瓶颈期，尤其在快速高效治理方面显得尤为薄弱。迄今已研发的抗滑桩、抗滑键、锚固工程、排水等防治技术对深层滑坡效果较好，但均应以大体积混凝土工程作为支撑，造成施工难度升级、施工技术适宜性差、经济不合理等问题。随着工程技术的发展，组合技术或联合技术的优势愈来愈突出，主要表现在三个方面，一是联合技术可大幅度减少混凝土工程，经济投入小；二是多种成熟防治技术的联合应用，施工难度降低，施工技术适宜性较高；三是多种组合结构形成为一个整体，结构之间的相互作用可使承载能力增强。因此，亟待研发适宜于深层滑坡的联合防治技术，为深层滑坡的有效防治提供技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种深层滑坡治理的立体框架桩体结构及其施工工艺。本发明适用于滑体厚度较深的中型或大型滑坡治理工程，将抗滑键、锚杆和抗滑桩组合在一起形成立体框架桩体结构，以此支撑较大的滑坡推力，达到治理滑坡的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种深层滑坡治理的立体框架桩体结构，其特征在于：包括多个框架桩体，多个框架桩体形成立体框架桩体结构，框架桩体由抗滑键、锚杆和抗滑桩组成，抗滑键位于滑坡体中后部，并设置于滑坡体的滑面附近，且嵌固至基岩内，抗滑桩位于滑坡体前缘，抗滑键与抗滑桩由斜向的锚杆连接。
所述抗滑键为钢筋混凝土结构，直径或边长不小于1m，对于土质滑坡，嵌固端长度a不小于3m，对于岩质滑坡，嵌固端长度a不小于2m，自由段长度b不小于1.2a。
所述抗滑桩为钢筋混凝土结构，直径或边长不小于1.5m，嵌固端长度c不小于总桩长（c+d）的1/3，对于土质滑坡，嵌固端长度c不小于5m，对于岩质滑坡，嵌固端长度c不小于3m。
所述锚杆为全长黏结型，由筋体、浆体和锚头组成，锚杆总长度不小于12m，与水平向的角度为10°~15°，锚杆直径不小于70mm，筋体由多根螺纹钢筋焊接而成，浆体为水泥砂浆。
所述抗滑键与锚杆尾部搭接，锚杆的筋体穿过抗滑键的钢筋笼，通过浇筑的混凝土形成一个整体。
所述锚杆的筋体穿过抗滑桩的钢筋笼，并露出钢筋笼外至少0.8m，抗滑桩浇筑后将锚杆的筋体和抗滑桩的钢筋笼凝固成一整体，通过夹持锚具封锚。
一种深层滑坡治理的立体框架桩体结构的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将滑坡体分为n个条块，作用于抗滑键与抗滑桩的力可由第i个条块的剩余下滑力E i 确定，剩余下滑力E i 由下式（1）计算，
其中，
（2）
式中，E i 、E i-1分别为第i、i-1个条块的剩余下滑力；W i 为第个条块的自重；F st 为滑坡的安全系数；ψ i 为条块间传递系数；α i 、α i-1分别为第i、i-1个滑面与水平面的夹角；l i 为第个条块的长度；c i 、φ i 为第个条块的粘聚力和内摩擦角；
（2）针对滑坡，获取滑坡参数；
（3）通过滑坡规模确定滑坡防治工程等级，设定安全系数，采用式（1）计算拟设置抗滑键、抗滑桩位置的剩余下滑力，以此计算作用于抗滑键、锚杆以及抗滑桩的合力；
（4）通过作用于抗滑键、抗滑桩以及锚杆的剩余下滑力，对立体框架桩体结构进行力学计算和结构设计；
（5）开挖抗滑键孔和抗滑桩孔，开挖至设计深度后，清除孔底残渣，并排出孔底水；
（6）打设锚杆锚孔，锚孔穿过抗滑桩孔到达抗滑键孔设计位置；
（7）绑扎抗滑桩与抗滑键钢筋笼，分别下放至孔底，完成后下放锚杆筋体，锚杆筋体尾部应到达抗滑键位置；
（8）先对抗滑键孔进行注浆，混凝土初凝完成后对锚杆注浆，最后再对抗滑桩进行注浆；
（9）抗滑键因仅灌注孔底的浆液，其上部分填入粘土覆盖，最后对锚杆进行封锚。
所述步骤（1）中，假定通过式（1）计算得到的抗滑键位置的剩余下滑力为E a ，该力由抗滑键和锚杆分别承担，抗滑键承担的力E a1，锚杆承担的力为E a2，则E a =E a1+E a2。
所述步骤（1）中，假定通过式（1）计算得到的抗滑桩位置的剩余下滑力为E b ，由于锚杆承担的力E a2传递至抗滑桩，则实际作用于抗滑桩的力为E b +E a2。
所述步骤（2）中，针对滑体厚度较深的中型或大型滑坡，通过勘察手段获取滑坡范围、滑体厚度、滑面角度、滑面长度、滑面粘聚力和内摩擦角参数。
采用本发明的优点在于：
一、本发明中，立体框架桩体结构中采用的抗滑键以及锚杆结构，可大大减少岩土体开挖量和混凝土用量，减少经济投入。
二、本发明中，将抗滑键和抗滑桩采用锚杆连接在一起，形成连杆结构，抗滑键可增强滑坡抗剪强度，锚杆通过界面岩土体抗剪强度减少滑坡推力的传递，同时抗滑桩拦截剩余下滑力，保障滑坡体体最后的稳定，因此该结构可提供比抗滑键与抗滑桩联合支护更大的支撑力。
三、本发明中，抗滑键、锚杆和抗滑桩组合在一起形成立体框架桩体结构，可增强结构的变形刚度，适应变形的能力增强。
四、本发明中，采用抗滑键治理滑坡后缘坡体，解决了抗滑桩设置在坡体后缘长细比过大的问题，同时，只需在滑坡体后缘钻孔，不需要进行大体积混凝土工程，提高了施工效率。
五、本发明的立体框架桩体结构，锚杆通常较抗滑键、抗滑桩长，可在一定长度范围内连接抗滑键与抗滑桩，由此可以满足滑坡体厚度较大的治理需求。
综上，本发明适用于滑体厚度较深的中型或大型滑坡治理工程，将抗滑键、锚杆和抗滑桩组合在一起形成立体框架桩体结构，以此支撑较大的滑坡推力，达到治理滑坡的目的，具有施工便利、承载能力强、经济投入小、加固效果显著等特点，具有防灾减灾与应急治理属性。
附图说明
图1为深层滑坡治理的立体框架桩体结构剖面图；
图2为本发明立体框架桩体结构俯视图；
图3为本发明抗滑键剖面图；
图4为本发明抗滑桩剖面图；
图5为本发明锚杆结构示意图；
图6为本发明传递系数法滑坡剩余下滑力计算图。
图中标记为：1、抗滑键，2、锚杆，3、抗滑桩，4、滑坡体，5、基岩，6、滑面，7、筋体，8、浆体，9、锚头。
具体实施方式
实施例1
一种深层滑坡治理的立体框架桩体结构，包括多个框架桩体，多个框架桩体形成立体框架桩体结构，框架桩体由抗滑键1、锚杆2和抗滑桩3组成，抗滑键1位于滑坡体4中后部，并设置于滑坡体4的滑面6附近，且嵌固至基岩5内，抗滑桩3位于滑坡体4前缘，抗滑键1与抗滑桩3由斜向的锚杆2连接。
所述抗滑键1为钢筋混凝土结构，直径或边长不小于1m，对于土质滑坡，嵌固端长度a不小于3m，对于岩质滑坡，嵌固端长度a不小于2m，自由段长度b不小于1.2a。
所述抗滑桩3为钢筋混凝土结构，直径或边长不小于1.5m，嵌固端长度c不小于总桩长（c+d）的1/3，对于土质滑坡，嵌固端长度c不小于5m，对于岩质滑坡，嵌固端长度c不小于3m。
所述锚杆2为全长黏结型，由筋体7、浆体8和锚头9组成，筋体7设置在浆体8内，锚头9设置在筋体端部，锚杆2总长度不小于12m，与水平向的角度为10°~15°，锚杆2直径不小于70mm，筋体7由多根螺纹钢筋焊接而成，浆体8为水泥砂浆。
所述抗滑键1与锚杆2尾部搭接，锚杆2的筋体7穿过抗滑键1的钢筋笼，通过浇筑的混凝土形成一个整体。
所述锚杆2的筋体7穿过抗滑桩3的钢筋笼，并露出钢筋笼外至少0.8m，抗滑桩3浇筑后将锚杆2的筋体7和抗滑桩钢筋笼凝固成一整体，通过夹持锚具封锚。
一种深层滑坡治理的立体框架桩体结构的施工工艺，包括如下步骤：
（1）将滑坡体分为n个条块，作用于抗滑键与抗滑桩的力可由第i个条块的剩余下滑力E i 确定，剩余下滑力E i 由下式（1）计算，
其中，
（2）
式中，E i 、E i-1分别为第i、i-1个条块的剩余下滑力；W i 为第个条块的自重；F st 为滑坡的安全系数；ψ i 为条块间传递系数；α i 、α i-1分别为第i、i-1个滑面与水平面的夹角；l i 为第个条块的长度；c i 、φ i 为第个条块的粘聚力和内摩擦角；
（2）针对滑坡，获取滑坡参数；
（3）通过滑坡规模确定滑坡防治工程等级，设定安全系数，采用式（1）计算拟设置抗滑键、抗滑桩位置的剩余下滑力，以此计算作用于抗滑键、锚杆以及抗滑桩的合力；
（4）通过作用于抗滑键、抗滑桩以及锚杆的剩余下滑力，对立体框架桩体结构进行力学计算和结构设计；
（5）开挖抗滑键孔和抗滑桩孔，开挖至设计深度后，清除孔底残渣，并排出孔底水；
（6）打设锚杆锚孔，锚孔穿过抗滑桩孔到达抗滑键孔设计位置；
（7）绑扎抗滑桩与抗滑键钢筋笼，分别下放至孔底，完成后下放锚杆筋体，锚杆筋体尾部应到达抗滑键位置；
（8）先对抗滑键孔进行注浆，混凝土初凝完成后对锚杆注浆，最后再对抗滑桩进行注浆；
（9）抗滑键因仅灌注孔底的浆液，其上部分填入粘土覆盖，最后对锚杆进行封锚。
所述步骤（1）中，假定通过式（1）计算得到的抗滑键位置的剩余下滑力为E a ，该力由抗滑键和锚杆分别承担，抗滑键承担的力E a1，锚杆承担的力为E a2，则E a =E a1+E a2。
所述步骤（1）中，假定通过式（1）计算得到的抗滑桩位置的剩余下滑力为E b ，由于锚杆承担的力E a2传递至抗滑桩，则实际作用于抗滑桩的力为E b +E a2。
所述步骤（2）中，针对滑体厚度较深的中型或大型滑坡，通过勘察手段获取滑坡范围、滑体厚度、滑面角度、滑面长度、滑面粘聚力和内摩擦角参数。
实施例2
本实施例结合附图对本发明做进一步说明。
本发明适用于滑体厚度较深的中型或大型滑坡治理工程。涉及到抗滑键1、锚杆2和抗滑桩3组成的立体框架桩体结构及其工程设计和施工方法（图1~图2）；
立体框架桩体结构由抗滑键1、锚杆2和抗滑桩3组成，抗滑键1位于滑坡中后部，并设置于滑坡体4的滑面6附近，且嵌固至基岩5一定深度，抗滑桩3位于滑坡体4前缘，抗滑键1与抗滑桩3由斜向的锚杆2连接。
抗滑键1（图3）为钢筋混凝土结构，直径或边长不小于1m，对于土质滑坡，嵌固端长度a不小于3m，对于岩质滑坡，嵌固端长度a不小于2m，自由段长度b不小于1.2a。
抗滑桩3（图4）为钢筋混凝土结构，直径或边长不小于1.5m，嵌固端长度c不小于总桩长（c+d）的1/3，对于土质滑坡，嵌固端长度c不小于5m，对于岩质滑坡，嵌固端长度c不小于3m。
锚杆2（图5）为全长黏结型，由筋体7、浆体8和锚头9组成，锚杆2总长度不宜小于12m，与水平向的角度为10°~15°，锚杆2直径不小于70mm，筋体7可由多根螺纹钢筋焊接而成，浆体8为水泥砂浆，标号为M15或M20，锚头9应做好封锚处理，防止钢筋锈蚀。
抗滑键1与锚杆2尾部搭接在一起，锚杆2的筋体7穿过抗滑键1的钢筋笼，浇筑混凝土后使其形成一个整体。
锚杆2的筋体7同样穿过抗滑桩3的钢筋笼，并露出钢筋笼外0.8m，抗滑桩3浇筑后将锚杆2的筋体7和抗滑桩3的钢筋笼凝固在一起，然后夹持锚具进行封锚。
采用滑坡稳定性计算的传递系数法，将滑坡体分为n个条块（图6），作用于抗滑键与抗滑桩的力可由第i个条块的剩余下滑力E i 确定，剩余下滑力E i 由下式（1）计算，
其中，
（2）
式中，E i 、E i-1分别为第i、i-1个条块的剩余下滑力；W i 为第个条块的自重；F st 为滑坡的安全系数；ψ i 为条块间传递系数；α i 、α i-1分别为第i、i-1个滑面与水平面的夹角；l i 为第个条块的长度；c i 、φ i 为第个条块的粘聚力和内摩擦角。
假定通过式（1）计算得到的抗滑键位置的剩余下滑力为E a ，该力由抗滑键和锚杆分别承担，抗滑键承担的力E a1，锚杆承担的力为E a2，则E a =E a1+E a2。
假定通过式（1）计算得到的抗滑桩位置的剩余下滑力为E b ，由于锚杆承担的力E a2传递至抗滑桩，则实际作用于抗滑桩的力为E b +E a2。
获得了作用于抗滑键、抗滑桩以及锚杆的剩余下滑力，可按照《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T 0219-2006)对立体桩体结构进行力学计算和结构设计。
实施步骤如下：
（1）针对滑体厚度较深的中型或大型滑坡，通过勘察手段获取滑坡范围、滑体厚度、滑面角度、滑面长度、滑面粘聚力和内摩擦角等参数；
（2）通过滑坡规模确定滑坡防治工程等级，设定安全系数，采用式（1）计算拟设置抗滑键、抗滑桩位置的剩余下滑力，以此计算作用于抗滑键、锚杆以及抗滑桩的合力；
（3）通过作用于抗滑键、抗滑桩以及锚杆的剩余下滑力，按照《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T 0219-2006)对立体桩体结构进行力学计算和结构设计，获取抗滑键、抗滑桩、锚杆尺寸及配筋等参数；
（4）深层滑坡治理的框架桩体结构施工技术方法
1）采用人工或机械方式开挖抗滑键孔和抗滑桩孔，孔口做好护壁处理，防止钻孔土体坍塌，开挖至设计深度后，清除孔底残渣，并排出孔底水；
2）采用定向钻进技术打设锚杆锚孔，锚孔穿过抗滑桩孔到达抗滑键孔设计位置，打设锚孔时会在抗滑桩孔与抗滑键孔内形成新的孔底残渣，应及时清除；
3）绑扎抗滑桩与抗滑键钢筋笼，分别下放至孔底，完成后下放锚杆筋体，锚杆筋体尾部应到达抗滑键位置；
4）先对抗滑键孔进行注浆，混凝土初凝完成后对锚杆注浆，最后再对抗滑桩进行注浆，注浆时应从孔底向上依次注浆，防止桩体或锚杆杆体断裂；
5）抗滑键因仅灌注孔底一定深度的浆液，其上部分应填入粘土覆盖，防止水体进入至滑面或腐蚀抗滑桩，最后，对锚杆进行封锚，做好防腐蚀处理措施。
本发明的原理如下：
（1）针对滑体厚度较深的中型或大型滑坡，滑体厚度与滑坡推力大，单排桩难以治理该类滑坡，可采用多排桩防治，但由于滑坡滑体厚度大，处于中部或后部的抗滑桩难以满足长径比要求，往往需要较大的桩体面积，造成施工不便利和经济浪费；
（2）采用抗滑键作为后排桩可以消除在滑坡中部或后部设置的长径比问题，同时抗滑键可以起到增强滑面力学参数，增加抗滑力的作用，当滑坡推力较大时，可将抗滑键所受的滑坡推力传递至锚杆，通过锚杆的摩擦强度减小下滑力，同时可将滑坡推力传递至滑坡前缘的抗滑桩，由抗滑桩支撑剩余的滑坡推力；
（3）由抗滑键、锚杆和抗滑桩组成的立体框架桩体结构为一个完整的结构体，在滑坡推力作用下，结构之间力可以互相传递，形成的框架结构可以承受较大的滑坡推力，从而用于滑体厚度较深的中型或大型滑坡治理工程。
Claims (10)
1.一种深层滑坡治理的立体框架桩体结构，其特征在于：包括多个框架桩体，多个框架桩体形成立体框架桩体结构，框架桩体由抗滑键（1）、锚杆（2）和抗滑桩（3）组成，抗滑键（1）位于滑坡体（4）中后部，并设置于滑坡体（4）的滑面（6）附近，且嵌固至基岩（5）内，抗滑桩（3）位于滑坡体（4）前缘，抗滑键（1）与抗滑桩（3）由斜向的锚杆（2）连接。
2.根据权利要求1所述的深层滑坡治理的立体框架桩体结构，其特征在于：所述抗滑键（1）为钢筋混凝土结构，直径或边长不小于1m，对于土质滑坡，嵌固端长度a不小于3m，对于岩质滑坡，嵌固端长度a不小于2m，自由段长度b不小于1.2a。
3.根据权利要求2所述的深层滑坡治理的立体框架桩体结构，其特征在于：所述抗滑桩（3）为钢筋混凝土结构，直径或边长不小于1.5m，嵌固端长度c不小于总桩长（c+d）的1/3，对于土质滑坡，嵌固端长度c不小于5m，对于岩质滑坡，嵌固端长度c不小于3m。
4.根据权利要求3所述的深层滑坡治理的立体框架桩体结构，其特征在于：所述锚杆（2）为全长黏结型，由筋体（7）、浆体（8）和锚头（9）组成，锚杆（2）总长度不小于12m，与水平向的角度为10°~15°，锚杆（2）直径不小于70mm，筋体（7）由多根螺纹钢筋焊接而成，浆体（8）为水泥砂浆。
5.根据权利要求4所述的深层滑坡治理的立体框架桩体结构，其特征在于：所述抗滑键（1）与锚杆（2）尾部搭接，锚杆（2）的筋体（7）穿过抗滑键（1）的钢筋笼，通过浇筑的混凝土形成一个整体。
6.根据权利要求5所述的深层滑坡治理的立体框架桩体结构，其特征在于：所述锚杆（2）的筋体（7）穿过抗滑桩（3）钢筋笼，并露出钢筋笼外至少0.8m，抗滑桩（3）浇筑后将锚杆（2）的筋体（7）和抗滑桩（3）钢筋笼凝固成一整体，通过夹持锚具封锚。
7.根据权利要求1所述的深层滑坡治理的立体框架桩体结构的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将滑坡体分为n个条块，作用于抗滑键与抗滑桩的力可由第i个条块的剩余下滑力E i 确定，剩余下滑力E i 由下式（1）计算，
其中，
（2）
式中，E i 、E i-1分别为第i、i-1个条块的剩余下滑力；W i 为第个条块的自重；F st 为滑坡的安全系数；ψ i 为条块间传递系数；α i 、α i-1分别为第i、i-1个滑面与水平面的夹角；l i 为第个条块的长度；c i 、φ i 为第个条块的粘聚力和内摩擦角；
（2）针对滑坡，获取滑坡参数；
（3）通过滑坡规模确定滑坡防治工程等级，设定安全系数，采用式（1）计算拟设置抗滑键、抗滑桩位置的剩余下滑力，以此计算作用于抗滑键、锚杆以及抗滑桩的合力；
（4）通过作用于抗滑键、抗滑桩以及锚杆的剩余下滑力，对立体框架桩体结构进行力学计算和结构设计；
（5）开挖抗滑键孔和抗滑桩孔，开挖至设计深度后，清除孔底残渣，并排出孔底水；
（6）打设锚杆锚孔，锚孔穿过抗滑桩孔到达抗滑键孔设计位置；
（7）绑扎抗滑桩与抗滑键钢筋笼，分别下放至孔底，完成后下放锚杆筋体，锚杆筋体尾部应到达抗滑键位置；
（8）先对抗滑键孔进行注浆，混凝土初凝完成后对锚杆注浆，最后再对抗滑桩进行注浆；
（9）抗滑键因仅灌注孔底的浆液，其上部分填入粘土覆盖，最后对锚杆进行封锚。
8.根据权利要求7所述的深层滑坡治理的立体框架桩体结构的施工工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，假定通过式（1）计算得到的抗滑键位置的剩余下滑力为E a ，该力由抗滑键和锚杆分别承担，抗滑键承担的力E a1，锚杆承担的力为E a2，则E a =E a1+E a2。
9.根据权利要求8所述的深层滑坡治理的立体框架桩体结构的施工工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，假定通过式（1）计算得到的抗滑桩位置的剩余下滑力为E b ，由于锚杆承担的力E a2传递至抗滑桩，则实际作用于抗滑桩的力为E b +E a2。
10.根据权利要求9所述的深层滑坡治理的立体框架桩体结构的施工工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，针对滑体厚度较深的中型或大型滑坡，通过勘察手段获取滑坡范围、滑体厚度、滑面角度、滑面长度、滑面粘聚力和内摩擦角参数。
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