CN111962533A - 一种强震区消能型桩锚结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强震区消能型桩锚结构及其施工方法，一种强震区消能型桩锚结构，包括消能锚索、抗滑桩和柔性挡板。若干抗滑桩等间距布置在岩土体的外侧，若干抗滑桩与岩土体的侧壁之间连接有柔性挡板。抗滑桩上锚固有若干消能锚索，消能锚索的锚固段锚固在岩土体内，自由段穿过柔性挡板和抗滑桩并伸出抗滑桩。自由段另一端锚固在土抗滑桩上。消能锚索上设置有止浆塞，止浆塞位于锚固段和自由段的分界处。本发明通过多种消能构件的优化组合，使地震造成的脆性破坏变成延性，既防止了强震区高陡边坡失稳、崩塌、滑坡等对公路、铁路建设、车辆行驶造成的安全隐患，又有效地提高了桩锚结构的稳定性及抗震能力。

Description

一种强震区消能型桩锚结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及岩土工程中边坡加固支护的桩锚结构。
背景技术
我国的道路桥梁建设正处于快速发展阶段，近年来，国家对西部地区的基础建设投入越来越大，然而，由于我国西部地区地形地貌比较复杂，很多交通路线不可避免地行走于丘陵、山谷之间，而高陡地形下的边坡稳定性对这些交通路线存在着严重的安全隐患。同时，我国是一个地震多发的国家，地震造成的边坡岩土体失稳、崩塌、滑坡等现象频频发生，对交通运输和生命财产造成了极大的破坏。
为了保证行车安全，工程建设中多采用钢筋混凝土桩锚结构对高陡边坡进行加固支护，传统的桩锚结构体系整体刚度大，缺少足够的消能设施，在强震作用下常发生锚杆被拉断、脱开，桩体开裂、折断等脆性破坏现象，桩锚结构体系失效速度快，对地震动引起的破坏的延缓时间短，边坡发生急剧失稳，严重影响了公路、铁路等交通路线抵抗地震破坏的能力和灾后重建难度。
因此，有必要研发一种具有消能作用的桩锚结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种强震区消能型桩锚结构及其施工方法。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种强震区消能型桩锚结构，包括消能锚索、ECC混凝土抗滑桩、柔性挡板、减震垫和锚具。
若干所述ECC混凝土抗滑桩等间距布置在岩土体的外侧，每个ECC混凝土抗滑桩与岩土体的侧壁的距离相等，若干ECC混凝土抗滑桩与岩土体的侧壁之间连接有柔性挡板。
每个所述ECC混凝土抗滑桩上锚固有若干消能锚索，每个消能锚索的锚固段锚固在岩土体内，每个消能锚索的自由段穿过柔性挡板和ECC混凝土抗滑桩并伸出ECC混凝土抗滑桩。每个所述消能锚索伸出ECC混凝土抗滑桩的部分通过锚具锚固在ECC混凝土抗滑桩的侧壁上，每个ECC混凝土抗滑桩侧壁上的若干锚具沿ECC混凝土抗滑桩的高度方等间距布置，每个锚具与ECC混凝土抗滑桩之间设置有减震垫。
每个所述消能锚索上设置有止浆塞，止浆塞位于锚固段和自由段的分界处，消能段连接在自由段上。
进一步，所述消能段位于岩土体内部，消能段为弹簧钢圈或阻尼器。
进一步，每个所述消能锚索均呈张拉状态。
进一步，所述锚具包括锚座、锚板和锚夹具。
每个所述消能锚索的自由段伸出减震垫的部分套设有锚座和锚板，锚座的一侧与减震垫抵紧，另一侧与锚板抵紧。所述锚夹具将自由段夹紧并与锚板抵紧。
进一步，所述ECC混凝土抗滑桩和柔性挡板均由ECC混凝土浇筑而成。
进一步，所述减震垫采用橡胶或海绵制成。
基于上述的一种强震区消能型桩锚结构的施工方法，包括以下步骤：
1)所述ECC混凝土抗滑桩的桩孔成孔：按照设计要求开挖ECC混凝土抗滑桩的桩孔。
2)灌注所述ECC混凝土抗滑桩：向ECC混凝土抗滑桩的桩孔内灌注ECC混凝土，直至到达设计桩顶位置。
3)桩后土体开挖：当所述ECC混凝土抗滑桩的强度达到设计强度的75％后，按设计要求开挖出ECC混凝土抗滑桩与岩土体之间的间隙，该间隙供柔性挡板安装。
4)在工厂，采用ECC混凝土预制出所述柔性挡板，并制作好消能锚索。其中，每个所述消能锚索上套设并固定有止浆塞，止浆塞上设置有注浆孔。
5)吊装所述柔性挡板：将柔性挡板吊装至ECC混凝土抗滑桩与岩土体之间的间隙内，使柔性挡板的两侧分别贴合于岩土体的侧壁和ECC混凝土抗滑桩的侧壁，并在柔性挡板、ECC混凝土抗滑桩和岩土体的接壤处填充ECC混凝土。
6)钻取锚索安装孔：按设计要求在所述ECC混凝土抗滑桩、柔性挡板和岩土体上钻取供消能锚索穿过的安装孔。
7)清孔：用高压空气或水清除所述安装孔内的杂物。
8)安装所述消能锚索：消能锚索通过安装孔穿过ECC混凝土抗滑桩和柔性挡板并伸入岩土体内。其中，所述消能锚索远离岩土体的一端伸出ECC混凝土抗滑桩。
9)向所述消能锚索的锚固段注浆：通过止浆塞上的注浆孔向消能锚索锚固段的安装孔内填充砂浆。
10)安装所述锚具：在消能锚索伸出ECC混凝土抗滑桩的一端安装减震垫和锚具。其中，所述锚具位于减震垫背向ECC混凝土抗滑桩的一侧，消能锚索处于自然状态。
11)张拉锁定：当所述安装孔内的砂浆强度达到设计要求并具备张拉条件时，对消能锚索伸出ECC混凝土抗滑桩的一端进行预应力张拉，待张拉强度达到预定值后，将锚具锁紧。
12)重复步骤6-11)步骤，按设计要求完成所有所述消能锚索的安装。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明通过设置一种消能型桩锚结构，通过多种消能构件的优化组合，使地震造成的脆性破坏变成延性，既防止了强震区高陡边坡失稳、崩塌、滑坡等对公路、铁路建设、车辆行驶造成的安全隐患，又有效地提高了桩锚结构的稳定性及抗震能力，使桩锚结构体系的整体性、安全性和耐久性都得到显著提高。
附图说明
图1为本发明消能型桩锚结构三维结构示意图；
图2为本发明消能型桩锚结构横断面示意图；
图3为本发明消能型桩锚结构的施工方法流程图。
图中：消能锚索1、止浆塞101、消能段102、ECC混凝土抗滑桩2、柔性挡板3、岩土体4、减震垫5、锚具6、锚座601、锚板602和锚夹具603。
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强震区消能型桩锚结构，包括消能锚索1、ECC混凝土抗滑桩2、柔性挡板3、减震垫5和锚具6。
参见图1，若干所述ECC混凝土抗滑桩2等间距布置在岩土体4的外侧，每个ECC混凝土抗滑桩2与岩土体4的侧壁的距离相等，若干ECC混凝土抗滑桩2与岩土体4的侧壁之间连接有柔性挡板3。所述柔性挡板3的高度大于等于ECC混凝土抗滑桩2的高度，柔性挡板3的宽度至少覆盖所有ECC混凝土抗滑桩2，柔性挡板3的厚度可根据设计要求确定，柔性挡板3与滑桩体2通过混凝土浇筑连接。
所述ECC混凝土抗滑桩2由ECC混凝土浇筑而成，其中，ECC混凝土由水泥、矿物掺合料以及平均粒径不大于0.15mm的石英砂作为基体，用纤维做增强材料，纤维体积掺量不超过2％，利用普通混凝土制作工艺加工成型，是一种高性能纤维增强水泥基复合材料，ECC材料的耗能能力强，可以通过大变形多缝开裂和应变硬化耗散地震能。所述柔性挡板3由ECC混凝土或高分子塑料板制作而成。
每个所述ECC混凝土抗滑桩2上锚固有若干消能锚索1，每个消能锚索1的锚固段锚固在岩土体4内，每个消能锚索1的自由段穿过柔性挡板3和ECC混凝土抗滑桩2并伸出ECC混凝土抗滑桩2。参见图2，所述消能锚索1的自由段上连接有消能段102，消能段102位于岩土体4内，消能段102为消能锚索1的主要消能构件，消能段102可为弹簧钢圈或阻尼器，本实施例的消能段102采用弹簧钢圈。每个所述消能锚索1均呈张拉状态。
所述消能锚索1采用至少一根钢绞线或至少一根钢筋与消能段102连接而成，在本实施例中，采用若干根钢绞线缠绕之后再与消能段102连接而成，消能段102所占长度比例可根据实际工程需要进行调整。
每个所述消能锚索1伸出ECC混凝土抗滑桩2的部分通过锚具6锚固在ECC混凝土抗滑桩2的侧壁上，每个ECC混凝土抗滑桩2侧壁上的若干锚具6沿ECC混凝土抗滑桩2的高度方等间距布置，每个锚具6与ECC混凝土抗滑桩2之间设置有减震垫5，减震垫5采用橡胶或海绵制成，用于缓解消能锚索1和锚具6对ECC混凝土抗滑桩2的脆性磨损和破坏。
所述锚具6包括锚座601、锚板602和锚夹具603。每个所述消能锚索1的自由段伸出减震垫5的部分套设有锚座601和锚板602，锚座601的一侧与减震垫5抵紧，另一侧与锚板602抵紧，减震垫5的平面尺寸应大于锚座601。所述锚夹具603将自由段夹紧并与锚板602抵紧。
参见图2，每个所述消能锚索1上设置有止浆塞101，止浆塞101位于锚固段和自由段的分界处。所述止浆塞101可以阻止注入锚固段钻孔的M30水泥砂浆进入自由段钻孔，同时可以适当提高锚固段钻孔内的注浆压力，确保甚至提高锚固段钻孔内的注浆质量。
实施例2：
参见图3，本实施例公开了基于实施例1所述的一种强震区消能型桩锚结构的施工方法，包括以下步骤：
1)所述ECC混凝土抗滑桩2的桩孔成孔：按照设计的桩位、桩身截面形态及尺寸、桩身长度等开挖ECC混凝土抗滑桩2的桩孔。
2)灌注所述ECC混凝土抗滑桩2：自孔底向上，向ECC混凝土抗滑桩2的桩孔内灌注ECC混凝土，直至到达设计桩顶位置。
3)桩后土体开挖：当所述ECC混凝土抗滑桩2的强度达到设计强度的75％后，按设计要求开挖出ECC混凝土抗滑桩2与岩土体4之间的间隙，该间隙供柔性挡板3安装。
4)在工厂，采用ECC混凝土或高分子塑料预制出所述柔性挡板3，并制作好消能锚索1；其中，每个所述消能锚索1上套设并固定有止浆塞101，止浆塞101上设置有注浆孔。
5)吊装所述柔性挡板3：布置合理的支点和吊点，将柔性挡板3吊装至ECC混凝土抗滑桩2与岩土体4之间的间隙内，使柔性挡板3的两侧分别贴合于岩土体4的侧壁和ECC混凝土抗滑桩2的侧壁，并在柔性挡板3、ECC混凝土抗滑桩2和岩土体4的接壤处填充ECC混凝土。
6)钻取锚索安装孔：按设计要求在所述ECC混凝土抗滑桩2、柔性挡板3和岩土体4上钻取供消能锚索1穿过的安装孔7；其中，采用分层开挖方式，采用岩石钻机施工钻孔，所述安装孔7的深度等于其设计长度，且安装孔7直径等于或略大于钻孔的设计直径。
7)清孔：用高压空气或水清除所述安装孔7内的杂物；其中，所述杂物包括土体和岩石碎屑等。
8)安装所述消能锚索1：消能锚索1通过安装孔7穿过ECC混凝土抗滑桩2和柔性挡板3并伸入岩土体4内；其中，所述消能锚索1远离岩土体4的一端伸出ECC混凝土抗滑桩2。
9)向所述消能锚索1的锚固段注浆：通过止浆塞101上的注浆孔向消能锚索1锚固段的安装孔7内填充砂浆；其中，所述锚固段的安装孔7内注入砂浆时控制注浆压力，使其既能够确保注浆质量，又不能使止浆塞101失效。
10)安装所述锚具6：在消能锚索1伸出ECC混凝土抗滑桩2的一端安装减震垫5和锚具6；其中，所述锚具6位于减震垫5背向ECC混凝土抗滑桩2的一侧，消能锚索1处于自然状态。
11)张拉锁定：当所述安装孔7内的砂浆强度达到设计要求并具备张拉条件时，对消能锚索1伸出ECC混凝土抗滑桩2的一端进行预应力张拉，待张拉强度达到预定值后，将锚具6锁紧。
12)重复步骤6-11)步骤，按设计要求完成所有所述消能锚索1的安装。
实施例3：
本实施例公开了一种强震区消能型桩锚结构，包括消能锚索1、ECC混凝土抗滑桩2、柔性挡板3、减震垫5和锚具6。
参见图1，若干所述ECC混凝土抗滑桩2等间距布置在岩土体4的外侧，每个ECC混凝土抗滑桩2与岩土体4的侧壁的距离相等，若干ECC混凝土抗滑桩2与岩土体4的侧壁之间连接有柔性挡板3。
每个所述ECC混凝土抗滑桩2上锚固有若干消能锚索1，每个消能锚索1的锚固段锚固在岩土体4内，每个消能锚索1的自由段穿过柔性挡板3和ECC混凝土抗滑桩2并伸出ECC混凝土抗滑桩2。每个所述消能锚索1伸出ECC混凝土抗滑桩2的部分通过锚具6锚固在ECC混凝土抗滑桩2的侧壁上，每个ECC混凝土抗滑桩2侧壁上的若干锚具6沿ECC混凝土抗滑桩2的高度方等间距布置，每个锚具6与ECC混凝土抗滑桩2之间设置有减震垫5。
参见图2，每个所述消能锚索1上设置有止浆塞101，止浆塞101位于锚固段和自由段的分界处。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，参见图2，所述消能锚索1的自由段上连接有消能段102，消能段102位于岩土体4内。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例4，进一步，每个所述消能锚索1均呈张拉状态。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例5，进一步，参见图2，所述锚具6包括锚座601、锚板602和锚夹具603。
每个所述消能锚索1的自由段伸出减震垫5的部分套设有锚座601和锚板602，锚座601的一侧与减震垫5抵紧，另一侧与锚板602抵紧。所述锚夹具603将自由段夹紧并与锚板602抵紧。
实施例7：
本实施例主要结构同实施例6，进一步，所述ECC混凝土抗滑桩2和柔性挡板3均由ECC混凝土浇筑而成。
实施例8：
本实施例主要结构同实施例7，进一步，所述减震垫5采用橡胶或海绵制成。

Claims (7)

1.一种强震区消能型桩锚结构，其特征在于：包括所述消能锚索(1)、ECC混凝土抗滑桩(2)、柔性挡板(3)、减震垫(5)和锚具(6)；
若干所述ECC混凝土抗滑桩(2)等间距布置在岩土体(4)的外侧，每个ECC混凝土抗滑桩(2)与岩土体(4)的侧壁的距离相等，若干ECC混凝土抗滑桩(2)与岩土体(4)的侧壁之间连接有柔性挡板(3)；
每个所述ECC混凝土抗滑桩(2)上锚固有若干消能锚索(1)，每个消能锚索(1)的锚固段锚固在岩土体(4)内，每个消能锚索(1)的自由段穿过柔性挡板(3)和ECC混凝土抗滑桩(2)并伸出ECC混凝土抗滑桩(2)；每个所述消能锚索(1)伸出ECC混凝土抗滑桩(2)的部分通过锚具(6)锚固在ECC混凝土抗滑桩(2)的侧壁上，每个ECC混凝土抗滑桩(2)侧壁上的若干锚具(6)沿ECC混凝土抗滑桩(2)的高度方等间距布置，每个锚具(6)与ECC混凝土抗滑桩(2)之间设置有减震垫(5)；
每个所述消能锚索(1)上设置有止浆塞(101)和消能段(102)，止浆塞(101)位于锚固段和自由段的分界处，消能段(102)连接在自由段上。
2.根据权利要求1所述的一种强震区消能型桩锚结构，其特征在于：所述消能段(102)位于岩土体(4)内部，消能段(102)为弹簧钢圈或阻尼器。
3.根据权利要求1所述的一种强震区消能型桩锚结构，其特征在于：每个所述消能锚索(1)均呈张拉状态。
4.根据权利要求1所述的一种强震区消能型桩锚结构，其特征在于：所述锚具(6)包括锚座(601)、锚板(602)和锚夹具(603)；
每个所述消能锚索(1)的自由段伸出减震垫(5)的部分套设有锚座(601)和锚板(602)，锚座(601)的一侧与减震垫(5)抵紧，另一侧与锚板(602)抵紧；所述锚夹具(603)将自由段夹紧并与锚板(602)抵紧。
5.根据权利要求1所述的一种强震区消能型桩锚结构，其特征在于：所述ECC混凝土抗滑桩(2)和柔性挡板(3)均由ECC混凝土浇筑而成。
6.根据权利要求1所述的一种强震区消能型桩锚结构，其特征在于：所述减震垫(5)采用橡胶或海绵制成。
7.基于权利要求1所述的一种强震区消能型桩锚结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)所述ECC混凝土抗滑桩(2)的桩孔成孔：按照设计要求开挖ECC混凝土抗滑桩(2)的桩孔；
2)灌注所述ECC混凝土抗滑桩(2)：向ECC混凝土抗滑桩(2)的桩孔内灌注ECC混凝土，直至到达设计桩顶位置；
3)桩后土体开挖：当所述ECC混凝土抗滑桩(2)的强度达到设计强度的75％后，按设计要求开挖出ECC混凝土抗滑桩(2)与岩土体(4)之间的间隙，该间隙供柔性挡板(3)安装；
4)在工厂，采用ECC混凝土预制出所述柔性挡板(3)，并制作好消能锚索(1)；其中，每个所述消能锚索(1)上套设并固定有止浆塞(101)，止浆塞(101)上设置有注浆孔；
5)吊装所述柔性挡板(3)：将柔性挡板(3)吊装至ECC混凝土抗滑桩(2)与岩土体(4)之间的间隙内，使柔性挡板(3)的两侧分别贴合于岩土体(4)的侧壁和ECC混凝土抗滑桩(2)的侧壁，并在柔性挡板(3)、ECC混凝土抗滑桩(2)和岩土体(4)的接壤处填充ECC混凝土；
6)钻取锚索安装孔：按设计要求在所述ECC混凝土抗滑桩(2)、柔性挡板(3)和岩土体(4)上钻取供消能锚索(1)穿过的安装孔(7)；
7)清孔：用高压空气或水清除所述安装孔(7)内的杂物；
8)安装所述消能锚索(1)：消能锚索(1)通过安装孔(7)穿过ECC混凝土抗滑桩(2)和柔性挡板(3)并伸入岩土体(4)内；其中，所述消能锚索(1)远离岩土体(4)的一端伸出ECC混凝土抗滑桩(2)；
9)向所述消能锚索(1)的锚固段注浆：通过止浆塞(101)上的注浆孔向消能锚索(1)锚固段的安装孔(7)内填充砂浆；
10)安装所述锚具(6)：在消能锚索(1)伸出ECC混凝土抗滑桩(2)的一端安装减震垫(5)和锚具(6)；其中，所述锚具(6)位于减震垫(5)背向ECC混凝土抗滑桩(2)的一侧，消能锚索(1)处于自然状态；
11)张拉锁定：当所述安装孔(7)内的砂浆强度达到设计要求并具备张拉条件时，对消能锚索(1)伸出ECC混凝土抗滑桩(2)的一端进行预应力张拉，待张拉强度达到预定值后，将锚具(6)锁紧；
12)重复步骤6-11)步骤，按设计要求完成所有所述消能锚索(1)的安装。
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