CN114351731A - 一种加支撑杆抗滑桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种加支撑杆抗滑桩及其施工方法。本发明公开了一种加支撑杆抗滑桩，其包括圆形直立桩身和圆形斜向支撑杆，所述圆形斜向支撑杆连接在所述圆形直立桩身的一侧，所述圆形直立桩身和所述圆形斜向支撑杆之间的夹角为30‑45°。本发明的有益效果为：结合抗滑桩受力模式，充分发挥稳定地层的抗压能力和斜向支撑杆的承重阻滑功能，提高抗滑桩的抗弯和抗剪能力；采用旋挖机干法成孔的施工方法具有低噪音、低振动、成孔速度快和无泥浆循环等优点；具有施工速度快，结构尺寸小，承载力高，抗震性能好等优点。

Description

一种加支撑杆抗滑桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种针对滑坡滑动面或潜在滑动面的抗滑结构设计，具体涉及一种加支撑杆抗滑桩及其施工方法。

背景技术

在岩土工程中，岩土体在附加荷载、自重、水、地震等多种因素作用下会产生滑动变形。为了减小这些变形，将采取一些抗滑结构。其中抗滑桩支护措施因其刚度大、自稳定性能好、施工方便、加固效果明显等优点在滑坡处理和边坡防护工程中得到广泛应用。

现行抗滑桩单桩设计中，其桩身通常都是直桩结构，未能充分考虑桩前后岩土体的综合利用及桩身弯矩和剪力的空间分布特征。桩身设置预应力锚索措施时由于锚索成本较高、施工工序繁琐，锚索预应力随着时间的增加容易产生松弛损失，且所用材料主要为钢筋，常因钢筋锈蚀而失效，对于永久性的滑坡或边坡治理工程其可靠性明显不足。

发明内容

本发明针对传统抗滑桩构造形式在治理大型滑坡工程中的局限性，充分利用桩后岩土自重压力和稳定地层的抗压能力，提供了一种工程量小，造价低，抗滑性强，施工方便的抗滑桩，可广泛应用于大型滑坡或高陡直立边坡治理的加支撑杆抗滑桩及其施工方法。

本发明通过下述方案实现：一种加支撑杆抗滑桩，其包括圆形直立桩身和圆形斜向支撑杆，所述圆形斜向支撑杆连接在所述圆形直立桩身的一侧，所述圆形直立桩身和所述圆形斜向支撑杆之间的夹角为30-45°。

所述圆形直立桩身和所述圆形斜向支撑杆之间连接平托。

所述圆形直立桩身截面直径D1＝1.0-1.2m，所述圆形斜向支撑杆截面直径D2＝0.8-1.0m。

所述平托的宽度B3、长度L3和高度H3均为0.8-1.0m。

所述圆形直立桩身的身长H＝h+h’，其中堆积土内桩长h，锚固深度h’＝0.3h-0.5h，所述圆形斜向支撑杆的长Hg＝hg+hg’，其中堆积土内杆长hg，锚固深度hg’＝0.2hg-0.25hg。

一种加支撑杆抗滑桩的施工方法，其包括以下步骤：

步骤一、上段的圆形直立桩身成孔；

步骤二、圆形斜向支撑杆的洞室成孔；

步骤三、圆形斜向支撑杆的钢筋笼制作安装；

步骤四、下段的圆形直立桩身成孔；

步骤五、圆形直立桩身的钢筋笼制作安装；

步骤六、抗滑桩的圆形直立桩身及圆形斜向支撑杆混凝土浇筑。

一种加支撑杆抗滑桩的施工方法，其包括以下步骤：

步骤一、上段的圆形直立桩身成孔：采用旋挖机干法成孔，钻进前埋设钢护筒，先按钻进至平托底面设计标高后利用旋挖机螺旋钻头清孔；所述钢护筒采用壁厚5-8mm的Q235钢板卷制，所述钢护筒直径较设计孔径大20cm，高度为2m；

步骤二、圆形斜向支撑杆的洞室成孔：孔洞采用人工开挖形成，在钻孔过程中每开挖一段采用锚杆、喷射混凝土的方式衬砌一段，循环施工至伸入岩层深度不小于2倍的圆形直立桩身直径；

步骤三、圆形斜向支撑杆的钢筋笼制作安装：钢筋焊接在圆形斜向支撑杆(2)的洞室内，钢筋笼由洞室掌子面往洞口逐步制作安装，制作安装过程中支撑杆主筋应伸出洞口不小于35倍主筋直径长度，并弯折至抗滑桩洞室内；

步骤四、下段的圆形直立桩身成孔：采用旋挖机干法成孔，钻进前埋设钢护筒，钻进至抗滑桩桩底设计标高后,采用旋挖机螺旋钻头清孔，循环施工过程与步骤与二相同；

步骤五、圆形直立桩身的钢筋笼制作安装：桩身钢筋笼采用常规方式在桩孔外进行焊接，桩身箍筋在面侧圆形斜向支撑杆接头上下2.0m范围进行加密，制作完成后采用吊车将钢筋笼吊装至开挖的桩孔内固定，并在面侧圆形斜向支撑杆与圆形直立桩身接头处，将面侧圆形斜向支撑杆主筋与圆形直立桩身主筋进行焊接，钢筋笼焊接方式与步骤三相同；

步骤六、抗滑桩的圆形直立桩身及圆形斜向支撑杆混凝土浇筑：采用泵送混凝土浇筑抗滑桩的圆形直立桩身及圆形斜向支撑杆。

所述步骤二和步骤四中的循环施工步骤如下：各段开挖深度控制在1.0-2.0m之间，根据掘进过程中的地层特点灵活调整衬砌方式，在软岩或松散地层采用喷射混凝土与锚杆组合衬砌，其他地层采用喷射混凝土进行衬砌，上一段衬砌施工在下一段开挖前必须完成。

所述步骤三和步骤五中焊接过程与操作步骤：支撑杆箍筋与主筋的相交处采用梅花形点焊牢固，在接头范围内的箍筋先预留足够长度待现场主筋连接后再搭接焊，焊缝长度不小于10倍主筋直径。

所述步骤六在浇筑过程中每连续灌注0.5-0.7m，采用插入式振动器振捣密实1次。

本发明的有益效果为：

1、本发明结合抗滑桩受力模式，充分发挥稳定地层的抗压能力和斜向支撑杆的承重阻滑功能，提高抗滑桩的抗弯和抗剪能力；

2、本发明采用旋挖机干法成孔的施工方法具有低噪音、低振动、成孔速度快和无泥浆循环等优点；

3、本发明的加支撑杆抗滑桩具有施工速度快，结构尺寸小，承载力高，抗震性能好等优点。

附图说明

图1为本发明一种加支撑杆抗滑桩在在滑坡治理工程中的布置示意图。

图2为本发明一种加支撑杆抗滑桩的正视结构示意图。

图3为本发明一种加支撑杆抗滑桩的俯视结构示意图。

图4为本发明一种加支撑杆抗滑桩的施工方法的施工工艺流程示意图。

图5为模拟一的模型尺寸示意图。

图6为模拟一中未支护时坡体位移变形云图。

图7为模拟一中普通圆形抗滑桩的支护坡体位移云图。

图8为模拟一中本发明一种加支撑杆抗滑桩的支护坡体位移云图。

图9为模拟一中普通桩的桩身剪力云图。

图10为模拟一中本发明一种加支撑杆抗滑桩的桩身剪力云图。

图11为模拟一中普通桩的桩身弯矩云图。

图12为模拟一中一种加支撑杆抗滑桩的桩身弯矩云图。

图13为模拟二的模型纵断面图。

图14为模拟二的模型俯视图。

图15为模拟二的模型网格划分图。

图16为模拟二的直立桩身剪力值图。

图17为模拟二的直立桩身弯矩值图。

图18为模拟二的斜桩桩身剪力值图。

图19为模拟二的斜桩桩身弯矩值图。

图中：1为圆形直立桩身，2为圆形斜向支撑杆，3为平托，4为桩后岩土体，5为滑坡滑移面，6为稳定地层，D1-圆形直立桩身截面直径，D2-面侧圆形斜向支撑杆截面直径，H3-面侧平托高度，L3-面侧平托长度，B3-面侧平托宽度。

具体实施方式

下面结合图1-19对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，且附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

根据图1-3，一种加支撑杆抗滑桩，其包括圆形直立桩身1和圆形斜向支撑杆2，圆形斜向支撑杆2连接在圆形直立桩身1的一侧，圆形直立桩身1和圆形斜向支撑杆2之间的夹角为30-45°，圆形直立桩身1和圆形斜向支撑杆2之间连接平托3，圆形直立桩身1截面直径D1＝1.0-1.2m，圆形斜向支撑杆2截面直径D2＝0.8-1.0m，平托3的宽度B3、长度L3和高度H3均为0.8-1.0m，圆形直立桩身1的身长H＝h+h’，其中堆积土内桩长h，锚固深度h’＝0.3h-0.5h，圆形斜向支撑杆2的长Hg＝hg+hg’，其中堆积土内杆长hg，锚固深度hg’＝0.2hg-0.25hg。

工作原理是：通过在圆形直立桩身面侧设置一道斜向支撑杆，并将面侧斜向支撑杆通过潜在滑移面以下并固定在岩层中，以达到增强抗滑桩阻滑性能的目的，抗滑桩工作时，面侧斜向支撑杆2与圆形直立桩身1协同受力时，稳定地层6会在斜向支撑杆2下侧产生一个与滑坡推力或边坡土压力作用弯矩相反的抵抗弯矩；同时面侧斜向支撑杆自身也分担部分剪力，从而提高了抗滑桩的抗弯和抗剪能力，减小了抗滑桩嵌固段长度、截面尺寸及配筋量，减少了工程造价，利用面侧斜向支撑杆与桩身构成的整体结构，有效改善了桩身受力强度，提高了抗滑桩的抗弯和抗剪能力，增强了抗滑桩的治理效果。

根据图4，一种加支撑杆抗滑桩的施工方法，其包括以下步骤：

步骤一、上段的圆形直立桩身1成孔：采用旋挖机干法成孔，钻进前埋设钢护筒，先按钻进至平托3底面设计标高后利用旋挖机螺旋钻头清孔；钢护筒采用壁厚5-8mm的Q235钢板卷制，所述钢护筒直径较设计孔径大20cm，高度为2m；

步骤二、圆形斜向支撑杆2的洞室成孔：孔洞采用人工开挖形成，在钻孔过程中每开挖一段采用锚杆、喷射混凝土的方式衬砌一段，循环施工至伸入岩层深度不小于2倍的圆形直立桩身1直径；循环施工步骤如下：各段开挖深度控制在1.0-2.0m之间，根据掘进过程中的地层特点灵活调整衬砌方式，在软岩或松散地层采用喷射混凝土与锚杆组合衬砌，其他地层采用喷射混凝土进行衬砌，上一段衬砌施工在下一段开挖前必须完成；

步骤三、圆形斜向支撑杆2的钢筋笼制作安装：钢筋采用常规方法焊接在圆形斜向支撑杆2的洞室内，钢筋笼由洞室掌子面往洞口逐步制作安装，制作安装过程中支撑杆主筋应伸出洞口不小于35倍主筋直径长度，并弯折至抗滑桩洞室内；焊接过程与操作步骤：支撑杆箍筋与主筋的相交处采用梅花形点焊牢固，在接头范围内的箍筋先预留足够长度待现场主筋连接后再搭接焊，焊缝长度不小于10倍主筋直径；

步骤四、下段的圆形直立桩身1成孔：采用旋挖机干法成孔，钻进前埋设钢护筒，钻进至抗滑桩桩底设计标高后,采用旋挖机螺旋钻头清孔，循环施工过程与步骤与二相同；

步骤五、圆形直立桩身1的钢筋笼制作安装：桩身钢筋笼采用常规方式在桩孔外进行焊接，桩身箍筋在面侧圆形斜向支撑杆接头上下2.0m范围进行加密，制作完成后采用吊车将钢筋笼吊装至开挖的桩孔内固定，并在面侧圆形斜向支撑杆与圆形直立桩身接头处，将面侧圆形斜向支撑杆主筋与圆形直立桩身主筋进行焊接，钢筋笼焊接方式与步骤三相同；

步骤六、抗滑桩的圆形直立桩身1及圆形斜向支撑杆2混凝土浇筑：采用泵送混凝土浇筑抗滑桩的圆形直立桩身1及圆形斜向支撑杆2，浇筑过程中每连续灌注0.5-0.7m，采用插入式振动器振捣密实1次。

模拟一，本次模拟探究本申请加支撑杆抗滑桩与普通同直径圆形抗滑桩分别治理边坡时的效果分析，以比较本加支撑杆抗滑桩的工程效果，结果表明，本加支撑杆抗滑桩具有较大的工程治理效果和实际意义。

模型尺寸本申请加支撑杆抗滑桩模型斜桩及平支撑直径为0.8m，直立桩直径为1.0m，普通桩直径为1.0m，模型具体尺寸如图5所示，单位均为m。

模型参数选取，模型参数选取如下表。

模拟工况：工况一：普通圆形桩径1m抗滑桩，工况二：本本申请加支撑杆抗滑桩夹角30度的情况

模拟结果：支护坡体位移分析

如图6、图7、图8所示，未支护时边坡位移云图显示坡体最大位移为33.1cm，普通抗滑桩支护时坡体最大位移为6.1cm，本专利桩支护时坡体最大位移为1.8cm，可见本专利桩极大提高了坡体稳定性，对滑坡体的治理具有极大的工程价值和现实意义。

表1 模型材料参数取值

桩身受力分析：由图9、图10、图11、图12可知，普通桩的剪力最大值1.09-10KN，桩身剪力近乎为0，而本专利桩最大剪力值出现在直立桩与斜桩固结处为303.6KN。普通桩的弯矩最大值1.02-11KN*m，桩身弯矩近乎为0，而本专利桩弯矩最大值为638KN*m。可见在桩允许承载力下，本专利桩能充分调动自身结构的抗力用于抵抗滑坡推力作用，极大的减小了坡体的位移。由此可见，相比于普通的抗滑桩具有极大的结构优势。

综上所述，本专利桩极大提高了坡体稳定性，对滑坡体的治理具有极大的工程价值和现实意义。本专利桩相比于普通的抗滑桩具有极大的结构优势。

模拟二：本次模拟旨在探讨最佳的直立桩与斜桩的夹角，为专利桩的推广应用提供依据。

模型尺寸:本次模拟探究斜桩与直立桩身角度对结构抗滑能力的影响，角度选取30°、45°、60°、70°、75°、80°、90°，其中90°为门架式桩。斜桩及平支撑直径为0.8m，直立桩直径为1.0m。模型具体尺寸如图13和图14所示，单位均为m。模拟加载滑坡推力采用800KN/m2的均布力。

模型参数选取：模型桩采用梁单元模拟，本构模型采用弹性，土体采用3d实体单元模拟，本构模型采用摩尔库伦，具体参数取值见表2。

表2 模型材料参数取值

模型网格划分：模型采用四面体和六面体为主的混合网格划分，得到节点28434个，单元25830个，如图15所示。

结果分析：由图16可知，随着斜桩角度的增加，直立桩身的最大剪力值是增大的，当角度为75度时剪力值达到最大。桩身0～-1.5m段，剪力值是全桩最大的，在-1.5m处有横撑的设置，使得桩身在横撑以下剪力值显著减小。

由图17可知，倾斜角度30度到倾斜角度80度直立桩的弯矩值都是增加的，倾斜角度越大，桩受到的弯矩越大。门架式桩的弯矩和70度倾角时的弯矩大致一样。桩身弯矩值在-1.5m处取得最大值后逐渐减小，滑面-10m以下弯矩值趋于0，整体呈两个“三角形”分布。

由图18可知，各斜桩桩身最大剪力值大致在200KN左右，桩身剪力值的呈三段式分布，分别是垂向0～-1.5m，-1.5m～-10m，-10m～-15m这三段，每段剪力值线性分布。

由图17可知，各斜桩桩身弯矩值呈“S”形分布。随着斜桩角度的增加，斜桩桩身的最大剪力值是增大的，当角度为75度时，弯矩值最大，之后随角度增大，弯矩值减小。

综上所述，直立桩与斜桩的夹角应综合考虑，如夹角过小，不能发挥桩的结构优势，夹角过大，会使斜桩过长，增加工程量和造价。通过以上桩身的受力分析，直立桩与斜桩的夹角一般取30°～60°为宜。

尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种加支撑杆抗滑桩，其特征在于：其包括圆形直立桩身(1)和圆形斜向支撑杆(2)，所述圆形斜向支撑杆(2)连接在所述圆形直立桩身(1)的一侧，所述圆形直立桩身(1)和所述圆形斜向支撑杆(2)之间的夹角为30-45°。

2.根据权利要求1所述的一种加支撑杆抗滑桩，其特征在于：所述圆形直立桩身(1)和所述圆形斜向支撑杆(2)之间连接平托(3)。

3.根据权利要求1所述的一种加支撑杆抗滑桩，其特征在于：所述圆形直立桩身(1)截面直径D1＝1.0-1.2m，所述圆形斜向支撑杆(2)截面直径D2＝0.8-1.0m。

4.根据权利要求2所述的一种加支撑杆抗滑桩，其特征在于：所述平托(3)的宽度B3、长度L3和高度H3均为0.8-1.0m。

5.根据权利要求1所述的一种加支撑杆抗滑桩，其特征在于：所述圆形直立桩身(1)的身长H＝h+h’，其中堆积土内桩长h，锚固深度h’＝0.3h-0.5h，所述圆形斜向支撑杆(2)的长Hg＝hg+hg’，其中堆积土内杆长hg，锚固深度hg’＝0.2hg-0.25hg。

6.一种加支撑杆抗滑桩的施工方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤一、上段的圆形直立桩身(1)成孔；

步骤二、圆形斜向支撑杆(2)的洞室成孔；

步骤三、圆形斜向支撑杆(2)的钢筋笼制作安装；

步骤四、下段的圆形直立桩身(1)成孔；

步骤五、圆形直立桩身(1)的钢筋笼制作安装；

步骤六、抗滑桩的圆形直立桩身(1)及圆形斜向支撑杆(2)混凝土浇筑。

7.根据权利要求6所述的一种加支撑杆抗滑桩的施工方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤一、上段的圆形直立桩身(1)成孔：采用旋挖机干法成孔，钻进前埋设钢护筒，先按钻进至平托(3)底面设计标高后利用旋挖机螺旋钻头清孔；所述钢护筒采用壁厚5-8mm的Q235钢板卷制，所述钢护筒直径较设计孔径大20cm，高度为2m；

步骤二、圆形斜向支撑杆(2)的洞室成孔：孔洞采用人工开挖形成，在钻孔过程中每开挖一段采用锚杆、喷射混凝土的方式衬砌一段，循环施工至伸入岩层深度不小于2倍的圆形直立桩身(1)直径；

步骤三、圆形斜向支撑杆(2)的钢筋笼制作安装：钢筋焊接在圆形斜向支撑杆(2)的洞室内，钢筋笼由洞室掌子面往洞口逐步制作安装，制作安装过程中支撑杆主筋应伸出洞口不小于35倍主筋直径长度，并弯折至抗滑桩洞室内；

步骤四、下段的圆形直立桩身(1)成孔：采用旋挖机干法成孔，钻进前埋设钢护筒，钻进至抗滑桩桩底设计标高后,采用旋挖机螺旋钻头清孔，循环施工过程与步骤与二相同；

步骤五、圆形直立桩身(1)的钢筋笼制作安装：桩身钢筋笼采用常规方式在桩孔外进行焊接，桩身箍筋在面侧圆形斜向支撑杆接头上下2.0m范围进行加密，制作完成后采用吊车将钢筋笼吊装至开挖的桩孔内固定，并在面侧圆形斜向支撑杆与圆形直立桩身接头处，将面侧圆形斜向支撑杆主筋与圆形直立桩身主筋进行焊接，钢筋笼焊接方式与步骤三相同；

步骤六、抗滑桩的圆形直立桩身(1)及圆形斜向支撑杆(2)混凝土浇筑：采用泵送混凝土浇筑抗滑桩的圆形直立桩身(1)及圆形斜向支撑杆(2)。

8.根据权利要求7所述的一种加支撑杆抗滑桩的施工方法，其特征在于：所述步骤二和步骤四中的循环施工步骤如下：各段开挖深度控制在1.0-2.0m之间，根据掘进过程中的地层特点灵活调整衬砌方式，在软岩或松散地层采用喷射混凝土与锚杆组合衬砌，其他地层采用喷射混凝土进行衬砌，上一段衬砌施工在下一段开挖前必须完成。

9.根据权利要求7所述的一种加支撑杆抗滑桩的施工方法，其特征在于：所述步骤三和步骤五中焊接过程与操作步骤：支撑杆箍筋与主筋的相交处采用梅花形点焊牢固，在接头范围内的箍筋先预留足够长度待现场主筋连接后再搭接焊，焊缝长度不小于10倍主筋直径。

10.根据权利要求7所述的一种加支撑杆抗滑桩的施工方法，其特征在于：所述步骤六在浇筑过程中每连续灌注0.5-0.7m，采用插入式振动器振捣密实1次。

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