CN114960695A - 展臂式排水抗滑桩 - Google Patents
展臂式排水抗滑桩 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114960695A CN114960695A CN202210346192.6A CN202210346192A CN114960695A CN 114960695 A CN114960695 A CN 114960695A CN 202210346192 A CN202210346192 A CN 202210346192A CN 114960695 A CN114960695 A CN 114960695A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pile
- drainage
- slide
- arm
- main
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 68
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 24
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 40
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 24
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 23
- 238000013461 design Methods 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 231100000817 safety factor Toxicity 0.000 description 12
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 235000015076 Shorea robusta Nutrition 0.000 description 1
- 244000166071 Shorea robusta Species 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000010230 functional analysis Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
- E02D17/20—Securing of slopes or inclines
- E02D17/207—Securing of slopes or inclines with means incorporating sheet piles or piles
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D19/00—Keeping dry foundation sites or other areas in the ground
- E02D19/06—Restraining of underground water
- E02D19/12—Restraining of underground water by damming or interrupting the passage of underground water
- E02D19/20—Restraining of underground water by damming or interrupting the passage of underground water by displacing the water, e.g. by compressed air
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
- E02D3/02—Improving by compacting
- E02D3/10—Improving by compacting by watering, draining, de-aerating or blasting, e.g. by installing sand or wick drains
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
- E02D5/22—Piles
- E02D5/24—Prefabricated piles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Paleontology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
Abstract
展臂式排水抗滑桩，包括主桩柱，主桩柱上设有展臂、疏排水结构；所述展臂设置在主桩柱上且位于主桩柱的桩前、桩后位置，桩前、桩后的展臂通过对滑坡体自身的开发利用实现滑坡体与抗滑桩之间从滑‑挡的模式向滑‑自稳‑挡的模式转化；所述疏排水结构设置在主桩柱外侧且由桩心外模拼装而成；所述疏排水结构外壁设有进水孔，疏排水结构内部设有储水腔室、水蒸汽溢出管，其中水蒸汽溢出管与外部连通。本发明提供的展臂式排水抗滑桩，既能开发利用滑坡体自身的积极作用，提升抗滑桩功效；又能疏排水克服抗滑桩滞水效应。
Description
基于母案“展臂式排水抗滑桩及其结构计算方法”(申请号为2021103221595 )的分案申请
技术领域
本发明涉及抗滑桩，尤其是展臂式排水抗滑桩。
背景技术
抗滑和排水是滑坡治理工程经常采用的两大措施，有着广泛的工程应用需求。
抗滑桩经历近百年的应用发展，然而其结构设计始终是围绕滑-挡这一中心思想。在这一思想的指导下，发展出的多样抗滑桩结构型式桩体始终被视为被动承力体，滑 坡体是灾害体。
水在滑坡稳定性发展中扮演重要角色，然而其作用机理复杂，目前仍未有完全揭示，尤其对涉水滑坡稳定性的研究预测仍是难题。排水无疑是解决其带来复杂难题的 釜底抽薪之策。
在滑坡治理中，抗滑桩以其结构形式简单、抗滑能力强、支挡效果好、设桩位置 灵活等优点，在世界各国得到了广泛应用。随着抗滑桩的广泛应用，其应用伴随的负 面属性也被发现认识。业界认识到抗滑桩本身的低渗透性，将减少滑坡体内地下水的 渗流通道，影响地下水渗流，进而影响治理工程安全。
本申请将采用抗滑桩治理滑坡后伴随的地下水位抬高的现象定义为滞水效应。
现行滑坡地下排水措施主要有渗沟、盲沟、排水孔、排水隧洞、集水井、虹吸等。 需要强调的是，我国现行行业、地方标准规范中未有针对滞水效应的疏排设计等相关 规定。现行的地下水疏排措施设计是针对滑坡体内自然渗流状态下的水体，排水措施 的设计中未考虑抗滑桩工程实施对滑坡体渗流场改变的影响。由此，可能导致排水措 施选取不当、设计不全，从而影响排水效果，进而影响滑坡治理工程的长期安全性。
目前，地下排水工程与抗滑桩工程围绕各自既定的功能目标进行设计施工，其各自本身的结构特点，使得其间难以共享施工工作面，各行其是，因此为达到稳定滑坡 的目的修建抗滑桩及排水工程将不得不进行大量的投入。例如1997年八渡车站滑坡 被确认复活，二次治理修建了地面排水系统、500m地下排水盲洞及113根锚索抗滑 桩。这些措施是针对滑坡复活主控因素对症下药，随着工程的实施滑坡变形终趋稳定， 使得南昆铁路得以按时通车，但同时增加投资达9000万元。黑龙江嘉荫县团结沟露 天金矿西采场滑坡治理中，测算治理滑坡的疏排水工程费用约917万。通常一根大型 抗滑桩造价就可达数十万元，治理一个大型滑坡需投资数百万元乃至数千万元。因此， 创新设计抗滑排水功能结合结构，势必减少滑坡治理成本。
综上所述，滑坡治理中排水、抗滑的必要性，抗滑桩结构设计理念单一，抗滑桩 治理往往伴随负面属性滞水效应，现行排水又未考虑滞水的疏排，抗滑、排水工程各 行其是、投资甚多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供展臂式排水抗滑桩，将抗滑及排水二者结合，在治理滑坡时，既能借助展臂开发利用滑坡体自身的积极作用；又能在疏排水的同时 克服抗滑桩滞水效应。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
展臂式排水抗滑桩，包括主桩柱，主桩柱上设有展臂、疏排水结构；
所述展臂设置在主桩柱上且位于主桩柱的桩前、桩后位置，通过桩前、桩后的展臂开发利用滑坡体自身实现滑坡体与抗滑桩之间从滑-挡的模式向滑-自稳-挡的模式 转化；
所述疏排水结构固定在主桩柱外侧且由桩心外模拼装而成；所述疏排水结构上外壁设有进水孔，疏排水结构内部设有储水腔室、水蒸汽溢出管，其中水蒸汽溢出管下 端与外部连通。
所述主桩柱的桩前、桩后设有展臂。
所述主桩柱与前、后的展臂垂直设置或倾斜设置。
所述主桩柱前部的展臂的位置在主桩柱上自桩底起1/3～1/2处，主桩柱后部的展臂的位置在主桩柱上自桩底起近2/3处。
所述疏排水结构沿主桩柱长度方向分段设置并进行分段疏排水，每个疏排水结构内均设置储水腔室。
所述疏排水结构为单一整体结构沿主桩柱长度方向设置并进行全桩疏排水，疏排水结构内最底端设置储水腔室。
所述储水腔室内设有电加热片。
本发明展臂式排水抗滑桩，具有以下技术效果：
1)、根据治理工程实际，在主桩柱的相应位置设置展臂，展臂可实现卸荷、分割 坡体、反压，转下滑力为抗力；可施力，变被动为主动；可支撑，利用坡体反力。
2)、桩后展臂呈水平展开时分解坡体卸荷，此时其承接展臂上方坡体自重，减小展臂下桩身所受的土压力，使得倾覆力矩相应减小，同时利用展臂上方滑坡体自重为 桩柱提供一个反向弯矩(相对于滑坡推力作用引起的弯矩)，使结构的内力分布更为 合理。
3)、桩后展臂呈斜向下展出时可反压，此时展臂如同“人工滑面”，促使臂上土 体形成向后滑动的趋势，从而反压滑体；桩后展臂斜向上展出时可施力，此时展臂伸 展在滑坡推力作用下臂下土体压缩，增加摩擦力维稳。
4)、桩前展臂呈水平或斜向下或斜向上展出时可提供支撑，此时展臂利用桩前坡体反力，调整桩体内力分布，提升主桩柱刚度，克服悬臂抗弯能力不足的劣势。通过 设置桩前展臂，相对于仅仅设置桩后展臂而言，可提供支撑，保证桩的有效性，减少 锚固段长度。
5)、展臂也可设置在主桩柱两侧，扩大桩体影响范围，增加桩间距。
6)、通过设置疏排水结构，排水的同时克服抗滑桩滞水效应，保证滑坡治理工程的长期安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中疏排水结构的结构示意图。
图3为本发明中展臂的分布结构示意图。
图4为本发明中带展臂的抗滑桩的主视图。
图5为本发明中带展臂的抗滑桩受荷段计算简图。
图6为本发明中带展臂的抗滑桩锚固段计算简图。
图7为本发明中常规单桩受力简图。
图8为本发明中带展臂的抗滑桩受力简图。
图9为本发明中滑坡几何模型。
图10为本发明中常规单桩应用滞水稳定性。
图11为本发明的应用疏排水稳定性。
图12为本发明的模型参数(纵剖面)。
图13为本发明的模型参数(横剖面)。
图14为安全系数与坡脚水平位移发展变化关系图。
图15为单桩滑坡体增量位移云图。
图16为带展臂的抗滑桩滑坡体增量位移云图。
图17为抗滑桩桩身剪力示意图(单桩与本申请的对比图)。
图18为抗滑桩桩身弯矩示意图(单桩与本申请的对比图)。
图19为抗滑桩桩身弯矩示意图(单桩与带桩后展臂的抗滑桩的对比图)。
图20为抗滑桩桩身压力示意图(单桩与带桩后展臂的抗滑桩的对比图)。
图21为展臂上下面上的土压力示意图。
图22为抗滑桩桩身弯矩示意图(单桩与带桩前展臂的抗滑桩的对比图)。
图23为抗滑桩桩身弯矩示意图(单桩与带桩侧展臂的抗滑桩的对比图)
图24为桩后展臂位于一定位置处的弯矩示意图。
图25为桩前展臂位于一定位置处的弯矩示意图。
图中：主桩柱1，展臂2，坡面3，滑面4，疏排水结构5，地面6，桩前展臂2-1， 桩后展臂2-2，桩侧展臂2-3，进水孔5-1，储水腔室5-2，水蒸汽溢出管5-3，电热 片5-4。
具体实施方式
如图1-2所示，展臂式排水抗滑桩，包括主桩柱1，主桩柱1上设有展臂2、疏 排水结构5。
如图3所示，展臂2包括桩前展臂2-1、桩后展臂2-2及桩侧展臂2-3，桩前展 臂2-1设置在主桩柱1的桩前位置，桩后展臂2-2设置在主桩柱1的桩后位置，桩侧 展臂2-3设置在主桩柱1的桩侧位置。
这里展臂2与主桩柱结合角度应根据其设计位置及施工条件确定。主桩柱1与前、后的展臂2可垂直设置，也可倾斜设置。
所述主桩柱1前部的展臂2的位置在主桩柱1上自桩底起1/3～1/2处，主桩柱 1后部的展臂2的位置在主桩柱1上自桩底起近2/3处。
如图1-2所示，疏排水结构5固定在主桩柱1外侧且由桩心外模拼装而成；所述 疏排水结构5上外壁设有进水孔5-1，疏排水结构5内部设有储水腔室5-2、水蒸汽 溢出管5-3、电热片5-4，其中，水蒸汽溢出管5-3上端位于储水腔室5-2上部，而 下端则穿过疏排水结构5的下底板并与外部连通，电热片5-4用于对内部加热。
如下就融合功能理念对展臂2、疏排水结构5一一阐述。
展臂2功能分析
如图4所示，图4为带展臂的抗滑桩，在滑坡治理中，创新设计借助展臂的设置 对滑坡体进行开发利用。采用悬臂桩法单一地层K法为例进行桩身剪力及弯矩的计算。
如图5所示，图5为带展臂的抗滑桩受荷段计算简图。对受荷段桩身进行内力计算：
假设桩前有抗力支撑，见图5，有：
QA＝ET-ER＝(En-E’n)×L (1)
上述式中：QA为滑动面处的剪力，MA为滑动面处的弯矩，ET为作用于每根桩上 的滑坡推力，En为设桩处每延米的滑坡推力，ER为每根桩桩前承受的剩余抗滑力，E’n为设桩处桩前剩余抗滑力，h’0为剩余抗滑力分布图形重心至滑动面处的距离，L为桩 间距，h0为滑坡推力分布图形重心至滑动面的距离，γ为桩后岩土体的容重，Lb为桩 后水平展臂长度，h3为展臂上端面至地表的距离，Bp为桩计算宽度，a为桩高。
如图6所示，图6为带展臂的抗滑桩锚固段计算简图。当桩受到QA与MA的作用 后，将产生
角度的转动，其转动中心距滑面的距离为y0，对锚固段桩身进行内力 计算：
当y≤y0时：
变位为，
则有：
剪力
即，
弯矩
即，
当y≥y0时：
变位为，
因为
很小，
则有，
剪力
即，
弯矩
即，
根据静力平衡方程有：
∑H＝0 (17)
∑M＝0 (18)
有，
联立上两式求解得到：
工程算例对比如下：
1)工程资料
某滑坡，滑动面以上为分化极为严重的砂砾岩、泥岩，业已成土状，由上至下均 匀变形，γ(γ为桩后岩土体的容重)为19kN/m3，
为26°。滑动面以下为轻微分化的 泥岩和页岩，可按较坚硬的土层考虑。
抗滑桩前后滑体厚度基本相同，受荷段h1为10m，滑坡推力En为1000kN/m，桩前 剩余抗滑力E’n为600kN/m。滑动面以下地基系数K＝A′＝A＝0.25×106kN/m3，侧壁容 许抗压强度[σ]为1700kN/m2。
2)设计参数
桩长h为15m，其中受荷段h1为10m，锚固段h2为5m；
桩间距L为6m；
桩截面积F＝b×a＝2×3＝6m2；
桩截面惯性矩
桩截面模量
桩的弹性模量(采用200号混凝土)E＝26×106kN/m2；
桩的抗弯刚度EI＝26×106×4.5＝117×106kN·m2；
桩的计算宽度Bp＝b+1＝3m；
桩的变形系数
桩的计算深度βh2＝0.2×5＝1.0，可知按刚性桩或弹性桩计算皆可，此按刚性桩计算；
桩底按自由端考虑。
3)外力计算
每根桩的滑坡推力：
ET＝En×L＝1000×6＝6000kN
按矩形分布，则有：
桩前被动土压力：
则
Ep＝2433kN/m＞E’n＝600kN/m
因此取剩余抗滑力作为桩前地层抗力。
每根桩承担的剩余抗滑力：
ER＝E’n×L＝600×6＝3600kN
按矩形分布，则有：
4)、如图7所示，图7为常规单桩桩身计算简图，对单桩桩身进行内力计算：
受荷段桩身内力计算：
剪力
Qy＝(bq-bq′)y＝240y
弯矩
于此，各截面计算结果见下表1。
表1受荷段桩身内力
锚固段桩身内力和桩侧应力计算：
滑动面至桩的转动中心距离y0，
根据工程资料，有m＝0，K＝A′＝A，得
2y0h2[3A′(2MA+QAh2)]-h2 2[2A′(3MA+2QAh2)]＝0
代入已知值，有：
2y0×5×[3×0.25×106×(2×12000+2400×5)]-52×[2×0.25×106×(3×12000+2×2400×5)]＝0
即得
y0＝2.778m
桩的转角：
代入已知值，得
即得
桩侧应力：
最大侧应力在y＝0，即滑动面处为1597.35kN/m2。
最大侧应力σymax＝1597.35kN/m2＜侧壁容许抗压强度[σ]＝1700kN/m2，符合要求。
桩身剪力：
代入已知值，得
即得
Qy＝2400-4792.05y+862.5y2
最大剪力处，令
得
y＝2.778m
即桩身最大剪力处亦为桩的转动中心处。
剪力为0处，令
Qy＝0
得
y＝0.557m
y＝5m
桩身弯矩：
代入已知值，得
即得
My＝12000+2400y-2396.03y2+287.5y3
最大弯矩处，令
即得
y＝0.557m
即最大弯矩处亦即在剪力为0处。
锚固段桩身内力及桩侧应力见表2。
表2锚固段桩身内力及桩侧应力
如图8所示，图8为带前后水平展臂的抗滑桩桩身计算简图，对带前后水平展臂 的抗滑桩桩身进行内力计算：
受荷段桩身内力计算：
剪力
Qy＝(bq-bq′)y＝(600-360)y＝240y
弯矩
当y＜5时，
代入已知值，得
即得
My＝120y2
当y≥5时，
代入已知值，得
即得
My＝120y2-2565
于此，各截面计算结果见下表3。
表3受荷段桩身内力
锚固段桩身内力和桩侧应力计算：
滑动面至桩的转动中心距离：
依据式(22)，代入已知值，得
即得
y0＝3.1038m
桩的转角：
依据式(21)，代入已知值，得
即得
桩侧应力：
依据式(5)或(12)，得
最大侧应力在y＝0，即滑动面处为822.4372kN/m2。
最大侧应力σymax＝822.4372kN/m2<侧壁容许抗压强度[σ]＝1700kN/m2，符合要求。
桩身剪力：
依据式(7)或(14)，代入已知值，得
即得
Qy＝2400-2467.3115y+397.4663y2
最大剪力处，令
得
y＝3.1038m
即桩身最大剪力处亦为桩的转动中心处。
剪力为0处，令
Qy＝0
得
y＝1.2076m
y＝5m
桩身弯矩：
依据式(9)或(16)，代入已知值，得
即得
My＝132.4888y3-1233.6558y2+2400y+2280.6075
最大弯矩处，令
即得
y＝1.2076m
即最大弯矩处亦即在剪力为0处。
锚固段桩身内力及桩侧应力见表4。
表4锚固段桩身内力及桩侧应力
对比设展臂和常规单桩桩身内力计算结果，可以得出前后展臂的设置能够明显改善桩身的内力分布。其中，锚固段桩身最大剪力由4256.2kN下降到2400kN，弯矩由12643.1kN·m下降到3613.1281kN·m。因此展臂的设置效果显著。
模拟试验一
验证带前后展臂的抗滑桩的工程应用效果，选取常规单桩和带前后水平展臂的抗滑桩应用于同一工程开展数值分析研究。基于Abaqus建立典型的三维滑坡抗滑桩治 理模型，滑坡体及抗滑桩的力学参数如下表。
表5抗滑桩及滑坡体模型参数
滑坡体及桩体几何参数见图12。主桩柱1长22m，宽1.5m，高2m，展臂2长 3m，宽1.5m，高1m。数值模拟中，利用对称性，取图13中阴影部分半桩模型进 行分析。分析中土体适用Mohr-Coulomb准则。模型的前后和左右端都采用法向约束， 底部保持固定。滑坡体和桩均采用C3D8单元。
滑坡体为均质土坡，分别采用常规单桩治理和带前后展臂的抗滑桩治理后，治理工程的安全系数各自提高到1.172、1.645。采用两种桩型分别治理滑坡得到的安全系 数与坡脚水平位移发展变化关系如图14。如图14所示，无论以位移拐点还是以计算 收敛与否作为安全系数的取值标准，带展臂的抗滑桩的安全系数取值均明显高于常规 单桩。同时可以看出，在同样的安全系数下，采用带展臂的抗滑桩治理的滑坡体位移 小于常规单桩。因此，在对位移控制有较高要求的铁路路基等治理工程中，带前后展 臂的抗滑桩显示出较强的适用性。
图15-16显示了计算中断时，滑坡体增量位移。从图中可以看出相对于单桩治理，带展臂的抗滑桩治理滑动面位置有改变，这充分说明了展臂的设置，可以改变坡体力 系分布，当可以开发利用。
带前后展臂的抗滑桩设计的另一个重要目标是改善桩身内力。在桩身内力方面，图17-18显示了强度折减分析步计算中断时，桩身的剪力和弯矩。
从图17-18中可以看出，桩身剪力和弯矩沿桩身均有显著减小。其中剪力由最大值1530kN下降到484kN；弯矩由最大值9331kN·m下降到1290kN·m。
综上所述，桩前后仅仅各设置3m长的展臂，产生的效果是显著的，证明了带前 后展臂的抗滑桩具有强大的应用前景。带展臂的抗滑桩相对常规单桩能有效提升治理 工程的安全系数，同时优化了桩身内力。于此，在带展臂的抗滑桩的应用中相同工况 可考虑减小桩身截面及锚固深度，从而减少工程投资。
模拟试验二
桩后展臂设立的目的是为分割坡体，利用坡体自重，同时优化桩身内力。展臂切割坡体，其上承载的坡体自重将提供与滑坡推力反向的弯矩，以此减小桩身弯矩。至 桩底起在桩身15m处设置3m×1.5m×1m的单展臂。主桩柱桩后展臂设置，滑坡 治理工程安全系数计算中断时为1.199。桩身弯矩及桩后土压力与单桩对比分别如下 图19、图20所示。
如上图可见：1)桩后单展臂的设置，展臂以下弯矩减小明显，桩身最大弯矩由9332kN·m下降到8931kN·m；2)桩身5m以上(以下压力相差大，置于同一图中 导致以上压力变化不凸显)桩后接触压力在设展臂处有明显变化，展臂下部4m范围 内土压力减小明显，证明展臂的设置产生了“遮帘”作用，而上部压力增大。因此， 桩后单展臂的设置可以达到分割坡体，利用坡体自重的目的。
桩后展臂的设置是为了充分利用其上覆土体自重。因此，在探索桩后展臂合适设置位置时，划定自桩底起7m开展间隔建模分析。在15m处得到的治理工程安全系数 相对大，后续围绕其开展14m及16m处的加密模拟分析。各展臂设置位置模拟得到 的治理工程安全系数见下表6。
表6桩后展臂位置变化对应治理工程安全系数
分析安全系数的变化规律，桩后展臂设置时宜设置在滑动面以上，合适的参考位置为自桩底起的近2/3处。同时注意到展臂位于11m处时治理工程的安全系数相对降 低，此时展臂贴近滑动面，此情形应注意研究规避。图24展现了展臂设置在14m及 16m处桩身弯矩，可以看出，展臂的设置桩身弯矩得到了显著改善。
模拟试验三
桩前展臂的设置是为利用展臂下部岩土体的反力，用以充当主桩柱支撑，从而提升主桩柱抗弯能力。单桩仅前展臂设置，坡体安全系数计算中断时为1.189。图21 显示了展臂上下面上的土压力。
从图21中展臂上下面土压力分布趋势可以看出，展臂下部土压力从主桩柱起至展臂末端逐渐增大，而展臂上部则先增大后减小，这种典型分布充分证明了展臂起到 的支反作用。
桩前展臂的设立是为提供支撑，利用坡体的反力。展臂下部岩土体将提供与滑坡推力反向的弯矩，以此减小桩身弯矩。至桩底起在桩身10m处设置3m×1.5m×1m 的单展臂。设置后桩身弯矩与单桩对比如图22所示。展臂以下弯矩减小明显，桩身 最大弯矩由9332kN·m下降到8080kN·m。
开展桩前展臂自桩底起设在5m、7m、9m、11m、13m处的模型分析，计算 结果显示随着展臂位置的提升治理工程的安全系数在减少，因此后续终止展臂位置提 升的模拟转而开展加密计算，增设10m、12m位置处计算，各位置下的治理工程计 算中断时的安全系数见下表7。
表7桩前展臂位置变化对应治理工程安全系数
从安全系数的变化趋势得出，桩前展臂合适的设置位置为自桩底起的1/3～1/2处。图25展现了安全系数相同而展臂分别设置在9m及11m处的桩身弯矩，可以看出， 展臂的设置较大幅度地降低了桩身弯矩。
疏排水结构5功能分析
模拟试验四
现行的滞水效应研究，限于抗滑桩设置后，渗流断面减少的基础上进行研究。本发明认为，滞水效应的产生不仅在于渗流断面的减少，还在于抗滑桩设置后，桩的嵌 固和强刚度，对下滑岩土体的阻滞，桩土间相互作用，桩间、桩后土体挤压密实，导 致渗透系数减小——这是滞水效应产生的又一主因。
本发明创新设计桩心外模实现疏排水。桩心外模外表面设进水孔，进水孔外敷设土工布为实现截水功能设计，汇集岩土体内游离水，截得水汇入腔室，即实现集水。 集水通过热排也可直接通过虹吸或泵排出。
单从地下水疏排的角度，不考虑抗滑功能，模拟验证展臂式排水抗滑桩的疏排水功能。模拟中，针对发展滞水效应的阐述将考虑两方面因素的影响，即抗滑桩设置渗 流断面的减少和桩土作用滑坡体渗透系数的减小。桩土作用导致渗透系数的减小，具 体影响范围又包括两方面，即设桩断面渗透系数的减小和桩后土拱高度范围内渗透系 数的减小。这两方面是土拱效应的直接影响范围。
土体采用Mohr-Coulomb模型，单位重量20kN/m3，粘聚力18kPa，摩擦角21°， 基岩取为不滑动层。滑坡几何模型及相关材料参数见图9及表9。
表9模型材料参数
单考虑抗滑桩滞水效应，计算得到坡体安全系数0.965，如图10。
在应用设计疏排水功能的新型桩疏排后，桩前后0压力水头见下表10。同样采 用Morgenstem-Price法计算得到安全系数1.134，如图11所示。于此可见，疏排水起 到的效果显著。
表10 0压力水头分布
本发明提出融合力学平衡与疏排水创新滑坡治理理念的展臂式排水抗滑桩，打破传统桩坡对抗，在设计中开发利用滑坡体自身的积极作用，桩身内力得到优化；排水 功能模块疏排水的同时克服抗滑桩滞水效应。展臂式排水抗滑桩结构及其设计原理无 疑将会推动滑坡治理理论与技术的发展。
Claims (7)
1.展臂式排水抗滑桩，其特征在于： 包括主桩柱（1），主桩柱（1）上设有展臂（2）、疏排水结构（5）；
所述展臂（2）设置在主桩柱（1）上且位于主桩柱（1）的桩前、桩后位置，桩前、桩后的展臂（2）设置实现滑坡体（4）与抗滑桩之间从滑-挡的模式向滑-自稳-挡的模式转化；
所述疏排水结构（5）设置在主桩柱（1）外侧且由桩心外模拼装而成；所述疏排水结构（5）上外壁设有进水孔（5-1），疏排水结构（5）内部设有储水腔室（5-2）、水蒸汽溢出管（5-3），其中水蒸汽溢出管（5-3）下端与外部连通。
2.根据权利要求1所述的展臂式排水抗滑桩，其特征在于：所述主桩柱（1）的桩前、桩后设有展臂（2）。
3.根据权利要求1所述的展臂式排水抗滑桩，其特征在于：所述主桩柱（1）与前、后的展臂（2）垂直设置或倾斜设置。
4.根据权利要求1所述的展臂式排水抗滑桩，其特征在于：所述主桩柱（1）前部的展臂（2）的位置在主桩柱（1）上自桩底起1/3～1/2处，主桩柱（1）后部的展臂（2）的位置在主桩柱（1）上自桩底起近2/3处。
5.根据权利要求1所述的展臂式排水抗滑桩，其特征在于：所述疏排水结构（5）沿主桩柱（1）长度方向分段设置并进行分段疏排水，每个疏排水结构（5）内均设置储水腔室（5-2）。
6.根据权利要求1所述的展臂式排水抗滑桩，其特征在于：所述疏排水结构（5）为单一整体结构沿主桩柱（1）长度方向设置并进行全桩疏排水，疏排水结构（5）内最底端设置储水腔室（5-2）。
7.根据权利要求1所述的展臂式排水抗滑桩，其特征在于：所述储水腔室（5-2）内设有电加热片（5-4）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210346192.6A CN114960695B (zh) | 2021-03-25 | 展臂式排水抗滑桩 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110322159.5A CN113221204B (zh) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 展臂式排水抗滑桩及其结构计算方法 |
| CN202210346192.6A CN114960695B (zh) | 2021-03-25 | 展臂式排水抗滑桩 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110322159.5A Division CN113221204B (zh) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 展臂式排水抗滑桩及其结构计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114960695A true CN114960695A (zh) | 2022-08-30 |
| CN114960695B CN114960695B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104018490A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-09-03 | 中冶集团武汉勘察研究院有限公司 | 一种z字型矩形截面抗滑桩及其施工方法 |
| CN208167758U (zh) * | 2018-05-14 | 2018-11-30 | 云南省建设投资控股集团有限公司 | 施工抗滑桩 |
| CN111139844A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-12 | 三峡大学 | 热力耦合抗滑桩 |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104018490A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-09-03 | 中冶集团武汉勘察研究院有限公司 | 一种z字型矩形截面抗滑桩及其施工方法 |
| CN208167758U (zh) * | 2018-05-14 | 2018-11-30 | 云南省建设投资控股集团有限公司 | 施工抗滑桩 |
| CN111139844A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-12 | 三峡大学 | 热力耦合抗滑桩 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113221204A (zh) | 2021-08-06 |
| CN113221204B (zh) | 2022-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103924602B (zh) | 深厚软土基坑施工方法 | |
| CN104652448A (zh) | 一种不平衡基坑支护设计方法 | |
| CN203729308U (zh) | 钢筋混凝土桩组合型钢水泥土搅拌桩墙的双排桩支护体系 | |
| CN105756091B (zh) | 一种控制邻近建筑物变形的地铁车站基坑施工方法 | |
| CN107590357A (zh) | 一种不同施工阶段隧道稳定性判别的方法 | |
| CN109707406A (zh) | 一种确定隧道富水断层破碎带注浆加固圈厚度的方法 | |
| CN109183838B (zh) | 一种高抗浮抗裂性能地下室底板结构及其设计方法 | |
| CN113221204B (zh) | 展臂式排水抗滑桩及其结构计算方法 | |
| CN102322078B (zh) | 一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法 | |
| CN106096162A (zh) | 一种确定盾构土仓压力的方法及其数学模型和构建方法 | |
| CN208328666U (zh) | 一种带锚杆的扩大基础座板式桥台结构 | |
| CN107489106A (zh) | 一种岩石河床水中承台施工方法 | |
| CN1333139C (zh) | 一种柱支式地下连续墙 | |
| CN204435407U (zh) | 一种斜柱群锚式岩石基础 | |
| CN111622234B (zh) | 一种斜竖向组合钢管桩承托的卸荷式薄壁箱型挡墙及施工工艺 | |
| CN104612105A (zh) | 钢筋混凝结构式防汛墙 | |
| CN107476315A (zh) | 一种针对紧邻型基坑的预制式构件及其施工方法 | |
| CN114960695B (zh) | 展臂式排水抗滑桩 | |
| El-Mossallamy | Innovative Application of Piled Raft Foundation in stiff and soft subsoil | |
| CN212388474U (zh) | 一种用于陡峭河谷地形的混凝土重力坝 | |
| CN205576990U (zh) | 一种过河段穿桥桩隧道注浆支护结构 | |
| CN103410155A (zh) | 一种可回收前置装配式支撑围护结构及其应用方法 | |
| CN104196544A (zh) | 翼墙式隧道洞门整体抗滑移设计方法 | |
| CN209873857U (zh) | 挑梁扶壁卸荷板组合式挡土墙结构 | |
| CN207244615U (zh) | 一种抗滑桩与结构桩合二为一结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |