CN117371112A - 一种非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法，属于滑坡区域抗滑桩处理技术领域。抗滑桩开挖至桩底标高→微型桩钻孔→钢管定位下放→钢管注浆→抗滑桩钢筋笼绑扎→抗滑桩浇筑。微型桩成孔必须无水干钻，成孔后必须采用高压风清孔；钻孔完成后应立即安防钢管及钢筋，并注浆，注浆材料用水泥砂浆，水灰比0.40～0.45，灰砂比1:1，砂浆体强度不小于35MPa，每组微型桩群施工完成后，应马上施工抗滑桩工程，保证具有一定的承载能力。

Description

一种非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法

技术领域

本发明属于桩基支挡技术领域，具体涉及一种非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法。

背景技术

在公路建设施工过程中，经常遇到边坡加固问题。如果处理不当，边坡的不稳定性将导致山体滑坡，不仅会影响工程的进度，还会造成工程事故，甚至造成人员伤亡。抗滑桩作为治理滑坡的有效措施，具有很强的抗滑能力，不易破坏原有的滑坡体状态，还可以进一步验证地质条件等突出优点，在边坡加固工程中应用的十分广泛。

抗滑桩的作用机理是利用抗滑桩桩体将滑坡剩余下滑力传递到下部或侧部稳定的岩层中，从而实现滑坡体的平衡与稳定。但是由于抗滑桩受力条件复杂，影响因素众多，目前的受力计算方法与实际受力还有一定的差距，工程中的设计值往往是一个上限值，如果设计值与最大受力差距过大，会造成不必要的资源浪费。在实际工程应用中，应根据滑坡类型、规模、地质条件、滑床岩土体性质及施工条件和工期要求等因素具体选择适宜的桩型。

针对地表为灰岩碎块石夹黏土，下部基岩为厚层灰岩的边坡，可以采用抗滑能力较强的普通矩形抗滑桩，然而因其需要人工挖孔，因此存在施工效率低、费用高等缺点；如果采用微型抗滑桩群，施工效率将会大幅提升，但其内部的中空结构容易被滑坡松散黏土体冲散，从而减弱其承载能力，存在一定的安全隐患。

针对上述相关抗滑桩形式，我们发现现有抗滑桩施工工艺技术，并未很好地同时解决抗滑桩施工难度、施工成本及稳定性等多个方面的问题。因此，需要提出一种新型抗滑桩结构来解决这些问题。新型抗滑桩结构的设计需要充分考虑地质环境、地形等因素，做到科学合理、安全可靠，以保障其在公路建设领域的可持续应用和推广。

发明内容

本发明提供了一种非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法，目的在于充分考虑地质环境、地形等因素，提供一种全新的支挡结构，做到科学合理、安全可靠，以保障其在公路建设领域的可持续应用和推广。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法，包括以下步骤：

1）对待施工滑坡区域进行地质勘察，根据滑坡地质断面及滑动面处岩土体的抗剪强度指标，计算滑坡推力；

2）根据滑坡推力大小及地层结构，拟定全桩采用普通抗滑桩方案作为支挡结构，拟定普通抗滑桩参数，包括平面位置、截面尺寸和桩长参数；

3）参考图9，将拟定的普通抗滑桩桩长参数为H₁和H₂的两部分，H₁为普通抗滑桩的上部，H₂为普通抗滑桩的下部；H'为普通桩嵌入段长度，其中长为H₂的部分后续替换为非开挖桩群，考虑地层性质及经济效益，H₂的取值遵循以下原则：1/5(H₁+H₂）≤H₂≤1/3(H₁+H₂），H₂≤1/2H'

4）根据拟定的普通抗滑桩结构确定桩的计算宽度，选定地基反力系数；

5）判断普通抗滑桩的变形性质，为刚性桩或弹性桩；

6）根据桩的变形性质计算桩的内力和变形；其中[M]为普通抗滑桩承载弯矩，[V]为普通抗滑桩承载剪力，取M为设计弯矩，V为设计剪力；

判断普通抗滑桩是否满足要求，即是否满足M≤[M]，V≤[V]；若不满足则返回步骤2）重新拟定普通抗滑桩参数；若满足要求则进行下一步；

7）对普通抗滑桩桩长为H₁部分进行配筋设计；将普通抗滑桩桩长为H₂部分替换为由微型桩组成的非开挖桩群；

8）根据桩底的边界条件计算普通抗滑桩桩长为H₂部分桩身各截面的内力，从而确定最大弯矩及最大剪力值，分别作为非开挖桩群的设计弯矩M'及设计剪力V'；

9）根据上述计算结果，通过公式M'≤f_yA_s（h-a_s-a_s')确定非开挖桩群的承载弯矩，通过公式V'≤f_y'A_s确定非开挖桩群的承载剪力；

其中M'为设计弯矩，V'为设计剪力，f_y为钢结构抗压强度，f_y'为钢结构抗剪强度，A_s为抗压侧钢结构截面面积，h为混凝土截面高度，a_s为受拉区全部纵向钢筋合力点到受拉边缘距离，a_s'为受压区全部纵向钢筋合力点到受压边缘距离；

10）在设置由微型桩组成的非开挖桩群前，需将抗滑桩开挖至桩底标高，然后进行微型桩钻孔，微型桩成孔必须无水干钻；在钻孔内设置注浆管，安装钢管及钢筋，并注浆。

进一步地，所述步骤10）中，为使微型桩钻孔内压注浆液饱满，钢管桩下端部预留2个切口。

进一步地，所述步骤10）中，注浆材料用水泥砂浆，水灰比0.40～0.45，砂浆体强度不小于35MPa，微型桩注浆以返浆式低压注浆。

进一步地，所述微型桩群上部嵌入普通抗滑桩桩身不小于3m，下部埋入桩坑坑底不小于6m，每组微型桩群施工完成后，立即施工抗滑桩工程，保证具有一定的承载力。

本发明的有益效果在于：

1.本申请支挡结构采用微型桩群嵌入普通桩桩身，从而缩短了桩长、减少了开挖深度、降低了人工成本，提高了施工效率。并且大幅降低了混凝土的用量，降低了工程造价，具有显著的经济效益；

2.本申请抗滑桩结构桩身上部依然采用普通抗滑桩桩身设计，相较于微型桩群，能够有效避免边坡滑体中的碎石黏土冲散其内部中空部分，保证桩身承载力的同时，还降低了抗滑桩的施工成本。

附图说明

图1 本发明普通抗滑桩的结构示意图；

图2 本发明抗滑结构截面示意图；

图3 本发明微型桩的结构示意图；

图4 本发明注浆管结构示意图；

图5 本发明微型桩钢筋结构示意图；

图6 本发明微型桩结构截面示意图；

图7 本发明施工位置示意图；

图8 本发明流程图；

图9是本发明桩长的示意图；

图中：1-抗滑桩桩身；2-微型桩群；3-主筋；4-结构筋；5-箍筋；6-钻孔孔壁；7-钢管；8-注浆管；9-切口；10-钢筋；11-对中支架；12-水泥砂浆；13-碎石夹黏土；14-厚层灰岩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，本发明提供了一种非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法，具体包括以下步骤：

如图1和图7所示，用于处理边坡的抗滑结构包括抗滑桩桩身1和微型桩群2，微型桩群2上部伸入抗滑桩桩身1内部3m，下部嵌入基岩6m。如图2所示，抗滑桩桩身1内设置两排32mmHRB400主筋3，22mmHRB400结构筋4，10mmHRB400箍筋5，抗压、抗拉两侧分别设置两排微型桩2，微型桩的承载弯矩通过公式M'=f_yA_s（h-a_s-a_s')确定,承载剪力通过V'=f_y'A_s确定；如图3所示，微型桩置于150mm钻孔孔壁6中，微型桩中心为32mm注浆管8，注浆管8外设置28mmHRB400钢筋10，再套上108mm钢管7，为使钻孔内压注浆液饱满，钢管桩下端部预留2个微型切口9；如图4所示，注浆管8外部设置有6mmHPB300钢筋对中支架11，对中支架间隔3m，每个断面设置3个,每根微型桩设置3个支架断面；如图5和图6所示，微型桩是先将32mm注浆管8、6mmHPB300钢筋对中支架11和28mmHRB400钢筋10固定之后，再套上108mm钢管7组合而成；如图7所示，将所述抗滑桩身1与微型抗滑桩群2组合而成的抗滑结构置于基岩为厚层灰岩14，地表为碎石夹黏土13的边坡中。

本申请设计方法的施工顺序是：抗滑桩开挖至桩底标高→微型桩钻孔→钢管定位下放→钢管注浆→抗滑桩钢筋笼绑扎→抗滑桩浇筑。微型桩成孔必须无水干钻，成孔后必须采用高压风清孔；钻孔完成后应立即安防钢管及钢筋，并注浆，注浆材料用水泥砂浆,水灰比0.40～0.45 ,灰砂比1:1，砂浆体强度不小于35MPa，每组微型桩群施工完成后，应马上施工抗滑桩工程，保证具有一定的承载能力。

实施例：

本实施例阐述了本发明非开挖桩群及普通桩组合支挡结构设计方法在试验工点中的应用情况，将该工点原设计的方桩改为上部普通抗滑桩、下部非开挖桩群的组合结构。具体实施情况如下图所示：

1）对待施工滑坡区域进行地质勘察，根据滑坡地质断面及滑动面处岩土体的抗剪强度指标，计算滑坡推力；

上述组合支挡结构具体设计时，首先需要对滑坡所在场地进行工程地质勘察。堆积体形成年代较早，地表为灰岩碎块石夹黏土、含砾粉质黏土，靠近陡坡地段为块石土，下部基岩为灰岩，局部可见大体积灰岩孤石。场地斜坡堆积体未见变形迹象，计算参数选取如下表：

岩土设计参数建议值

根据地质勘察所取计算参数，计算滑坡推力。

2）初步拟定普通抗滑桩设计方案，桩长H₀为地层厚度之和，桩身截面尺寸为2m×3m，具体参数如下表：

3）上述普通抗滑桩设计方案，将普通抗滑桩分为桩长分别为H₁=24m、H₂=4m的上下两部分，普通抗滑桩底部H₂=4m的桩身为后续替换为非开挖桩群的部分。综合考虑经济效益与地层性质，建议取1/5(H1+H2）≤H2≤1/3(H1+H2），H2≤1/2H'，其中H'为抗滑桩嵌入段长度。

4）各层地基系数如下表：

5）根据地基系数及抗滑桩的截面形式、截面尺寸，计算桩的计算宽度、计算深度，判断桩的变形性质为刚性桩。

6）采用刚性桩相应计算方法，计算普通抗滑桩的内力及变形，具体结果如下表：

根据上述计算结果，判断普通抗滑桩承载弯矩[M]是否大于设计弯矩M，承载剪力[V]是否大于设计剪力V，以保证普通抗滑桩被非开挖桩群替换部分的弯矩和剪力能满足设计需求。

7）对上述普通抗滑桩未被替换的桩身部分进行配筋设计，根据设计弯矩、设计剪力配箍筋：如图2所示，桩身内设置两排32mmHRB400主筋3，22mmHRB400结构筋4，10mmHRB400箍筋5。

8）将上述抗滑桩底部H₂=4m的部分，替换为桩长为9m的非开挖桩群，非开挖桩群上部伸入普通桩身3m，下部嵌入基岩6m，非开挖桩群结构减少了开挖深度，减少了混凝土用量，原普通抗滑桩混凝土桩身变成了岩性更好的灰岩，提升了抗滑桩结构的稳定性。

如图2所示，非开挖桩群由多根微型桩组合而成，分布于抗滑桩抗压侧和抗拉侧两侧。如图5和图6所示，所述微型桩是先将32mm注浆管、6mmHPB300钢筋对中支架和28mmHRB400钢筋固定之后，再套上108mm钢管组合而成。

9）将上述普通抗滑桩底部H₂=4m的部分桩身截面最大弯矩4869kN.m及最大剪力2557kN，作为非开挖桩群的设计弯矩M'与设计剪力V'。通过公式M'≤fyAs（h-as-as')和V'≤fy'As判断非开挖桩群是否满足设计要求，其中f_y为钢结构抗压强度，f_y'为抗剪强度，A_s为抗压侧钢结构截面面积，h为混凝土截面高度，a_s为受拉区全部纵向钢筋合力点到受拉边缘距离，a_s'为受压区全部纵向钢筋合力点到受压边缘距离。计算结果如下表：

10）在设置由微型桩组成的非开挖桩群前，需将抗滑桩开挖至桩底标高，然后进行微型桩钻孔，微型桩成孔必须无水干钻；在钻孔内设置注浆管，安装钢管及钢筋，并注浆。

Claims (4)

1.一种非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）对待施工滑坡区域进行地质勘察，根据滑坡地质断面及滑动面处岩土体的抗剪强度指标，计算滑坡推力；

2）根据滑坡推力大小及地层结构，拟定全桩采用普通抗滑桩方案作为支挡结构，拟定普通抗滑桩参数，包括平面位置、截面尺寸和桩长参数；

3）将拟定的普通抗滑桩桩长参数为H₁和H₂的两部分，H₁为普通抗滑桩的上部，H₂为普通抗滑桩的下部；H'为普通桩嵌入段长度，其中长为H₂的部分后续替换为非开挖桩群，考虑地层性质及经济效益，H₂的取值遵循以下原则：1/5(H₁+H₂）≤H₂≤1/3(H₁+H₂），H₂≤1/2H'

4）根据拟定的普通抗滑桩结构确定桩的计算宽度，选定地基反力系数；

5）判断普通抗滑桩的变形性质，为刚性桩或弹性桩；

6）根据桩的变形性质计算桩的内力和变形；其中[M]为普通抗滑桩承载弯矩，[V]为普通抗滑桩承载剪力，取M为设计弯矩，V为设计剪力；

判断普通抗滑桩是否满足要求，即是否满足M≤[M]，V≤[V]；若不满足则返回步骤2）重新拟定普通抗滑桩参数；若满足要求则进行下一步；

7）对普通抗滑桩桩长为H₁部分进行配筋设计；将普通抗滑桩桩长为H₂部分替换为由微型桩组成的非开挖桩群；

8）根据桩底的边界条件计算普通抗滑桩桩长为H₂部分桩身各截面的内力，从而确定最大弯矩及最大剪力值，分别作为非开挖桩群的设计弯矩M'及设计剪力V'；

9）根据上述计算结果，通过公式M'≤f_yA_s（h-a_s-a_s')确定非开挖桩群的承载弯矩，通过公式V'≤f_y'A_s确定非开挖桩群的承载剪力；

其中M'为设计弯矩，V'为设计剪力，f_y为钢结构抗压强度，f_y'为钢结构抗剪强度，A_s为抗压侧钢结构截面面积，h为混凝土截面高度，a_s为受拉区全部纵向钢筋合力点到受拉边缘距离，a_s'为受压区全部纵向钢筋合力点到受压边缘距离；

10）在设置由微型桩组成的非开挖桩群前，需将抗滑桩开挖至桩底标高，然后进行微型桩钻孔，微型桩成孔必须无水干钻；在钻孔内设置注浆管，安装钢管及钢筋，并注浆。

2.根据权利要求1所述的非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法，其特征在于，所述步骤10）中，为使微型桩钻孔内压注浆液饱满，钢管桩下端部预留2个切口。

3.根据权利要求2所述的非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法，其特征在于，所述步骤10）中，注浆材料用水泥砂浆，水灰比0.40～0.45，砂浆体强度不小于35MPa，微型桩注浆以返浆式低压注浆。

4.根据权利要求3所述的非开挖桩群及普通桩组合支挡结构的设计方法，其特征在于，所述微型桩群上部嵌入普通抗滑桩桩身不小于3m，下部埋入桩坑坑底不小于6m，每组微型桩群施工完成后，立即施工抗滑桩工程，保证具有一定的承载力。