一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及抗滑桩修复加固技术，特别涉及一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构及其施工方法，还涉及一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构施工方法。

背景技术

抗滑桩是一种通过将桩埋于稳定地层中，依靠桩与桩周岩土体的相互钳制作用，把滑坡推力传递到稳定地层，利用稳定地层的锚固作用和被动抗力，使滑坡得到稳定。近年来，由于抗滑桩抗滑能力强、施工扰动较小、桩位布置灵活、能及时形成或增强滑体抗滑力、桩孔可作为滑坡的勘察验证孔等诸多优点，使其得以迅速在全国推广应用，常用形式有矩形和圆形抗滑桩，以及衍生的排架式抗滑桩、椅式抗滑桩、抗滑键等多种结构形式。

在实际应用工点中，受施工环境、桩身质量以及滑坡体岩土应力场变化的影响，尤其是地震、地下水或连续强降雨等外界条件恶化下，滑坡体下滑推力增大时，部分抗滑桩出现桩身开裂甚至断桩等损伤，影响了滑坡体的稳定性；严重时因抵抗荷载不足将酿成滑坡体摧毁支挡加固结构而失稳破坏，造成工程结构物的破坏和人民群众生命财产的损失。抗滑桩发生剪断的原因有：①滑坡区域条件恶化，滑坡体实际下滑力大于设计下滑力，使桩体承受超过自身抗滑承载力的下滑推力，从而发生剪断、折断或倾倒等破坏；②施工过程中，因混凝土发生离析、未连续浇筑或温差收缩等，桩身可能存在结构疏松、空洞或包裹团状泥土等质量缺陷，易产生裂缝而发生剪断；③抗滑桩截面尺寸设计过小或箍筋配置不足，可能导致抗滑桩抗剪强度不足而剪断破坏，受拉侧配筋不足则可能导致抗滑桩抗弯能力不足，桩体出现折断破坏。

建筑工程上针对混凝土损伤结构的加固可采用加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、改变结构传力途径加固法、外部粘钢加固法等，抗滑桩是利用稳定地层的锚固作用和被动抗力来平衡滑坡推力，桩身基本埋于岩土体中，破坏类型主要为剪断、折断等，显然建筑工程中的加固方法已然不适用于抗滑桩的修复，目前，抗滑桩修复补强方法主要有预应力锚索斜向加固技术和注浆加固技术两种方法：(1)预应力锚索斜向加固抗滑桩技术，在桩头和桩底部没有较大错位的情况下，将锚头固定设置在桩前，预应力锚索锚固段倾斜打入基岩内，进而增强抗滑桩与桩后岩土体整体受力能力，该方法较适用于桩体抗滑能力不足出现整体倾倒的加固，对于剪断或折断的桩体，斜向内侧锚固将使受压区出现受拉荷载，预应力过大可能使已裂缝抗滑桩出现二次折断；(2)注浆加固补强抗滑桩技术，通过在桩顶钻孔到裂缝位置，高压注浆充实，浆液胶结凝固后可封闭裂缝，防止钢筋锈蚀，达到补救桩质量的目的，但由于注浆渗透性受裂缝分布及宽度等影响较大，仅靠浆液黏结加固对桩的抗剪、抗压能力提升效果甚微。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构，可提高裂缝损伤抗滑桩的完整性及抗剪、抗弯能力，本发明的目的之二是提供一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构施工方法，施工工艺简捷。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构，包括工字钢加固结构和预应力锚索加固结构，所述工字钢加固结构包括竖直位于抗滑桩桩身中且靠近抗滑桩受拉侧钢筋的加固孔和工字钢，所述工字钢植入加固孔且其底端和顶端分别超出桩身底部裂缝和顶部裂缝，所述工字钢的腹板长边方向顺抗滑桩受剪方向布设，所述加固孔内注入有水泥浆，所述预应力锚索加固结构包括竖直位于抗滑桩桩身中或抗滑桩桩身和稳定地层中且靠近抗滑桩受拉侧钢筋的锚固孔和锚索，所述锚固孔包括位于上方的自由段锚索孔和位于下方的锚固段锚索孔，所述自由段锚索孔下端超出桩身底部裂缝，所述锚索的锚固段和自由段分别通过锚固注浆锚固于锚固段锚索孔和自由段锚索孔中，所述锚索施加预应力后封锚于抗滑桩顶部，所述工字钢加固结构和预应力锚索加固结构分别以抗滑桩受拉侧中心线对称布置。

进一步，所述工字钢两端分别垂直固定设置有端承板，所述工字钢腹板两侧对应的两端承板上分别设有注浆孔。

进一步，所述抗滑桩顶部有经过锚固孔的钢筋混凝土横梁，所述锚索封锚于横梁上。

进一步，所述锚固段锚索孔为大孔和小孔依次交错同轴连接而成，小孔孔径与自由段锚索孔孔径一致。

更进一步，所述工字钢底端和顶端分别超出桩身底部裂缝和顶部裂缝1-2m，所述自由段锚索孔下端超出桩身底部裂缝1-2m。

再进一步，所述工字钢加固结构为两件，所述预应力锚索加固结构为一件，所述预应力锚索加固结构位于两工字钢加固结构之间。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构施工方法包括如下步骤：

(1)确定抗滑桩所受滑坡下滑推力E，滑坡下滑推力作用点相对抗滑桩桩身底部裂缝的距离H

(2)选择工字钢型号，按式1确定拟采用工字钢数量n：

式中，A

(3)按式2确定拟采用锚索张拉力F

式中，M为原抗滑桩弯矩设计值；h

式中，α

通过式2、式3进行迭代，最终确定出拟采用锚索张拉力F

(4)根据步骤(2)选择的工字钢型号，确定加固孔孔径、标记加固孔位置，施钻加固孔；

(5)施钻加固孔超过桩身底部裂缝约1m～2m，用清水冲洗加固孔后抽干加固孔内水；

(6)将工字钢吊放入加固孔中；

(7)注水泥浆；

(8)根据步骤(3)选择锚索型号，根据选择的锚索型号确定锚固孔孔径、标记锚固孔位置，施钻自由段锚索孔并超过桩身底部裂缝约1m～2m，然后施钻锚固段锚索孔；

(9)吊放锚索至锚固孔内并使锚索锚固段位于锚固段锚索孔中、锚索自由段位于自由段锚索孔中，然后施作锚固注浆直至锚固孔孔口；

(10)待锚固注浆达到设计强度后，对锚索施加张拉力F

进一步，所述步骤(4)施钻加固孔的同时还取抗滑桩芯样，复核桩身底部裂缝位置H

更进一步，所述步骤(6)中工字钢两端设置有端承板时，工字钢吊放入加固孔前，先将注浆管穿过两端承板的注浆孔，之后整体吊放入加固孔中；所述步骤(7)中的注水泥浆工艺为后退式高压一次注浆工艺。

再进一步，在步骤(9)与步骤(10)间于抗滑桩顶部架立横梁模板，绑扎横梁钢筋，使锚索穿过预留孔，然后浇筑横梁，在对锚索施加张拉力F

本发明的有益效果是：

本发明的一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构及其施工方法具有如下有益效果：

1、本发明对已裂缝损伤的抗滑桩植入工字钢注浆加固，利用高压注浆封堵桩身裂缝，裂缝损伤段则通过工字钢较强的斜截面抗剪能力，对抗滑桩进行修复补强加固，较常规的抗滑桩修复措施，能有效解决对不稳定坡体的扰动、加固效果不明确、施工效率低等难题，有效保证了抗滑桩修复期间坡体的稳定性；

2、本发明适用于全埋式或悬臂式抗滑桩裂缝加固，通过将高强预应力锚索锚固于桩身，利用自锚能力对受拉区主筋进行补强，适用范围广，操作简便，可快速提升抗滑桩完整性，提高抗滑桩的抗弯承载力，不开挖扰动桩周岩土体，施工平台仅需抗滑桩桩顶范围，施工安全性高，能有效满足地质灾害处治和应急抢险工点中施工高效、少扰动及成效快的要求；

3、本发明提出的用于抗滑桩裂缝修复加固的施工方法中，工字钢端承板两侧设置注浆孔，采用后退式对不同深度、两个区域进行一次注浆加固，注浆工艺简单快捷；利用同心扩孔工艺进行锚固段锚索孔钻孔，锚固段锚索孔设置呈大孔和小孔依次交错形式，通过孔壁黏结强度和机械咬合综合作用，能更好的提供预应力锚索锚固力，极大的减短了锚索锚固段长度，减少锚索预应力损失，有效保证了锚索加固抗滑桩的长期稳定性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是本发明的一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构主视图。

图2是本发明的一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构左视图。

图3为图1中A-A截面示意图。

图4为图1中B-B截面示意图。

图5为图1中工字钢俯视图。

图6为图1中工字钢立体图。

图7为图1中预应力锚索加固结构立体图。

图8是本发明的一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构使用状态立体图。

图9是本发明的一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构受力分析左视图。

图10是采用本发明一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构施工方法对一滑坡裂缝损伤抗滑桩的加固示意图。

图中：抗滑桩1；工字钢2；加固孔3；锚索41；锚固注浆42；自由段锚索孔43；锚固段锚索孔44；封锚45；横梁5；端承板6；水泥浆7；注浆孔8；预留孔9；横梁钢筋10。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明的原理为：

抗滑桩1承受桩后岩土体下滑推力E后，由于下滑推力大于桩抗滑承载力、桩局部缺陷抗剪能力弱或者受拉区主筋不足等原因，将使抗滑桩1出现抗剪或抗弯不足，出现剪切破坏或折断破坏。当桩体出现裂缝后，桩内钢筋易受水和空气侵蚀锈蚀，桩身完整性及抗剪、抗弯承载力将被极大的减弱，不利于被支护坡体的稳定。

通过在桩身缺陷开裂段植入工字钢2，利用工字钢2较高的抗拉强度提供斜向抗剪；在受拉区主筋内侧设置高强预应力锚索41，通过主动施加预应力并锚固于稳定地层或完整桩身中，为受拉区主筋增加竖直向下的主动拉力，主筋受力及抗滑桩抗弯能力得以补强。

如附图9所示，抗滑桩1后岩土体下滑推力E作用于桩身，距最下缘桩身裂缝H

E-V

式中，A

则所需工字钢2数量由下式5可得

抗滑桩1一般为矩形截面，也可为圆形截面(圆形截面抗滑桩计算一般要转换为矩形截面抗滑桩)。按受弯构件设计，配筋时按单筋矩形截面考虑，原抗滑桩抗1弯承载力为M，由受拉区抗主筋提供，

同时为避免超筋破坏，混凝土受压区高度x满足式7：

αf

在抗滑桩1靠山侧受拉区施加预应力F

则主动施加的预应力值F

施加预应力锚索41后，抗滑桩1受压区高度将变为x

桩身为混凝土，在桩体内钻锚固孔，利用水泥浆与孔壁的摩擦力锚固预应力锚索41，由于机械钻孔孔壁较光滑，孔壁与注浆体间黏结强度不足以提供高预应力，因此，采用同心扩孔钻工艺，锚固段孔呈大孔和小孔依次交错形式，利用孔壁摩擦力及机械咬合作用，为锚索预应力张拉提供锚固力。

具体的，如图1-10所示，一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构，包括工字钢加固结构和预应力锚索加固结构，工字钢加固结构包括竖直位于抗滑桩1桩身中且靠近抗滑桩1受拉侧钢筋的加固孔3和工字钢2，工字钢2植入加固孔3且其底端和顶端分别超出桩身底部裂缝和顶部裂缝，工字钢2的腹板长边方向顺抗滑桩1受剪方向布设，加固孔3内注入有水泥浆7，预应力锚索加固结构包括竖直位于抗滑桩1桩身中或抗滑桩1桩身和稳定地层中且靠近抗滑桩1受拉侧钢筋的锚固孔和锚索41，锚固孔包括位于上方的自由段锚索孔43和位于下方的锚固段锚索孔44，自由段锚索孔43下端超出桩身底部裂缝，锚索41的锚固段和自由段分别通过锚固注浆42锚固于锚固段锚索孔44和自由段锚索孔43中，锚索41施加预应力后封锚9于抗滑桩1顶部，工字钢加固结构和预应力锚索加固结构分别以抗滑桩1受拉侧中心线对称布置。

具体的，工字钢加固结构为多件且为偶数件，多件工字钢加固结构成排设置在抗滑桩1受拉侧钢筋内侧，预应力锚索加固结构为一件，预应力锚索加固结构位于所有工字钢加固结构中间。

本发明加固结构简单，施工工艺简捷，通过多加固孔高压封堵裂缝，工字钢提升开裂段桩身抗剪能力，利用预应力锚索高强应力对抗滑桩拉应力区主筋进行补强，加固目的明确，对桩身结构及钢筋均无破坏，不扰动原抗滑桩支护环境，能够极大提高裂缝抗滑桩的整体性及抗滑承载力，进而确保了被支护坡体的稳定性。

优选的，工字钢加固结构为两件，预应力锚索加固结构为一件，预应力锚索加固结构位于两工字钢加固结构之间。

工字钢2两端分别垂直固定设置有端承板6，工字钢2腹板两侧对应的两端承板6上分别设有注浆孔8，通过设置端承板6在浇筑水泥浆7后增加了工字钢2与加固孔3孔壁间咬合力。

抗滑桩1顶部有经过锚固孔的钢筋混凝土横梁5，锚索41封锚于横梁5上，通过钢筋混凝土横梁5增强锚索41锚固强度。

锚固段锚索孔44为大孔和小孔依次交错同轴连接而成，小孔孔径与自由段锚索孔43孔径一致，增加了锚索与孔壁间摩擦力。

优选的，工字钢2底端和顶端分别超出桩身底部裂缝和顶部裂缝1-2m，自由段锚索孔43下端超出桩身底部裂缝1-2m。

预应力锚索锚固段采用全黏结钢绞线，自由段采用无黏结钢绞线，加套管防护。

一种裂缝损伤抗滑桩的修复加固结构施工方法，包括如下步骤：

(1)确定抗滑桩1所受滑坡下滑推力E，滑坡下滑推力作用点相对抗滑桩1桩身底部裂缝的距离H

(2)选择工字钢2型号，按式1确定拟采用工字钢2数量n：

式中，A

(3)按式2确定拟采用锚索41张拉力F

式中，M为原抗滑桩1弯矩设计值；h

式中，α

通过式2、式3进行迭代，最终确定出拟采用锚索41张拉力F

(4)根据步骤(2)选择的工字钢2型号，确定加固孔3孔径、标记加固孔3位置，将钻机固定于抗滑桩顶部平台，逐孔施钻加固孔3，同时取抗滑桩芯样，复核桩身底部裂缝位置H

(5)施钻加固孔3超过桩身底部裂缝约1m～2m，用清水冲洗加固孔3后抽干加固孔3内水；

(6)将端承板6焊接于工字钢2两端，注浆管穿过端承板6两侧的注浆孔，整体吊放入加固孔3中；

(7)采用后退式高压一次注浆工艺对加固孔3进行注浆，随着水泥浆7泵入，逐步将注浆管向外拔出直至孔口，重复步骤(4)-(7)施作完成所有工字钢加固结构；

(8)根据步骤(3)选择锚索41型号，根据选择的锚索41型号确定锚固孔孔径、标记锚固孔位置，施钻自由段锚索孔43并超过桩身底部裂缝约1m～2m，然后采用同心扩孔钻工艺施钻锚固段锚索孔44，呈大孔和小孔依次交错形式；

(9)吊放锚索41至锚固孔内并使锚索锚固段位于锚固段锚索孔44中、锚索自由段位于自由段锚索孔43中，然后施作锚固注浆42直至锚固孔孔口；

(10)于抗滑桩顶端架立横梁模板，绑扎横梁钢筋10，锚索穿过预留孔9，然后浇筑桩顶横梁5，待锚固注浆42和桩顶横梁5达到设计强度后，对锚索41施加张拉力F

下面给出采用本发明方法对一滑坡工点裂缝损伤的抗滑桩进行修复加固的过程及结果。

如图10所示，本实施例中该滑坡原支护抗滑桩1截面尺寸3m×2m，桩长22m，悬臂端10m，抗滑桩1中心间距6m，通过桩后深部位移监测孔数据显示该抗滑桩11m处出现水平位移，结合声波探测，发现抗滑桩1已出现开裂，原抗滑桩1设计抗剪承载力V

根据以上参数及地勘资料由步骤1确定该滑坡作用于抗滑桩1上的下滑推力E＝6600kN，作用位置H

拟采用10#工字钢2对抗滑桩进行加固，10#工字钢2抗拉强度标准值f＝215N/mm

取整n＝2。

因此，确定采用2孔10#工字钢2进行加固，加固孔3孔径130mm。

由步骤3的公式确定预应力锚索41张拉力F

通过迭代：

/>

最终计算得：

F

因此确定采用8束锚索41，单束张拉115kN，总张拉锚固力920kN，孔径130mm。

如图7所示，按步骤4～7逐孔完成工字钢2加固后，根据步骤8施作130mm孔径自由段锚索孔43，长度12m，穿过桩身裂缝约1m后，采用同心扩孔钻施作锚固段锚索孔44，扩孔孔径150mm，锚固段锚索孔44长度6m，锚索总长18m。

按步骤(9)施作安装锚索41，安装完成后施作锚固注浆42直至孔口，锚固注浆42采用M30纯水泥浆；

按步骤(10)于抗滑桩顶端架立横梁模板，横梁5截面尺寸50cm×50cm，长度2m，绑扎横梁钢筋10，将锚索41穿过PVC管后预埋入横梁5预留孔9中，然后浇筑桩顶横梁5。

待锚固注浆42和桩顶横梁5混凝土达到设计强度后，张拉锚索41预应力后封锚，完成加固。

本发明所采用水泥浆7强度不低于抗滑桩1混凝土强度等级。

采用本发明加固办法对裂缝的抗滑桩1进行修复，可不扰动不稳定坡体的情况下完成抗滑桩的修复，通过工字钢2和预应力锚索41的理论计算，逐步对抗滑桩1进行钻孔和锚固，步骤清晰，操作简便，可快速提升抗滑桩完整性，提高抗滑桩的抗剪、抗弯承载力，有效满足地质灾害处治和应急抢险工点中施工安全、高效、少扰动及成效快的要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。