基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系、滑坡推力计算方法、倾角优化方法以及施工方法

技术领域

本发明涉及一种基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系、滑坡推力计算方法、倾角优化方法以及施工方法，属于边坡治理技术领域。

背景技术

边坡是天然或人为形成的斜坡，我国公路建设迅速发展，边坡工程在山区高速公路沿线中十分常见，其支护形式和稳定性分析越来越受到重视。但滑坡灾害时有发生，严重的滑坡灾害不仅使人民的生命财产受到损失，还对铁路、公路及其他基础设施的正常运营带来非常不利的影响。

在边坡治理支护中，抗滑桩支护形式被广泛的应用，越来越多研究者对抗滑桩支护设计进行研究。抗滑桩通过穿过滑坡体一定深度，深入于滑床以支挡滑体的滑动力，发挥其稳定边坡的作用。钻孔灌注桩是抗滑桩成桩形式之一，钻孔灌注桩施工速度快，作业方便且具有很大的竖向承载力。但目前所运用钻孔灌注桩的边坡支护工程中，没有充分发挥钻孔灌注桩的竖向承载力的效果，导致需要较大的桩截面尺寸，以及增大钢筋用量才能满足抗滑稳定要求。

基于上述，为解决抗滑桩支护设计中，竖向承载力不能得到充分发挥的问题，本发明提供了一种基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系、滑坡推力计算方法、倾角优化方法以及施工方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供了一种基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系、滑坡推力计算方法、倾角优化方法以及施工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系，包括桩身向滑坡坡面倾斜的抗滑桩，所述抗滑桩的桩前土体上设置有若干锚杆，所述锚杆贯穿所述抗滑桩并在所述抗滑桩的桩后形成桩后锚头，位于所述桩前土体上的全部所述锚杆通过框架梁相连。

所述抗滑桩为钻孔扩底灌注桩。

基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系的滑坡推力计算方法，所述抗滑桩位置处的滑坡体作用力的计算方法，包括以下步骤：

将滑坡分割为若干垂直土条，垂直土条记为条块，条块的个数为1～m个，条块的个数是结合拟设计抗滑桩的位置以及计算精度要求来确定的；

取第i个条块，其中，1≤i≤m，第1个条块为坡顶条块，第m个条块为坡足条块；由条块的面积乘以土体重度，得出条块重量W

计算第i个条块的剩余下滑力F

首先，假定一个F

F

然后依次计算各个条块的剩余下滑力F

F

式(1)中，φ

基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系的滑坡推力计算方法的倾角优化方法，包括以下步骤：

所述抗滑桩的倾角为β，β为抗滑桩(1)与垂直面之间的夹角，滑坡作用于所述抗滑桩上的力分解为F

第i+1条块的法向作用力：N

第i+1条块的切向作用力：T

F

F

其中，W

通过调整所述抗滑桩的倾角β，当F

由坡顶到坡足，所述最优倾角逐渐增大。

基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系的滑坡推力计算方法的倾角优化方法的施工方法，包括以下步骤：

S01，所述抗滑桩的施工：

a，在滑坡上确定安装所述抗滑桩的桩位后，通过计算各个所述抗滑桩在不同倾角β下的F

b，清理滑坡坡面，用斜向钻机根据所述抗滑桩的最优倾角轴线向坡面斜下方以β角度钻孔；

c，及时做好所述钻孔的护壁工作，检查成孔质量合格后，下放钢筋笼并灌注混凝土，即完成一根所述抗滑桩的施工；

S02，所述锚杆的施工：

a，确定所述锚杆的安装倾斜角度a：a为所述锚杆与水平面的夹角，0°≤a≤β，倾斜角度a确定后，进行测量并放线钻孔；

b，进行所述锚杆的组装和安放：安放时，注浆管随所述锚杆一同放入钻孔，且所述锚杆的杆体放入角度与钻孔角度保持一致；

c，清孔后采用孔底注浆法将所述锚杆锚固于所述抗滑桩的桩身后侧，形成所述桩后锚头；

S03，所述框架梁的施工：

a，对滑坡的坡面进行清坡后，在坡面测设出框架梁的位置线，按照所述框架梁的尺寸确定出钢筋骨架的轮廓，进而确定模板的厚度；

b，在框架梁上刻槽，检查钢筋骨架后立模板，再进行槽内钢筋的绑扎，施工所述锚杆处配置的加强钢筋与所述框架梁的框架主筋焊接在一起；

c，在所述框架梁内浇灌混凝土，再进行回填种植土并挂网。

所述清孔的方法为用水冲洗。

浇灌混凝土时边浇筑、边振捣，使混凝土浇筑密实。

本发明的有益效果：

1、本发明的抗滑桩桩身以一定角度向坡面倾斜，改变桩身对滑坡体下滑力的承担方式，部分下滑力分量转化为对桩的轴力，并传递至稳定地层，更好地发挥钻孔扩底灌注桩的竖向承载能力，从而可以减小桩身弯矩及剪力，减少支护桩配筋用量，降低材料成本。

2、本发明在抗滑桩的桩位不发生太大变化的前提下，通过灵活调节抗滑桩倾斜角度有利于桩端避开不良地层，并锚固在稳定的持力层中。

3、本发明抗滑桩的桩身倾斜，发挥桩前土体自重从而提供抗滑力，在桩前土体坡面设置锚杆、框架梁，通过锚杆杆体的纵向拉力作用，提高岩土体抗拉能力；框架梁的梁与梁之间十字交叉，构成网格状。锚杆、框架梁与岩体共同组成抗滑体，防止桩前滑面的形成和滑动。

4、本发明考虑抗滑桩的桩体倾斜，所受轴力增大，桩土接触面积增大，桩体可以发挥其桩侧摩阻力及桩端摩阻力，采用钻孔扩底灌注桩可以增大桩的竖向承载力及抗拔力，充分发挥桩体竖向承载能力。

5、本发明锚杆设置角度a的范围为(0°≤a≤β)，且角度在满足施工条件的情况下越小值越好，使得锚杆拉力在倾斜的抗滑桩轴向压力的分量上增大，充分发挥抗滑桩的竖向承载能力。

6、本发明抗滑桩布设位置不同，所受滑坡推力大小和方向均不同，进而根据滑坡推力和桩位对倾斜抗滑桩的倾角进行优化并设置多排倾斜抗滑桩组合的形式。桩端亦可以更好地与下层稳定地层位置相匹配。

7、本发明的支护体系充分发挥了钻孔扩底灌注桩的竖向承载能力，桩身弯矩及剪力减小，减少抗滑桩配筋用量，降低材料成本，节省工程造价；该计算方法简单易算，可为倾斜抗滑桩支护设计及指导倾斜抗滑桩施工提供依据。

附图说明

图1是本发明中基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系的结构示意图；

图2是图1的立体图；

图3是本发明中多排抗滑桩组合结构示意图，其中β

图4为本发明中抗滑桩的滑坡推力计算分析图；

图5为本发明坡足处不同倾角β下桩的设置方式示意图；

图6为本发明坡中处不同倾角β下桩的设置方式示意图；

图7为本发明坡顶处不同倾角β下桩的设置方式示意图；

图8为本发明锚杆的倾斜角度a为a＝β时的受力效果分析图；

图9为本发明锚杆的倾斜角度a为a＝0°时的受力效果分析图；

图10为本发明坡足处不同倾角β下的倾斜的抗滑桩桩身剪力与直立桩桩身剪力对比曲线图；

图11为本发明坡中处不同倾角β下的倾斜的抗滑桩桩身剪力与直立桩桩身剪力对比曲线图；

图12为本发明坡顶处不同倾角β下的倾斜的抗滑桩桩身剪力与直立桩桩身剪力对比曲线。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明一种基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系、滑坡推力计算方法、倾角优化方法以及施工方法作进一步详细说明。

实施例1

如图1～图2所示，基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系，包括桩身向滑坡坡面倾斜的抗滑桩 1，所述抗滑桩1的桩前土体上设置有若干锚杆2，所述锚杆2贯穿所述抗滑桩1并在所述抗滑桩的桩后形成桩后锚头4，位于所述桩前土体上的全部所述锚杆2通过框架梁3相连。

所述抗滑桩为钻孔扩底灌注桩。

本实施例中，将锚杆2、框架梁3与倾斜的抗滑桩1形成整体抗滑体系的优化布置，用于加固桩前土体，防止桩前滑面形成和滑动；抗滑桩1的桩身以一定角度向坡面倾斜，改变桩身对滑坡体下滑力的承担方式，部分下滑力分量转化为对桩的轴力，并传递至稳定地层，更好地发挥钻孔扩底灌注桩的竖向承载能力，从而可以减小桩身弯矩及剪力，减少支护桩配筋用量，降低材料成本。

此外，本实施例在抗滑桩1的桩位不发生太大变化的前提下，通过灵活调节抗滑桩倾斜角度有利于桩端避开不良地层，并锚固在稳定的持力层中。抗滑桩1的桩身倾斜，发挥桩前土体自重从而提供抗滑力，在桩前土体坡面设置锚杆2和框架梁3，锚杆2锚固于桩后，形成桩后锚头4。通过锚杆2的杆体的纵向拉力作用，提高岩土体抗拉能力，框架梁3的梁与梁之间十字交叉，构成网格状。锚杆2、框架梁3与岩体共同组成抗滑体，防止桩前滑面的形成和滑动。

本实施例考虑抗滑桩1的桩体倾斜，所受轴力增大，桩土接触面积增大，桩体可以发挥其桩侧摩阻力及桩端摩阻力，采用钻孔扩底灌注桩可以增大桩的竖向承载力及抗拔力，充分发挥桩体竖向承载能力

实施例2

基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系的滑坡推力计算方法，所述抗滑桩1位置处的滑坡体作用力的计算方法，包括以下步骤：

通过条分法将滑坡分割为若干垂直土条，垂直土条记为条块，条块的个数为1～m个；

取第i个条块，其中，1≤i≤m，第1个条块为坡顶条块，第m个条块为坡足条块；由条块的面积乘以土体重度，得出条块重量W

计算第i个条块的剩余下滑力F

首先，假定一个F

F

然后依次计算各个条块的剩余下滑力F

式(1)中，φ

本实施例通过条分法将边坡分为若干条块，取第i计算条块，由所分条块的面积可得出各条块自重，通过该条块的自重、法向作用力、切向作用力、条间力的平衡并引入安全系数F

F

实施例3

如图3所示，抗滑桩1布设位置不同，所受滑坡推力大小和方向均不同，进而可以根据滑坡推力和桩位对抗滑桩1的倾角进行优化并设置多排倾斜抗滑桩组合的形式。对于大部分滑坡，滑动面倾角从坡顶到坡角由陡变缓，因此，随着抗滑桩1距坡顶距离的增大，所设抗滑桩倾角β

如图4所示，基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系的倾角优化方法，包括以下步骤：

所述抗滑桩1的倾角为β，β为抗滑桩1与垂直面之间的夹角，滑坡作用于所述抗滑桩 1上的力分解为F

第i+1条块的法向作用力：N

第i+1条块的切向作用力：T

F

F

其中，W

通过调整所述抗滑桩1的倾角β，当F

由坡顶到坡足，所述最优倾角逐渐增大。

以图5坡足位置处为例，根据上述计算方法，计算在不同倾角β下桩身所受的剪力大小，并将各结果与该位置处的直立抗滑桩(β＝0°)所受剪力大小进行比较，便得到如图10所示，坡足处不同倾度β下的桩身剪力与直立桩桩身剪力对比曲线图，由该图可以看出，抗滑桩1所受剪力与直立桩所受剪力之比随着倾斜角度的增大先减小后增大，说明抗滑桩1对剪力的减小比例随角度的增大先增大后减小，使剪力减小比例达到最大的最优倾角约为25°。

为探究本实施例所述的多排倾斜抗滑桩组合的具体实施形式，分别在图6的坡中位置、图7的坡顶位置处都进行了上述计算，得到相应桩身剪力与直立桩桩身剪力对比曲线图，如图11、图12所示。由图11可以看出在坡中位置处，可优化剪力的倾角范围相比坡足位置有所减小，最优倾角也减小，在15°附近。由图12可以看出在坡顶处，只有当倾角β小于10°时，桩身的剪力才得到优化，并且倾斜角度越小优化效果越好。

在坡顶位置处以倾斜角β＝25°为例。倾斜的抗滑桩所受滑坡推力为780kN，直立桩所受滑坡推力为522kN。将推力分解为垂直于桩的剪力以及平行于桩的轴力后，倾斜的抗滑桩1所受剪力为609kN，直立桩所受剪力为417kN。坡顶处倾斜角度的增大引起倾斜的抗滑桩与桩间土的面积显著增大，倾斜的抗滑桩1所受滑坡推力要比直立桩所受滑坡推力大得多，在此情况下桩身的剪力不能得到优化，因此在坡顶处设桩时倾斜角度尽可能小才能达到优化剪力的效果。

同样β＝25°时，在坡足处，倾斜的抗滑桩1所受滑坡推力大小为323kN，而同一位置的直立桩所受滑坡推力大小为284kN，将推力分解为垂直于桩的剪力以及平行于桩的轴力后，倾斜的抗滑桩所受剪力为234kN，直立桩所受剪力为281kN。倾斜的抗滑桩所受滑坡推力比直立桩大，可见在倾斜的抗滑桩支护作用下的边坡安全系数比直立桩作用下的边坡安全系数高；且在此情况下，桩身所受的剪力却比直立桩所受剪力小，由此可见倾斜的抗滑桩的优越性。在坡中位置处，上述结论仍然成立；

综上所述，当仅设置单排抗滑桩时，桩位确定后，可参考该结果选择所需要的最优倾角。当设置多排桩的组合形式时，在坡面不同位置处的最优倾角不同，即坡顶处角度尽可能较小，由坡顶到坡脚最优倾角逐渐增大，坡足处最优倾角可结合实际工程增大。

实施例4

基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系的倾角优化方法的施工方法，包括以下步骤：

S01，所述抗滑桩1的施工：

a，在滑坡上确定安装所述抗滑桩1的桩位后，通过计算各个所述抗滑桩1在不同倾角β下的F

b，清理滑坡坡面，用斜向钻机根据所述抗滑桩1的最优倾角轴线向坡面斜下方以β角度钻孔；

c，及时做好所述钻孔的护壁工作，检查成孔质量合格后，下放钢筋笼并灌注混凝土，即完成一根所述抗滑桩1的施工；

S02，所述锚杆2的施工：

如图8～图9所示，锚杆2设置角度a的范围为(0°≤a≤β)，且角度在满足施工条件的情况下越小值越好，这样使得锚杆2拉力在抗滑桩1轴向压力的分量上增大，充分发挥抗滑桩1的竖向承载能力；

a，确定所述锚杆2的安装倾斜角度a：a为所述锚杆2与水平面的夹角，0°≤a≤β，倾斜角度a确定后，进行测量并放线钻孔；

b，进行所述锚杆2的组装和安放：安放时，注浆管随所述锚杆2一同放入钻孔，且所述锚杆2的杆体放入角度与钻孔角度保持一致；

c，清孔后采用孔底注浆法将所述锚杆2锚固于所述抗滑桩1的桩身后侧，形成所述桩后锚头4；

S03，所述框架梁3的施工：

a，对滑坡的坡面进行清坡后，在坡面测设出框架梁3的位置线，按照所述框架梁3的尺寸确定出钢筋骨架的轮廓，进而确定模板的厚度；

b，在框架梁3上刻槽，检查钢筋骨架后立模板，再进行槽内钢筋的绑扎，施工所述锚杆2处配置的加强钢筋与所述框架梁3的框架主筋焊接在一起；

c，在所述框架梁3内浇灌混凝土，再进行回填种植土并挂网。

所述清孔的方法为用水冲洗。

浇灌混凝土时边浇筑、边振捣，使混凝土浇筑密实。

实施例5

本实施例与实施例4的区别仅在于：对于多排倾斜的抗滑桩组合的施工，参考上述单排倾斜抗滑桩的施工，可根据剪力计算结果结合实际工程地层条件对不同桩位的倾斜角度进行调整。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。