等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩及其滑坡治理方法

摘要

为解决现有技术抗滑桩滑坡治理方法存在的承受滑坡推力有限、易于产生锈蚀和影响锚索寿命等问题，本发明提出一种等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩及其滑坡治理方法，采用等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩对滑坡进行治理，所述抗滑桩的桩身横断面为等腰梯形，并且，在等腰梯形顶边一侧设置有若干竖向预应力锚索。本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩及其滑坡治理方法的有益技术效果是有利于桩间土拱的形成，显著增大了抗滑桩的承载力；并且，可以有效防止锚索腐蚀损坏，从而延长抗滑桩使用寿命。

说明书

发明领域

本发明涉及到地质灾害防治技术领域，特别涉及到一种等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩及其滑坡治理方法。

背景技术

我国是世界上地质灾害高发区，具有滑坡灾害点多、面广和灾情重等特点。个别地区由于受大幅度、高频次的高低水位升降影响，滑坡体内地下水位的降落速度明显滞后于外部水位的降落，必然会出现渗透力，滑坡推力显著增大，增加了抗滑桩治理滑坡的支挡难度。

目前治理滑坡的方法主要有抗滑挡土墙、抗滑桩、刷方减重、回填反压、混凝土抗滑键、焙烧法、抗滑明洞和化学处理法等，其中，抗滑桩使用频率最大。抗滑桩包括悬臂抗滑桩（参见附图1）和预应力锚索抗滑桩（参见附图2）。悬臂抗滑桩不存在地下水侵泡腐蚀作用，但是承受的滑坡推力有限；预应力锚索抗滑桩能承受较大的滑坡推力，但在地下水丰富的岸坡地带易于产生锈蚀，进而影响锚索寿命。实践表明，滑坡推力较大时，悬臂抗滑桩易产生较大变形（参见附图3），此时，可通过增大抗滑桩断面面积予以解决，但增大抗滑桩断面面积存在两个问题：一是显著增大混凝土及钢筋用量，不经济；二是在滑坡治理部位进行大断面开挖，易诱发滑坡失稳破坏致灾。显然，现有技术抗滑桩滑坡治理方法存在着承受滑坡推力有限、易于产生锈蚀和影响锚索寿命等问题。

发明内容

为解决现有技术抗滑桩滑坡治理方法存在的承受滑坡推力有限、易于产生锈蚀和影响锚索寿命等问题，本发明提出一种等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩及其滑坡治理方法。

本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩，抗滑桩的桩身横断面为等腰梯形，并且，在等腰梯形顶边一侧设置有若干竖向预应力锚索。

进一步的，本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩，抗滑桩横断面等腰梯形的尺寸取值为：顶边长度                                               与底边长度之比a/b取值范围0.6~0.8，高度与底边长度之比H/b取值范围（0.1~0.2）×tanθ；其中，θ为等腰梯形底角，取值范围70°~90°。

进一步的，本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩，抗滑桩横断面等腰梯形的尺寸满足下式（1）：

           （1）

式中， 为顶边长度，单位为m； 为底边长度，单位为m； 为桩身受荷段长度，单位为m；为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m。

进一步的，本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩，所述竖向预应力锚索底端置于桩体内，并将锚碇板安放在距离桩底20~30cm处，顶端为锚固端，安置在桩顶。

进一步的，本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩，所述竖向预应力锚索的拉力设计值与滑坡推力之间的关系为下式（2）所示：

                 （2）

式中，为竖向预应力锚索轴向拉力设计值，单位kN；为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m；为桩身受荷段长度，单位为m；为滑坡防治工程设计安全系数；       为竖向预应力锚索偏心距，单位为m。

本发明滑坡治理方法，采用本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩对滑坡进行治理，所述抗滑桩的桩身横断面为等腰梯形，并且，在等腰梯形顶边一侧设置有若干竖向预应力锚索；所述等腰梯的形尺寸取值为：顶边长度与底边长度之比a/b取值范围0.6~0.8，高度与底边长度之比H/b取值范围（0.1~0.2）×tanθ；其中，θ为等腰梯形底角，取值范围70°~90°，并且，满足下式（1）：

           （1）

式中， 为顶边长度，单位为m； 为底边长度，单位为m； 为桩身受荷段长度，单位为m；为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m；

所述竖向预应力锚索底端置于桩体内，并将锚碇板安放在距离桩底20~30cm处，顶端为锚固端，安置在桩顶；并且，所述竖向预应力锚索的拉力设计值与滑坡推力之间的关系为下式（2）所示：

                 （2）

式中，为竖向预应力锚索轴向拉力设计值，单位kN；为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m；为桩身受荷段长度，单位为m；为滑坡防治工程设计安全系数；为竖向预应力锚索偏心距，单位为m；

S1、针对水库及大江大河岸坡的大型及特大型滑坡，采用相关技术规范规定的方法确定滑坡推力E沿滑动方向的分布，并选定抗滑桩的支挡部位；

S2、根据滑坡推力和桩间距，依据上式（1）及上述比例拟定抗滑桩等腰梯形的几何尺寸，即顶边长度、底边长度、高度和等腰梯形底角θ；所述桩间距采用相关技术规范规定的方法确定；

S3、根据上式（2）确定预应力锚索的拉力设计值；

S4、假定均布荷载0.7××作用在等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩悬臂段，按照相关技术规范的规定进行推力计算、结构设计和施工；其中，为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m；

S5、在制作钢筋笼时，在抗滑桩等腰梯形顶边一侧设置竖向预应力锚索，底端锚碇板安放在距离桩底20~30cm处，安装好预留导管之后在预留导管中穿入竖向预应力锚索，并将底端竖向预应力锚索锚固于锚碇板上；

S6、开挖好基坑以后，将制作好的抗滑桩钢筋笼放入基坑；要求抗滑桩等腰梯形的顶边位于滑坡体内侧，即抗滑桩受拉区；抗滑桩等腰梯形的底边位于滑坡体剪出口方向，即抗滑桩受压区；然后浇筑的混凝土；

S7、当混凝土达到设计强度的75%之后，进行预应力锚索的张拉过程，预应力的施加方法采用后张法，整个施工过程严格按照相关技术规范进行施工；

S8、对锚索的张拉分两次进行，第一次张拉分五级，前四级的拉力值分别为拉力设计值的25%、50%、75%和100%，分别稳定5分钟，最后一级的拉力值为拉力设计值的110%，稳定时间30分钟；锁定48小时后进行第二次补偿张拉，第二次张拉的级数和拉力值与第一次张拉相同；

S9、张拉完毕后，浇筑表层网格，滑坡治理完成；

其中，所述相关技术规范包括DB50/5029-2004《地质灾害防治工程设计规范》和GB50330-2013《建筑边坡工程技术规范》。

本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩及其滑坡治理方法的有益技术效果是有利于桩间土拱的形成，显著增大了抗滑桩的承载力；并且，可以有效防止锚索腐蚀损坏，从而延长抗滑桩使用寿命。

附图说明

附图1是现有技术抗滑桩滑坡治理方法悬臂抗滑桩的结构示意图；

附图2是现有技术抗滑桩滑坡治理方法预应力锚索抗滑桩的结构示意图；

附图3是悬臂抗滑桩受推力弯曲的示意图；

附图4是本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩的结构示意图；

附图5是本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩的侧视示意图；

附图6是本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩的横断面示意图；

附图7是本发明滑坡治理方法抗滑桩设置的结构示意图；

附图8是本发明滑坡治理方法抗滑桩设置的侧视示意图。

下面结合附图及具体实施例对本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩及其滑坡治理方法作进一步的说明。

具体实施方式

附图1是现有技术抗滑桩滑坡治理方法悬臂抗滑桩的结构示意图，附图2是现有技术抗滑桩滑坡治理方法预应力锚索抗滑桩的结构示意图，附图3是悬臂抗滑桩受推力弯曲的示意图，图中，1为滑坡体，2为滑动面，3为悬臂式抗滑桩，4为预应力锚索，5为变形后的悬臂式抗滑桩。由图可知，现有技术抗滑桩包括悬臂抗滑桩（参见附图1）和预应力锚索抗滑桩（参见附图2）。悬臂抗滑桩不存在地下水侵泡腐蚀作用，但是承受的滑坡推力有限；预应力锚索抗滑桩能承受较大的滑坡推力，但在地下水丰富的岸坡地带易于产生锈蚀，进而影响锚索寿命。实践表明，滑坡推力较大时，悬臂抗滑桩易产生较大变形（参见附图3），此时，可通过增大抗滑桩断面面积予以解决，但增大抗滑桩断面面积存在两个问题：一是显著增大混凝土及钢筋用量，不经济；二是在滑坡治理部位进行大断面开挖，易诱发滑坡失稳破坏致灾。显然，现有技术抗滑桩滑坡治理方法存在着承受滑坡推力有限、易于产生锈蚀和影响锚索寿命等问题。

附图4是本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩的结构示意图，附图5是本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩的侧视示意图，附图6是本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩的横断面示意图，图中，6为梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩，7为竖向预应力锚索，8为锚底板，9为锚具，10为预留导管。由图可知，抗滑桩的桩身横断面为等腰梯形，并且，在等腰梯形顶边一侧设置有若干竖向预应力锚索。并且，抗滑桩横断面等腰梯形的尺寸取值为：顶边长度与底边长度之比a/b取值范围0.6~0.8，高度与底边长度之比H/b取值范围（0.1~0.2）×tanθ；其中，θ为等腰梯形底角，取值范围70°~90°。同时，抗滑桩横断面等腰梯形的尺寸满足下式（1）：

           （1）

式中， 为顶边长度，单位为m； 为底边长度，单位为m； 为桩身受荷段长度，单位为m；为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m。

为保证预应力效果，所述竖向预应力锚索底端置于桩体内，并将锚碇板安放在距离桩底20~30cm处，顶端为锚固端，安置在桩顶。并且，所述竖向预应力锚索的拉力设计值与滑坡推力之间的关系为下式（2）所示：

                 （2）

式中，为竖向预应力锚索轴向拉力设计值，单位kN；为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m；为桩身受荷段长度，单位为m；为滑坡防治工程设计安全系数；为竖向预应力锚索偏心距，单位为m。

附图7是本发明滑坡治理方法抗滑桩设置的结构示意图，附图8是本发明滑坡治理方法抗滑桩设置的侧视示意图，图中，1为滑坡体，2为滑动面，6为梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩，11为土拱，12为滑动方向，为锚固深度，为竖向预应力锚索偏心。由图可知，本发明滑坡治理方法，采用本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩对滑坡进行治理，所述抗滑桩的桩身横断面为等腰梯形，并且，在等腰梯形顶边一侧设置有若干竖向预应力锚索；所述等腰梯的形尺寸取值为：顶边长度与底边长度之比a/b取值范围0.6~0.8，高度与底边长度之比H/b取值范围（0.1~0.2）×tanθ；其中，θ为等腰梯形底角，取值范围70°~90°，并且，满足下式（1）：

           （1）

式中， 为顶边长度，单位为m； 为底边长度，单位为m； 为桩身受荷段长度，单位为m；为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m；

所述竖向预应力锚索底端置于桩体内，并将锚碇板安放在距离桩底20~30cm处，顶端为锚固端，安置在桩顶；并且，所述竖向预应力锚索的拉力设计值与滑坡推力之间的关系为下式（2）所示：

                 （2）

式中，为竖向预应力锚索轴向拉力设计值，单位kN；为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m；为桩身受荷段长度，单位为m；为滑坡防治工程设计安全系数；       为竖向预应力锚索偏心距，单位为m；

S1、针对水库及大江大河岸坡的大型及特大型滑坡，采用相关技术规范规定的方法确定滑坡推力E沿滑动方向的分布，并选定抗滑桩的支挡部位；

S2、根据滑坡推力和桩间距，依据上式（1）及上述比例拟定抗滑桩等腰梯形的几何尺寸，即顶边长度、底边长度、高度和等腰梯形底角θ；所述桩间距采用相关技术规范规定的方法确定；

S3、根据上式（2）确定预应力锚索的拉力设计值；

S4、假定均布荷载0.7××作用在等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩悬臂段，按照相关技术规范的规定进行推力计算、结构设计和施工；其中，为滑坡推力，单位为kN/m；为桩间距，单位为m；

S5、在制作钢筋笼时，在抗滑桩等腰梯形顶边一侧设置竖向预应力锚索，底端锚碇板安放在距离桩底20~30cm处，安装好预留导管之后在预留导管中穿入竖向预应力锚索，并将底端竖向预应力锚索锚固于锚碇板上；

S6、开挖好基坑以后，将制作好的抗滑桩钢筋笼放入基坑；要求抗滑桩等腰梯形的顶边位于滑坡体内侧，即抗滑桩受拉区；抗滑桩等腰梯形的底边位于滑坡体剪出口方向，即抗滑桩受压区；然后浇筑的混凝土；

S7、当混凝土达到设计强度的75%之后，进行预应力锚索的张拉过程，预应力的施加方法采用后张法，整个施工过程严格按照相关技术规范进行施工；

S8、对锚索的张拉分两次进行，第一次张拉分五级，前四级的拉力值分别为拉力设计值的25%、50%、75%和100%，分别稳定5分钟，最后一级的拉力值为拉力设计值的110%，稳定时间30分钟；锁定48小时后进行第二次补偿张拉，第二次张拉的级数和拉力值与第一次张拉相同；

S9、张拉完毕后，浇筑表层网格，滑坡治理完成；

其中，所述相关技术规范包括DB50/5029-2004《地质灾害防治工程设计规范》和GB50330-2013《建筑边坡工程技术规范》。

由于本发明融合了悬臂抗滑桩和预应力锚索抗滑桩的优点，将抗滑桩横断面设置成等腰梯形，有利于桩间土拱的形成，在抗滑桩受拉区设置竖向预应力锚索，显著增大抗滑桩的承载力。将桩底锚索置于桩内，由于梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩为钢筋混凝土结构，可不受地下水周期性浸泡侵蚀的影响，可以有效防止锚索腐蚀损坏，从而延长抗滑桩使用寿命。采用竖向预应力锚索，由竖向预应力锚索产生一负弯矩，用以抵消部分滑坡推力产生的正弯矩，减少桩顶挠度。由于混凝土抗压不抗拉的力学性质，就矩形截面抗滑桩的受力而言，使截面受拉区的混凝土没有发挥出最大效用。通过对矩形截面形状的改变 ，即把受拉区面积减小和受压区面积增大，进一步利用了混凝土在截面中的抗压性能，使得抗滑桩截面的抗弯承载力和抗弯刚度都得到了提升。

显然，本发明等腰梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩及其滑坡治理方法的有益技术效果是有利于桩间土拱的形成，显著增大了抗滑桩的承载力；并且，可以有效防止锚索腐蚀损坏，从而延长抗滑桩使用寿命。