專利名稱：樁-墻復合抗滑支擋治理結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及大型、特大型涉水滑坡地質災害防治領域，具體涉及一種樁-墻復合抗滑支擋治理結構。
背景技術：
我國是一個多山的國家，山地丘陵占國土總面積三分之二以上，顯著的地貌分異、復雜地質環境、頻繁災害性天氣，使我國成為世界上地質災害廣泛發育、致災嚴重的國家之一。地質災害是指有損于人類生存環境的一切動力地質過程及地質現象，包括崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、巖溶等類型，其中崩塌、滑坡、泥石流(簡稱“崩滑流”)占地質災害總數的80%以上。 值得指出的是，對于諸如三峽水庫岸坡的滑坡災害而言，由于滑坡體整體或局部受到庫水周期性浸泡(三峽水庫的庫水位一年一度變化于145m至175m之間，變化幅度30m)，土體物理力學參數劣化嚴重，且水庫水位變化過程中，滑坡體內地下水位響應滯后明顯，必然會出現較大的滲透力，加速滑坡穩定性衰減。如2003年三峽水庫第一次蓄水誘發了著名的千將坪滑坡，從2008年9月28日三峽水庫進行175m蓄水試驗至2009年3月18日，受試驗性蓄水和退水的影響，三峽水庫重慶庫區的巫山、巫溪、奉節、云陽、開縣、萬州等14區縣發生了 166處地質災害災情，崩滑體總體積約6024萬立方米，塌岸長度約14520m。所發生的166處災情點中，新生突發性災(險)情點121處，占水庫誘發災情的73%，如云陽的涼水井滑坡。對于滑坡災害，目前主要采用清方減載、回填反壓、懸臂抗滑樁、錨索抗滑樁、錨索格構、擋土墻、排水溝、截水溝等治理方法，其中采用懸臂抗滑樁(圖I)和錨索抗滑樁(圖2)是主要的滑坡治理技術類型，使用頻率占60% 70%。對于諸如三峽水庫岸坡的滑坡而言，滑坡體內地下水豐富，尤其是地下水變幅頻繁，不能采用預應力錨索抗滑樁，懸臂抗滑樁或者擋土墻是比較理想的滑坡災害治理技術。而從懸臂抗滑樁受力特性分析，懸臂段越長，在滑坡推力作用下懸臂段的彎矩急劇增大，導致抗滑樁截面尺寸成倍增大、配筋量成倍增加，投資急劇增大；而對于擋土墻而言，相關技術規范強制性規定，高度超過Sm后，擋土墻結構的安全性顯著降低，工程上嚴禁采用。因此，對于涉水滑坡治理而言，尤其是厚度較大的涉水滑坡，懸臂抗滑樁或者擋土墻單獨使用均存在明顯缺陷。目前，我國水利水電工程提速建設，三峽水庫、黃河小浪底水庫等大型、特大型水利水電工程相繼建成運行，庫岸滑坡數量日漸增多，尤其出現了眾多厚度深、方量大的大型特大型滑坡，探索庫岸大型特大型滑坡災害的有效治理方法，具有重要現實意義。
發明內容
針對背景技術中的問題，本發明提出了一種樁-墻復合抗滑支擋治理結構，包括懸臂抗滑樁和擋土墻，懸臂抗滑樁下部錨固在滑床中，多根相互間隔的懸臂抗滑樁并列成排，擋土墻設置于所述多根懸臂抗滑樁頂端；懸臂抗滑樁位置處的擋土墻重心線位于懸臂抗滑樁的重心線內側、靠近次生滑坡體的位置處，滑坡體的作用力在懸臂抗滑樁上產生一正彎矩，擋土墻的作用力在懸臂抗滑樁上產生一與正彎矩方向相反的負彎矩。采用前述結構后，滑坡體的作用力作用到懸臂抗滑樁上后，會在懸臂抗滑樁上產生一正彎矩，由于擋土墻的重心線位于懸臂抗滑樁的重心線內側、靠近次生滑坡體的位置處，這就使得擋土墻的重量可以對懸臂抗滑樁產生一與正彎矩相反的負彎矩，用以抵消正彎矩所帶來的負面效應，從而使懸臂抗滑樁的樁頂撓度減少50% 60%，同時還可使懸臂抗滑樁樁身所承受的最大彎矩降低40% 50%，從而降低對懸臂抗滑樁的結構強度的要求，使抗滑樁造價降低30%左右(用于制作懸臂抗滑樁的材料成本和施工成本大大高于制作相同體積的擋土墻，懸臂抗滑樁一般采用鋼筋混凝土結構，而擋土墻可采用施工地區就近采集的碎石，通過混凝土澆筑形成石料和混凝土結合的砌體結構)；除了前述的效果外，擋土墻還可以對次生滑坡體(次生滑坡體是由懸臂抗滑樁頂部對土體的水平剪切造成的)起到阻擋作用，使懸臂抗滑樁的高度可以得到縮減。
針對前述方案，本發明還提出了如下的優選結構所述擋土墻下端面的一部分與懸臂抗滑樁頂端連接，擋土墻下端面的另外一部分懸置，擋土墻上的懸置部分位于懸臂抗滑樁和次生滑坡體之間。擋土墻上的懸置部分的重力作用到擋土墻和懸臂抗滑樁的連接部，這就使作用到懸臂抗滑樁上的負彎矩得到了進一步增大；進一步地，本發明還對前述結構作了如下改進相鄰兩根懸臂抗滑樁之間的間隙處設置有樁頂梁，樁頂梁兩端分別與兩根懸臂抗滑樁固定連接；擋土墻上位于相鄰兩根懸臂抗滑樁之間的懸空段置于樁頂梁上，且懸空段與樁頂梁固定連接。樁頂梁可以更加有效地將擋土墻懸空段的作用力傳遞到懸臂抗滑樁上，使負彎矩的效果得到進一步加強。與現有技術相似的是，本發明還在懸臂抗滑樁上方位置處的擋土墻結構體上設置了沉降縫，縫寬3 5cm。沉降縫的設置位置可采用如下的優選實施方案每間隔兩根懸臂抗滑樁設置一沉降縫。基于前述方案，本發明還提出了如下的優選擋土墻結構擋土墻截面為直角梯形，直角梯形的直角邊靠近次生滑坡體。本發明還提出了如下的優選結構尺寸確定方式擋土墻和懸臂抗滑樁之間水平方向上的結構尺寸關系由下式確定Sq =_{2,B — ci) — 0.5h H--—-
33(b + B)同時，上式中的參數a、B、h還應滿足如下關系B = h+l、a:B的比值取0. 5 0. 8 ；式中 為擋土墻的墻重心線和懸臂抗滑樁的樁重心線之間的水平距離，b為懸臂抗滑樁寬度，h為懸臂抗滑樁厚度，a為擋土墻頂寬，B為擋土墻底寬；前述尺寸參數的單位均為米。擋土墻和懸臂抗滑樁之間豎直方向上的結構尺寸關系如下懸臂抗滑樁I高度為L，擋土墻2高度為H，當3m彡L彡IOm時，H取3m，L > 30m時，H取8m ;當IOm < L彡30m時，L H的比值取4 5。本發明與現有技術相比，有益效果在于由于懸臂抗滑樁為鋼筋混凝土結構，擋土墻為混凝土和石料復合的砌體結構，不受地下水周期性浸泡侵蝕的影響。擋土墻向懸臂抗滑樁施加可以抵消滑坡體的負面作用的負彎矩，可顯著減少懸臂抗滑樁的尺寸，大大節省工程造價。
圖I、單獨采用懸臂抗滑樁治理滑坡時的結構示意圖；圖2、采用預應力錨索抗滑樁治 理滑坡時的結構示意圖；圖3、本發明的結構示意圖一；圖4、本發明的結構示意圖二 ；圖5、本發明結構的剖面示意圖；圖6、設置有擋土墻和未設置擋土墻時，懸臂抗滑樁的重心線的變形曲線比較示意圖；圖7、單獨采用懸臂抗滑樁治理滑坡時，懸臂抗滑樁的樁身所承受的彎矩示意圖；圖8、本發明結構中，懸臂抗滑樁的樁身所承受的彎矩示意圖。其中所示標記分別為懸臂抗滑樁I、擋土墻2、樁頂梁3、滑坡體的滑動面4、滑坡體5、滑坡體的滑動方向6、滑床7、擋土墻的重心線8、懸臂抗滑樁的重心線9、未設置擋土墻結構時滑坡體推力作用下的懸臂抗滑樁重心線變形曲線10、設置了擋土墻結構后滑坡體推力作用下的懸臂抗滑樁重心線變形曲線11、未設置擋土墻結構時樁身彎矩區域12、設置了擋土墻結構后樁身彎矩區域13、次生滑坡體14、次生滑坡體的滑動面15、次生滑坡體的滑動方向16。
具體實施例方式本發明的方案是一種樁-墻復合抗滑支擋治理結構，其特征在于包括懸臂抗滑樁I和擋土墻2，懸臂抗滑樁I下部錨固在滑床7中，多根相互間隔的懸臂抗滑樁I并列成排，擋土墻2設置于所述多根懸臂抗滑樁I頂端；懸臂抗滑樁I位置處的擋土墻2重心線位于懸臂抗滑樁I的重心線內側、靠近次生滑坡體14的位置處，滑坡體5的作用力在懸臂抗滑樁I上產生一正彎矩，擋土墻2的作用力在懸臂抗滑樁I上產生一與正彎矩方向相反的負彎矩。采用本發明結構后，由于擋土墻2的重心線位于懸臂抗滑樁I的重心線內側、靠近次生滑坡體14的位置處，這就相當于在懸臂抗滑樁I上施加了一與正彎矩作用方向相反的負彎矩，正彎矩和負彎矩的相互作用下，就抵消了滑坡體對懸臂抗滑樁I造成的負面效果，使懸臂抗滑樁I可以提供更大的支擋力，反之，在提供相同支擋力的條件下，可以使懸臂抗滑樁I的尺寸得到大幅縮短；同時，現有技術中為了避免因懸臂抗滑樁I樁頂的剪切作用而出現次生滑坡，需要將懸臂抗滑樁I的高度制作得足夠高，而采用本發明結構后，擋土墻2客觀上對次生滑坡體起到了支擋作用，這就節省了懸臂抗滑樁I的高度；這種結構除了前述的好處外，由于結構上未使用金屬錨固件，這使得本發明結構還具有不受地下水周期性浸泡侵蝕影響的優點，使用壽命更長，同時也使得懸臂抗滑樁I的支擋效果得到了最大限度的利用。本發明中由擋土墻2產生的負彎矩的作用效果，可通過如下方法來進行驗證為了便于計算，我們不妨以截面為直角梯形的擋土墻2來進行說明，直角梯形的直角邊靠近次生滑坡體一側，則由直角梯形結構的擋土墻2所產生的負彎矩Mtl的數值可由下式計算得出
M0 = —(a + B)HeilSyi;l,丨..墻式中a為擋土墻2頂寬，單位米；B為擋土墻2底寬，單位米；H為擋土墻2高度，單位米；Y 為擋土墻2圬工材料容重，單位kN/m3 ;S為懸臂抗滑樁I的間距，單位米&為擋土墻2重心線與懸臂抗滑樁I重心線之間的水平距離。設某滑坡體厚度15m，推力為1500kN/m，則滑動面處由滑坡體作用力形成的正彎矩大小為11250kN.m，采用普通抗滑樁治理，抗滑樁上僅懸臂段長度就需要15m才能滿足支擋要求，實際樁長還要考慮錨固段長度，則抗滑樁樁長肯定大于15m，樁橫截面尺寸bXh為2mX3m，這種尺寸的鋼筋混凝土抗滑樁工程造價在8萬元左右；采用本發明結構后，懸 臂抗滑樁I高度僅需10m，由懸臂抗滑樁I頂端的水平剪切作用形成的次生滑坡體僅需再設置3m高的擋土墻2就可滿足支擋需求，以L=10m、H=3m、b=2m, a=3m, B=4m為例，可求得e0=l. 33m，代入上式，可進一步求得負彎矩Mci=MSSkN. m，負彎矩占正彎矩的13. 2%，據此，采用本發明方案后，樁身錨固段最大彎矩降低了近20%，懸臂抗滑樁I的懸臂段長度僅為10m，與現有技術相比減少了(15-10)/15=30%左右的長度，單根懸臂抗滑樁I造價降低到6萬元左右。采用本發明方案后，懸臂抗滑樁I樁長可顯著減小，成本顯著降低，同時，本發明可在地下水位升降變化頻繁的地區采用，完全不受地下水周期性的侵蝕影響。基于前述的方案，本發明還提出了如下的優選結構方式所述擋土墻2下端面的一部分與懸臂抗滑樁I頂端連接，擋土墻2下端面的另外一部分懸置，擋土墻2上的懸置部分位于懸臂抗滑樁I和次生滑坡體14之間。擋土墻2懸置部分的作用力可以有效地增大負彎矩的效果；相鄰兩根懸臂抗滑樁I之間的擋土墻2上存在懸空段，為了使擋土墻2上的懸空段的作用力能夠更加有效地傳遞到兩側的懸臂抗滑樁I上，本發明還作了如下改進相鄰兩根懸臂抗滑樁I之間的間隙處設置有樁頂梁3，樁頂梁3兩端分別與兩根懸臂抗滑樁I固定連接；擋土墻2上位于相鄰兩根懸臂抗滑樁I之間的懸空段置于樁頂梁3上，且懸空段與樁頂梁3固定連接。本發明在前述方案的基礎上，還在本發明的結構體上布置了現有技術中普遍采用的沉降縫懸臂抗滑樁I上方位置處的擋土墻2結構體上設置有沉降縫，縫寬3 5cm。每間隔兩根懸臂抗滑樁I設置一沉降縫。基于前述的方案，本發明還提出了一種優選的擋土墻2結構擋土墻2截面為直角梯形，直角梯形的直角邊靠近次生滑坡體14。這種結構的擋土墻2，其重量大部分都集中在直角梯形上的直角邊一側，使擋土墻2的重量有效地轉化為負彎矩，降低結構冗余；基于前述的直角梯形結構形式的擋土墻2，本發明還提出了如下的方案來確定結構體上的各種參數擋土墻2和懸臂抗滑樁I之間水平方向上的結構尺寸關系由下式確定e0 =i(25 -a)- 0.5/ + CiB
33(b + B)
同時，上式中的參數a、B、h還應滿足如下關系B = h+l、a:B的比值取0. 5 0. 8 ；式中e(l為擋土墻2的墻重心線8和懸臂抗滑樁I的樁重心線9之間的水平距離，b為懸臂抗滑樁I寬度，h為懸臂抗滑樁I厚度，a為擋土墻2頂寬，B為擋土墻2底寬；前述尺寸參數的單位均為米。擋土墻2和懸臂抗滑樁I之間豎直方向上的結構尺寸關系如下懸臂抗滑樁I高度為L，擋土墻2高度為H，當3m≥L一IOm時，H取3m，L > 30m時，H取8m ;當IOm < L≤30m時，L H的比值取4 5。本發明的結構可采用如下的施工步驟，(I)針對庫岸滑坡地帶，根據滑坡體的地形地貌條件和滑坡推力大小，選定抗滑支擋部位，按照設計的懸臂抗滑樁I尺寸進行施工；
(2)在懸臂抗滑樁I樁頂施工建設樁頂梁3，樁頂梁3采用C20或C25鋼筋混凝土制作，按照目前國家相關技術標準和規范進行樁頂梁3配筋，與懸臂抗滑樁I樁頂鋼筋搭接后現場澆筑；(3)按照設計尺寸制作擋土墻2。
權利要求
1.ー種樁-墻復合抗滑支擋治理結構，其特征在于包括懸臂抗滑樁(I)和擋土墻(2)，懸臂抗滑樁(I)下部錨固在滑床(7)中，多根相互間隔的懸臂抗滑樁(I)并列成排，擋土墻(2)設置于所述多根懸臂抗滑樁(I)頂端； 懸臂抗滑樁(I)位置處的擋土墻(2)重心線位于懸臂抗滑樁(I)的重心線內側、靠近次生滑坡體(14)的位置處，滑坡體(5)的作用力在懸臂抗滑樁(I)上產生一正彎矩，擋土墻(2)的作用力在懸臂抗滑樁(I)上產生一與正彎矩方向相反的負彎矩。
2.根據權利要求I所述的樁-墻復合抗滑支擋治理結構，其特征在于所述擋土墻(2)下端面的一部分與懸臂抗滑樁(I)頂端連接，擋土墻(2)下端面的另外一部分懸置，擋土墻(2)上的懸置部分位于懸臂抗滑樁(I)和次生滑坡體(14)之間。
3.根據權利要求I所述的樁-墻復合抗滑支擋治理結構，其特征在于相鄰兩根懸臂抗滑樁(I)之間的間隙處設置有樁頂梁(3 )，樁頂梁(3 )兩端分別與兩根懸臂抗滑樁(I)固定連接；擋土墻(2)上位于相鄰兩根懸臂抗滑樁(I)之間的懸空段置于樁頂梁(3)上，且懸空段與樁頂梁(3)固定連接。
4.根據權利要求3所述的樁-墻復合抗滑支擋治理結構，其特征在于懸臂抗滑樁(I)上方位置處的擋土墻(2)結構體上設置有沉降縫，縫寬3 5cm。
5.根據權利要求3所述的樁-墻復合抗滑支擋治理結構，其特征在于每間隔兩根懸臂抗滑樁(I)設置ー沉降縫。
6.根據權利要求I所述的樁-墻復合抗滑支擋治理結構，其特征在于擋土墻(2)截面為直角梯形，直角梯形的直角邊靠近次生滑坡體(14)。
7.根據權利要求6所述的樁-墻復合抗滑支擋治理結構，其特征在于擋土墻(2)和懸臂抗滑樁(I)之間水平方向上的結構尺寸關系由下式確定
全文摘要
本發明公開了一種樁-墻復合抗滑支擋治理結構，包括懸臂抗滑樁和擋土墻，懸臂抗滑樁下部錨固在滑床中，多根相互間隔的懸臂抗滑樁并列成排，擋土墻設置于所述多根懸臂抗滑樁頂端；懸臂抗滑樁位置處的擋土墻重心線位于懸臂抗滑樁的重心線內側、靠近次生滑坡體的位置處，滑坡體的作用力在懸臂抗滑樁上產生一正彎矩，擋土墻的作用力在懸臂抗滑樁上產生一與正彎矩方向相反的負彎矩。本發明與現有技術相比，有益效果在于由于懸臂抗滑樁為鋼筋混凝土結構，擋土墻為混凝土和石料復合的砌體結構，不受地下水周期性浸泡侵蝕的影響。擋土墻向懸臂抗滑樁施加可以抵消滑坡體的負面作用的負彎矩，可顯著減少懸臂抗滑樁的尺寸，大大節省工程造價。
文檔編號E02B3/12GK102733354SQ201210251209
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者唐蘭, 唐紅梅, 陳洪凱 申請人:唐蘭, 唐紅梅, 陳洪凱