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

本发明专利技术提供了一种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(1)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。本发明专利技术还提供了基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系的滑坡推力计算方法、倾角优化方法以及施工方法。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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

技术介绍
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，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采用的技术方案为：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Wi，Wi代表第i个条块的重量；计算第i个条块的剩余下滑力Fi，Fi的作用方向与第i个条块的滑面方向相同，即第i个条块的滑面与水平面夹角为αi；首先，假定一个Fs值，从坡顶处开始计算，此时，i＝1，由于坡顶上侧没有力，故Fi-1＝F0＝0kN，通过下式(1)计算Fi，即得到F1；Fi＝Wisinαi-{[Wicosαi+Fi-1sin(αi-1-αi)]tanφi+cili}/Fs+Fi-1cos(αi-1-αi)(1)然后依次计算各个条块的剩余下滑力Fi，直至到坡足条块的Fi，由于坡足条块的下侧也没有力，故Fi为0，反复试算Fs，直到满足坡足条块的剩余下滑力Fi＝0kN，此时的Fs即为滑坡的安全系数；Fs确定后，再根据式(1)反推作用于抗滑桩的滑坡体作用力，即剩余下滑力Fi；式(1)中，φi代表第i个条块的岩土体内摩擦角；ci代表第i个条块的岩土体粘聚力；li代表第i个条块的滑面长度；Fs代表安全系数；αi-1代表第i-1个条块的滑面与水平面夹角；Fi-1代表第i-1个条块的剩余下滑力。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Fx和Fy，Fx代表滑坡作用于垂直于所述抗滑桩桩身方向的力，Fy代表滑坡作用于平行于所述抗滑桩桩身方向的力；第i+1条块的法向作用力：Ni+1＝Wi+1cosαi+1+Fisin(αi-αi+1)(2)第i+1条块的切向作用力：Ti+1＝Ni+1tanφi+cili+1(3)Fy＝Fisin(αi+β)+Wkcosβ-Ti+1sin(αi+1+β)-Ni+1cos(αi+1+β)(4)Fx＝Ficos(αi+β)-Wksinβ-Ti+1cos(αi+1+β)+Ni+1sin(αi+1+β)(5)其中，Wi+1代表第i+1个条块的重量；Wk代表第i+1个条块中，下三角条块的重量；li+1代表第i+1个条块的滑面长度；αi+1代表第i+1个条块的滑面与水平面夹角；通过调整所述抗滑桩的倾角β，当Fx最小时，确定此时的倾角β为所述抗滑桩的最优倾角，从而使所述抗滑桩的剪切受力最小。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Fx和Fy，当Fx最小时，确定此时的倾角β为所述抗滑桩的最优倾角；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。本专利技术的有益效果：1、本专利技术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、本专利技术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、本专利技术抗滑桩的桩身倾斜，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、本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系，其特征在于，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(1)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。/n

【技术特征摘要】
1.基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系，其特征在于，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(1)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。


2.根据权利要求1所述的基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系，其特征在于，所述抗滑桩(1)为钻孔扩底灌注桩。


3.根据权利要求1所述的基于倾斜抗滑桩的滑坡支护体系的滑坡推力计算方法，其特征在于，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：
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Wi，Wi代表第i个条块的重量；
计算第i个条块的剩余下滑力Fi，Fi的作用方向与第i个条块的滑面方向相同，即第i个条块的滑面与水平面夹角为αi；
首先，假定一个Fs值，从坡顶处开始计算，此时，i＝1，由于坡顶上侧没有力，故Fi-1＝F0＝0kN，通过下式(1)计算Fi，即得到F1；
Fi＝Wisinαi-{[Wicosαi+Fi-1sin(αi-1-αi)]tanφi+cili}/Fs+Fi-1cos(αi-1-αi)(1)
然后依次计算各个条块的剩余下滑力Fi，直至到坡足条块的Fi，由于坡足条块的下侧也没有力，故Fi为0，反复试算Fs，直到满足坡足条块的剩余下滑力Fi＝0kN，此时的Fs即为滑坡的安全系数；
Fs确定后，再根据式(1)反推作用于抗滑桩(1)的滑坡体作用力，即剩余下滑力Fi；
式(1)中，φi代表第i个条块的岩土体内摩擦角；ci代表第i个条块的岩土体粘聚力；li代表第i个条块的滑面长度；Fs代表安全系数；αi-1代表第i-1个条块的滑面与水平面夹角；Fi-1代表第i-1个条块的剩余下滑力。


4.根据权利要求3所述的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，其特征在于，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Fx和Fy，Fx代表滑坡作用于垂直于所述抗滑桩(1)桩身方向的力，Fy代表滑坡作用于平行于所述抗滑桩(1)桩身方向的力；
第i+1条块的法向作用力：Ni+1＝Wi+1cosαi+1+Fisin(αi-αi+1)(2)
第i+1条块的切向作用力：Ti+1＝Ni+1tanφi+cili+1(...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋健，谢华威，陆朱汐，高玉峰，姬建，张飞，丰土根，张箭，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32