一种具有排水及抗滑作用的碎石‑变截面桩复合结构及其施工方法与流程

本发明涉及岩土支挡结构及边坡治理领域，特别涉及一种边坡支护用复合结构及其施工方法。

背景技术：

我国地质灾害频发，其中滑坡灾害是最主要的地质灾害之一。降雨及库水位变化等与地下水相关的因素是滑坡灾害的主要诱因之一。大约70％的滑坡灾害均与降雨及地下水活动相关。另外，我国普遍存在一类地下水活动对其影响十分显著的滑坡类型，即平推式滑坡。如2004四川省达州市宣汉县大滑坡和非常著名的三峡库区万州和平广场滑坡群均为平推式滑坡。为防止地下水渗流相关的滑坡地质灾害，排水及抗滑措施是最为主要的防治对策。

现有技术中，传统的钢筋混凝土抗滑桩不具有排水功能且在一定程度上减少了坡体内部水的渗流通道。一些新型的空心桩，虽然同时考虑了桩体的排水和抗滑，但将桩制作中空明显减弱桩本身的抗剪和抗弯能力。因此，现有的滑坡治理工程中的抗滑桩：要么排水性能较好但桩的剪切及弯曲强度减弱；要么保证了桩的强度要求，但没有排水效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有排水及抗滑作用的碎石-变截面桩复合结构及其施工方法，在保证较好的抗弯抗剪性能的条件下，保证良好的集水排水作用，提高边坡的稳定性。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种具有排水及抗滑作用的碎石-变截面桩复合结构，包括：植入滑坡体内的钢筋混凝土变截面桩。

所述钢筋混凝土变截面桩包括小截面桩和大截面桩。所述大截面桩设置于小截面桩的底部。所述小截面桩和大截面桩为一个整体。

所述大截面桩穿过滑动面后，嵌入下方的稳定基岩中。所述大截面桩内预留有若干个竖向泄水孔。

所述小截面桩桩周外侧围裹有外围碎石集-排水圈。所述外围碎石集-排水圈包括碎石层和反滤层。

所述反滤层设置于大截面桩上方。所述泄水孔连通反滤层的下表面和大截面桩的下表面。所述反滤层外围包覆有土工布。

所述碎石层设置于反滤层上方。所述碎石层采用级配均匀的碎石料分层填充，每层厚度不超过500mm。碎石最大粒径为a，其中a≤200mm。所述碎石层顶面低于小截面桩桩顶200mm～300mm。

所述碎石层的上方还具有粘土层。所述粘土层采用粘土压实填充至桩顶与地表平整。

所述钢筋混凝土变截面桩的桩底铺设有碎石排水垫层。所述碎石排水垫层采用级配均匀的碎石料分层填充，厚度为50～100mm。滑坡体内汇集的地下水通过泄水孔渗入到碎石排水垫层，之后到达透水层排出。

进一步，所述大截面桩顶部高出滑动面的高度为b，嵌入稳定基岩中的深度为c。其中，c≥3m，b≥1/3c。所述小截面桩和大截面桩均为圆桩。所述小截面桩和大截面桩的桩径比为m，其中1/2＜m＜2/3。

进一步，当钢筋混凝土变截面桩的桩底穿过稳定基岩未达到透水层时，碎石排水垫层底部还具有若干个导水孔。所述导水孔穿过裂隙岩体到达透水层。所述导水孔直径为d，其中d≥100mm。

进一步，所述小截面桩和大截面桩均为方桩。所述小截面桩和大截面桩的最大边长比为n，其中1/2＜n＜2/3。

进一步，所述碎石排水垫层包括粗砂垫层和碎石垫层。

进一步，所述钢筋混凝土变截面桩内具有桩体主筋和桩体螺旋箍筋。所述桩体主筋和桩体螺旋箍筋共同构成钢筋笼。

进一步，所述反滤层分为3层，从上到下依次为细沙层、中粗沙层和砾石层。

本发明还公开一种关于上述的具有排水及抗滑作用的碎石-变截面桩复合结构的施工方法，包括以下步骤：

1)预制钢筋混凝土变截面桩。

2)根据地质条件，开挖桩孔至设计深度。所述桩孔的截面尺寸大于大截面桩的截面尺寸。

3)在桩孔底部铺设碎石排水垫层。

4)起吊钢筋混凝土变截面桩，对准桩位，调整钢筋混凝土变截面桩的垂直度，然后将钢筋混凝土变截面桩放入桩孔内至设计标高。

5)桩孔设计位置围裹土工布，分层施作反滤层。

6)分层充填并压实碎石层至设计高度。

7)在碎石层上覆盖粘土层至与地表平整。

进一步，步骤3)中，在铺设桩底碎石垫层之前，在桩底还钻设有导水孔。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.外围碎石集-排水圈减弱了地下水对滑坡体的影响，减小了滑坡体内动水压力，提高了坡体的稳定性；

B.钢筋混凝土变截面桩的抗剪、抗弯强度大，有效提高了边坡抗滑力；

C.降低了边坡治理工程施工成本，加快了施工进度。

附图说明

图1为碎石-变截面桩复合结构示意图Ⅰ；

图2为钢筋混凝土变截面桩结构示意图；

图3为A-A截面图；

图4为B-B截面图；

图5为碎石-变截面桩复合结构示意图Ⅱ；

图6为M局部放大图；

图7为C-C截面图。

图中：钢筋混凝土变截面桩1、小截面桩101、大截面桩102、泄水孔1021、钢筋笼103、外围碎石集-排水圈5、碎石层501、反滤层502、细沙层5021、中粗沙层5022、砾石层5023、土工布6、碎石排水垫层8、粗砂垫层801、碎石垫层802、导水孔10、滑坡体11、滑动面12、稳定基岩13、透水层14、粘土层15。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种具有排水及抗滑作用的碎石-变截面桩复合结构，包括：植入滑坡体11内的钢筋混凝土变截面桩1。

参见图2，所述钢筋混凝土变截面桩1包括小截面桩101和大截面桩102。所述大截面桩102设置于小截面桩101的底部。所述小截面桩101和大截面桩102为一个整体。所述钢筋混凝土变截面桩1内具有桩体主筋1031和桩体螺旋箍筋1032。所述桩体主筋1031和桩体螺旋箍筋1032共同构成钢筋笼103。

参见图1、图3和图4，所述小截面桩101和大截面桩102均为圆桩。所述小截面桩101和大截面桩102的桩径比为m，其中1/2＜m＜2/3。

参见图1和图4，所述大截面桩102穿过滑动面12后，嵌入下方的稳定基岩13中，嵌入深度满足边坡抗滑稳定性要求。所述大截面桩102的桩底穿过稳定基岩透水层。所述大截面桩102顶部高出滑动面12的高度为b，嵌入稳定基岩13中的深度为c。其中，c≥3m，b≥1/3c。所述大截面桩102上表面预留有4个竖向泄水孔1021。所述泄水孔1021的直径和数目满足桩身抗剪强度及排水能力的要求。

参见图1和图3，所述小截面桩101桩周外侧围裹有外围碎石集-排水圈5。所述外围碎石集-排水圈5包括碎石层501和反滤层502。

所述反滤层502设置于大截面桩102上方。所述反滤层502的下表面与大截面桩102的上表面紧贴。所述泄水孔1021连通反滤层502的下表面和大截面桩102的下表面。所述反滤层502的外围包覆有土工布6，防止水平向渗流造成泄水孔1021堵塞。

所述碎石层501设置于反滤层502上方。所述碎石层501的下表面与反滤层502的上表面紧贴。所述碎石层501采用级配均匀的碎石料分层填充，每层厚度不超过500mm。碎石最大粒径为a，其中a≤200mm。所述碎石层501顶面低于小截面桩101桩顶200mm～300mm。

参见图1，所述碎石层501的上方还具有粘土层15。所述粘土层15采用隔水性能好的粘土压实填充至桩顶与地表平整。

所述钢筋混凝土变截面桩1的桩底还铺设有碎石排水垫层8。所述碎石排水垫层8采用级配均匀的碎石料分层填充，厚度为50～100mm。所述碎石排水垫层8所用碎石料的最大粒径为e，其中e≤2/3d。滑坡体11内汇集的地下水通过泄水孔1021渗入到碎石排水垫层8，之后到达透水层14排出。

实施例2：

本实施例公开一种具有排水及抗滑作用的碎石-变截面桩复合结构，包括：植入滑坡体11内的钢筋混凝土变截面桩1。

所述钢筋混凝土变截面桩1包括小截面桩101和大截面桩102。所述大截面桩102设置于小截面桩101的底部。所述小截面桩101和大截面桩102为一个整体。所述钢筋混凝土变截面桩1内具有桩体主筋1031和桩体螺旋箍筋1032。所述桩体主筋1031和桩体螺旋箍筋1032共同构成钢筋笼103。

参见图5和图6，所述大截面桩102穿过滑动面12后，嵌入下方的稳定基岩13中，嵌入深度满足边坡抗滑稳定性要求。所述大截面桩102的桩底未穿过稳定基岩透水层。所述大截面桩102顶部高出滑动面12的高度为b，嵌入稳定基岩13中的深度为c。其中，c≥3m，b≥1/3c。所述大截面桩102上表面预留有4个竖向泄水孔1021。所述泄水孔1021的直径和数目满足桩身抗剪强度及排水能力的要求。

参见图7，所述小截面桩101和大截面桩102均为方桩。所述小截面桩101和大截面桩102的最大边长比为n，其中1/2＜n＜2/3。

参见图6，所述小截面桩101桩周外侧围裹有外围碎石集-排水圈5。所述外围碎石集-排水圈5包括碎石层501和反滤层502。

所述反滤层502设置于大截面桩102上方。所述反滤层502的下表面与大截面桩102的上表面紧贴。所述泄水孔1021连通反滤层502的下表面和大截面桩102的下表面。所述反滤层502的外围包覆有土工布6，防止水平向渗流造成泄水孔堵塞1021。根据实际工程中被保护土的Cu值确定，所述反滤层502分为3层，从上到下依次为细沙层5021、中粗沙层5022和砾石层5023。所述砾石层5023所使用碎石料的最大粒径为f,其中f≤2/3d。

所述碎石层501设置于反滤层502上方。所述碎石层501的下表面与反滤层502的上表面紧贴。所述碎石层501采用级配均匀的碎石料分层填充，每层厚度不超过500mm。碎石最大粒径为a，其中a≤200mm。所述碎石层501低于小截面桩101桩顶200mm～300mm。

所述碎石层501的上方还具有粘土层15。所述粘土层15采用隔水性能好的粘土压实填充至桩顶与地表平整。

所述钢筋混凝土变截面桩1的桩底还铺设有碎石排水垫层8。所述碎石排水垫层8采用级配均匀的碎石料分层填充，厚度为50～100mm。所述碎石排水垫层8包括粗砂垫层801和碎石垫层802。所述碎石排水垫层8所用碎石料的最大粒径为e，其中e≤2/3d。

碎石排水垫层8底部还具有4个导水孔10。所述导水孔10穿过裂隙岩体到达透水层。所述导水孔10直径为d，其中d≥100mm。滑坡体11内汇集的地下水通过泄水孔1021渗入碎石排水垫层8，并通过导水孔10导入透水的裂隙岩体层排出。

实施例3：

本实施例公开一种关于实施例1所述具有排水及抗滑作用的碎石-变截面桩复合结构的施工方法，包括以下步骤：

1)预制钢筋混凝土变截面桩1。

2)根据地质条件，开挖桩孔至设计深度。所述桩孔的直径为x,大截面桩102的直径为y。其中，x-y＝20～50mm。

3)在桩孔底部铺设碎石排水垫层8。

4)起吊钢筋混凝土变截面桩1，对准桩位，调整钢筋混凝土变截面桩1的垂直度，然后将钢筋混凝土变截面桩1放入桩孔内至设计标高。

5)桩孔设计位置围裹土工布6，分层施作反滤层502。

6)分层充填并压实碎石层501至设计高度。

7)在碎石层501上覆盖粘土层15至与地表平整。

实施例4：

本实施例公开一种关于实施例2所述具有排水及抗滑作用的碎石-变截面桩复合结构的施工方法，包括以下步骤：

1)预制钢筋混凝土变截面桩1。

2)根据地质条件，开挖桩孔至设计深度。所述桩孔的最大边长为p，大截面桩102的最大边长为q。其中，p-q＝20～50mm。

3)在钻孔底部钻设导水孔10，之后铺设碎石排水垫层8。

4)起吊钢筋混凝土变截面桩1，对准桩位，调整钢筋混凝土变截面桩1的垂直度，然后将钢筋混凝土变截面桩1放入桩孔内至设计标高。

5)桩孔设计位置围裹土工布6，分层施作反滤层502。

6)分层充填并压实碎石层501至设计高度。

7)在碎石层501上覆盖粘土层15至与地表平整。