抗滑樁支擋加固邊坡專利技術(shù)綜述

■謝偉魏 ■國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163

1 引言

邊坡(side slope)是自然或人工形成的斜坡，是人類工程活動(dòng)中最基本的地質(zhì)環(huán)境之一，礦山、水利、交通等部門都涉及大量的邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，例如土壩、土堤、路基、基坑等土建工程中經(jīng)常遇到邊坡/斜坡穩(wěn)定問(wèn)題。

邊坡的防護(hù)包括坡體支擋加固和坡面防護(hù)兩個(gè)方面。坡體支擋是針對(duì)坡體變形進(jìn)行的支擋加固措施，坡體變形指山體或斜坡體工程地質(zhì)條件差，有不良巖體結(jié)構(gòu)、不利結(jié)構(gòu)面或軟弱夾層，邊坡高度較高時(shí)可能產(chǎn)生規(guī)模較大的滑坡、崩塌等整體失穩(wěn)變形。當(dāng)邊坡失穩(wěn)滑坡時(shí)，由于滑坡體的巨大勢(shì)能，加之可能較大的雨水，滑坡體在脫離母巖后形成高速的災(zāi)害體，帶來(lái)毀滅性的破壞和重大人員傷亡。對(duì)于坡體變形，必須采取工程支擋措施，常見(jiàn)的有錨固類措施，例如錨桿、錨索、錨釘?shù)?擋墻類措施，例如懸臂式擋土墻、預(yù)制式擋土墻、土釘墻等;抗滑樁類措施，例如抗滑樁支擋、樁錨結(jié)合、樁墻復(fù)合支擋等，其中抗滑樁類支擋措施為本領(lǐng)域最為常用。

坡面防護(hù)是指坡體自身是穩(wěn)定的，但坡面在外界因素作用下，因剝蝕、風(fēng)化、沖刷等產(chǎn)生了坡面變形，如碎落、剝落、落石、溜坍、沖溝等，一般不會(huì)危及生命安全，但是會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)極大影響。對(duì)于坡面防護(hù)則采取諸如植草、種樹(shù)、鋪設(shè)草皮草毯、網(wǎng)格防護(hù)、預(yù)制磚塊護(hù)面墻等手段。

2 邊坡植物防護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

IPC分類號(hào)E02D17/20涉及邊坡或斜坡的穩(wěn)定，以IPC分類號(hào)E02D17/20下公開(kāi)日在2014年1月1日以前的所有文獻(xiàn)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，以DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源。對(duì)該分類號(hào)下的抗滑樁類支擋加固邊坡進(jìn)行篩選，并對(duì)得到的文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)其申請(qǐng)量隨年份變化、各國(guó)申請(qǐng)占比、申請(qǐng)人情況等數(shù)據(jù)，梳理技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。

圖1 抗滑樁支擋加固邊坡全球及中國(guó)各年度申請(qǐng)量分布圖

2．1 年度申請(qǐng)量分布情況及主要申請(qǐng)國(guó)申請(qǐng)總量占比

圖1是抗滑樁支擋加固邊坡全球及我國(guó)各年度專利申請(qǐng)量分布情況，從圖1可以看出全球申請(qǐng)量總體上呈現(xiàn)隨年份逐步增長(zhǎng)的狀態(tài)，我國(guó)申請(qǐng)起步較晚，在2002年之前申請(qǐng)量幾乎為零，而2008年之后申請(qǐng)量迅速增加并幾乎接近全球申請(qǐng)量，反映了我國(guó)邊坡防護(hù)領(lǐng)域技術(shù)人員的專利保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)。

圖2是主要申請(qǐng)國(guó)申請(qǐng)量占比圖，從圖中可以看出申請(qǐng)總量排在全球前三位的分別是中國(guó)、日本、韓國(guó)，我國(guó)專利申請(qǐng)雖然起步較晚，但近年來(lái)申請(qǐng)量呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，使得總的申請(qǐng)量躍居全球首位。抗滑樁支擋加固邊坡領(lǐng)域，我國(guó)主要申請(qǐng)人主要集中在高校、設(shè)計(jì)院、施工單位，例如我國(guó)的中鐵集團(tuán)及其下屬的研究院和施工單位、中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)及下屬設(shè)計(jì)院施工單位等。

圖2 主要申請(qǐng)國(guó)申請(qǐng)量占比

2．2 抗滑樁類專利技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

抗滑樁的機(jī)理是利用埋于滑床中的樁將滑體中未平衡的滑坡推力通過(guò)抗滑樁傳遞給下部穩(wěn)定的巖層中，從而實(shí)現(xiàn)了坡體的穩(wěn)定和平衡。

抗滑樁類型通常采用鋼筋混凝土樁、鋼管樁等，其截面形式有圓形、三角形、多邊形中空結(jié)構(gòu)、T形或工形結(jié)構(gòu)，CN101078216 A公開(kāi)了一種鋼筋砼預(yù)制T形/工形樁以提高鋼筋砼的抗側(cè)向力，CN103046539 A和CN103046543 A公開(kāi)了一種不等間距布設(shè)的外等腰梯形實(shí)心和空心橫截面抗滑樁，CN103046541 A公開(kāi)了一種工字形橫截面抗滑樁，KR100776621B公開(kāi)了一種V型樁，在樁的頂端V型空間可以收集滑落的泥石流，CN201649068U公開(kāi)了一種 U型混凝土板樁，KR20020038323A公開(kāi)了一種PHC管樁結(jié)構(gòu)。

在樁的結(jié)構(gòu)布置方面，CN101418570 A公開(kāi)了一種雙排樁結(jié)構(gòu)，雙排樁當(dāng)前排樁傾斜時(shí)可發(fā)揮相當(dāng)于重力式擋土墻的作用，有利于土體穩(wěn)定;CN201144421Y公開(kāi)了一種抗滑支擋結(jié)構(gòu)，在抗滑樁的頂部設(shè)置斜撐，可以使樁的變形受到約束，從而改善了懸壁樁的受力及變形狀態(tài);CN201144422Y、CN201144423Y公開(kāi)的抗滑支擋結(jié)構(gòu)包括第一抗滑樁和第二抗滑樁，都嵌固于穩(wěn)定地層，第二抗滑樁的懸臂段與第一抗滑樁懸臂段之間設(shè)置橫梁，形成類似椅形或“h”型排架抗滑樁，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。

而當(dāng)滑坡的推力較大時(shí)，抗滑樁需要更大的埋深，較大的截面，較多的鋼材和混凝土，并且鋼筋的強(qiáng)度受到制約，CN101220595 A、JP2006104761 A等公開(kāi)了一種后張預(yù)應(yīng)力擋土樁，擋土樁中配置了無(wú)粘結(jié)鋼絞線，減少了普通鋼筋配置，使得不增加結(jié)構(gòu)尺寸的情況下，樁的擋土能力大幅提高;CN101230577 A、CN101634145 A公開(kāi)了一種豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，CN101634144 A公開(kāi)了一種二次注漿豎向預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，都是將預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)與普通抗滑樁結(jié)合起來(lái)，解決了樁截面過(guò)大、抗傾覆能力低、投資高等問(wèn)題。

另外，由于上述抗滑樁都是被動(dòng)式受力狀態(tài)，即抗滑樁工程做好之后并不立即起支擋作用，只有滑坡推力在樁上，使樁產(chǎn)生位移和變形、形成地基反力、產(chǎn)生抵抗力矩時(shí)才阻止滑坡體的進(jìn)一步滑動(dòng)，這種被動(dòng)式受力機(jī)制必定已經(jīng)產(chǎn)生了坡體變形，這對(duì)滑坡體上或前緣處有重要建筑物時(shí)是非常不利的，因此，出現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，CN101067301 A公開(kāi)了一種多錨點(diǎn)的抗滑樁，樁體嵌固段嵌固于滑動(dòng)面以下地層內(nèi)，懸臂段處于滑坡體內(nèi)，預(yù)應(yīng)力錨索的錨固端亦嵌入相應(yīng)滑動(dòng)面以下的地層中，在樁體懸臂段至少兩個(gè)不同標(biāo)高的位置上設(shè)置兩排或兩排以上錨索，該發(fā)明增加了錨固點(diǎn)的數(shù)量，使結(jié)構(gòu)受力更加合理，也適用于多層滑動(dòng)面的情況。KR20110024476 A公開(kāi)了打入互相搭接的樁體，并采用預(yù)應(yīng)力地錨穿過(guò)樁體以實(shí)施主動(dòng)力優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力;CN202323970U公開(kāi)的結(jié)構(gòu)包括豎直伸入邊坡的若干鋼管樁，鋼管樁的頂部通過(guò)外側(cè)錨固端與傾斜伸入邊坡的側(cè)向預(yù)應(yīng)力錨桿相連。

再者，對(duì)于中等高度(高度小于20m)的土質(zhì)邊坡，由于抗滑樁以及預(yù)應(yīng)力抗滑樁存在工程量大，施工工期長(zhǎng)和造價(jià)高的不足，出現(xiàn)了微型抗滑組合結(jié)構(gòu)，例如，JPH10292383A、JP3633326B2公開(kāi)的樹(shù)根樁，CN201390968Y公開(kāi)了微型樁抗滑組合結(jié)構(gòu)，采用至少一組穿過(guò)滑體錨接到基巖上的微型樁組合，每組微型樁組合包括至少兩根微型樁和與微型樁對(duì)應(yīng)的頂板，頂板設(shè)置在滑體上，與微型樁固定連接，可替代抗滑樁和預(yù)應(yīng)力抗滑樁，具有施工簡(jiǎn)單、工期短的明顯效果;CN102322067 A公開(kāi)了一種化學(xué)電滲法聯(lián)合微型抗滑樁治理滑坡，微型抗滑樁所需的鉆孔孔徑較小，且與化學(xué)電滲法在同一鉆孔內(nèi)依次施工完成，鉆孔難度和費(fèi)用低，有效提高滑坡滑動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度和阻滑力。另外，JP2000204557A公開(kāi)了一種帶有綠化功能的樁，其在懸臂樁側(cè)有種植植物的結(jié)構(gòu);CN102877473 A則公開(kāi)了一種圍樁—土耦合式抗滑結(jié)構(gòu)，其是采用數(shù)根垂直于滑動(dòng)方向的抗滑樁，以一定間距排列組合而成圍樁抗滑單元，圍樁成多邊形排列，錨固于滑床體內(nèi)的圍樁與滑坡粘質(zhì)土層構(gòu)成耦合抗滑結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語(yǔ)

抗滑樁支擋加固是有效防止滑坡災(zāi)害發(fā)生的重要技術(shù)措施，抗滑樁加固在樁型、結(jié)構(gòu)、材料、施工方法方面都有了巨大的創(chuàng)新發(fā)展，隨著人們對(duì)于安全和環(huán)保要求的提高，抗滑樁支擋加固措施需要更多考慮與擋墻、錨桿錨索等結(jié)構(gòu)結(jié)合以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)考慮到綠化的需要，可以參考日本韓國(guó)在邊坡綠化方面的經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)邊坡治理更加安全環(huán)保。