本发明属于边坡和滑坡的加固技术领域,具体为一种带排水结构的中空抗滑桩，以及该抗滑桩的施工方法。
背景技术：
抗滑桩是对边坡、滑坡进行抗滑处理的主要措施之一。抗滑桩对滑坡体的作用是利用抗滑桩插入滑动面以下稳定地层对桩的抗力（锚固力）来平衡滑动体的推力，以增加滑坡体的稳定性。当滑坡体下滑时受到抗滑桩的阻抗，使桩前滑体达到稳定状态。在进行抗滑桩设计时，滑坡推力是决定抗滑桩几何尺寸、布桩间距、钢筋配置等要素的关键因素。作用于抗滑桩的滑坡推力大小与许多因素有关，比如抗滑桩的位置、滑坡体及滑动面的几何参数和岩土参数、滑坡体的水文地质条件等等。采取有效措施降低滑坡推力，对提高滑坡体的稳定性、减小抗滑桩的几何尺寸和降低滑坡治理的费用等具有重要意义。
当滑坡体因地表水入渗或地下水渗透等原因经受地下水位抬升、地下水向坡外渗流等作用时，作用于抗滑桩的滑坡推力很可能会陡增，严重时可能导致抗滑桩失效、滑坡体失稳等灾害。因此，采取有效措施抑制或减小滑坡体内的地下水位抬升、地下水向坡外渗流等作用对确保抗滑桩和滑坡体安全稳定的影响是至关重要的。
一般而言，可采用地表截水和排水设施减少地表水入渗、通过地下排水措施及时排出滑坡体内水体，从而达到抑制或减小滑坡体内的地下水位抬升的目的。当滑坡体内的地下水位较高且存在向坡外的水力梯度时，就可能出现地下水向坡外的渗流作用，可采用人工降低滑坡体局部地下水位的方法，改变地下水的流向，从而达到抑制或减小地下水向坡外渗流的目的。但当滑坡体范围较大时，采用上述方法抑制或减小滑坡体内的地下水位抬升、地下水向坡外渗流等作用有限，即采用上述方法防止或控制作用于抗滑桩滑坡推力陡增的效果不一定可靠，也不一定经济。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带排水结构中空抗滑桩及其施工方法，可利用抗滑桩自带的排水结构及时排出地下水、降低抗滑桩周的地下水位，从而达到防止或控制作用于抗滑桩的滑坡推力陡增的技术目的，并具有施工方便且经济性好的优点。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明首先提出了一种带排水结构中空抗滑桩，包括向下延伸至潜在滑移面下方的桩孔，所述桩孔内设有桩身，所述桩身与所述桩孔的底面之间设有透水层，所述桩身四周与所述桩孔内壁之间或所述桩身四周之外设有与所述透水层相连通并用于将桩身四周的地下水导流至所述透水层的渗井，所述桩身内设有与所述透水层相连通的中心空腔，所述中心空腔内安装设有用于排出经所述透水层渗入到所述中心空腔内的地下水的抽水系统。
进一步，所述渗井设置在所述桩身四周之外。
进一步，所述渗井的横截面积为圆形，且所述渗井的内径大于等于10cm。
进一步，所述透水层的横截面的外轮廓形状与所述桩身横截面的外轮廓形状几何相似，且所述透水层的横截面外轮廓形状的几何尺寸大于所述桩身横截面的外轮廓形状的几何尺寸；沿着所述桩身轴向的视图方向，所有的所述渗井均位于所述透水层的横截面内或所有的所述渗井均与所述透水层的横截面部分重叠。
进一步，所述渗井设置在所述桩身四周与所述桩孔内壁之间；所述渗井为设置在桩身四周的内凹槽，所述透水层的横截面的外轮廓形状与所述桩身横截面的外轮廓形状几何相似，且所述透水层的横截面外轮廓形状的几何尺寸大于或等于所述桩身横截面的外轮廓形状的几何尺寸；或所述渗井为设置在所述桩孔内壁上的外凹槽，所述透水层的横截面的外轮廓形状与所述桩身横截面的外轮廓形状几何相似，且所述透水层的横截面外轮廓形状的几何尺寸大于所述桩身横截面的外轮廓形状的几何尺寸。
进一步，所述桩身的横截面外轮廓形状为矩形或圆形，所述中心空腔的横截面为圆形。
进一步，所述透水层采用等粒径碎石层铺设制成，所述渗井内填充设有透水材料。
进一步，所述透水层在竖直方向上的厚度大于等于50cm。
进一步，所述抽水系统包括安装在所述中心空腔底部的抽水设备和用于连接抽水设备与地面排水系统的排水管；所述桩身的顶面上还固定安装设有用于封闭所述中心空腔的顶盖，所述顶盖上设有用于所述排水管穿过的小孔。
本发明还提出了一种如上所述带排水结构中空抗滑桩的施工方法，包括如下步骤：
步骤一：抗滑桩施工
11）桩孔成孔：按照设计的桩位和桩孔尺寸等要求开挖桩孔，并根据地质条件施工桩孔护壁；
12）透水层施工：在桩孔底部铺设透水层，透水层厚度略大于设计厚度；
13）中心空腔模板施工：在桩孔内沿桩孔轴线安装中心空腔模板；
14）土工膜铺装：在位于桩孔以内以及中心空腔模板以外的透水层顶面铺装土工膜；
15）钢筋笼安装：在位于桩孔以内以及中心空腔模板以外的区域内安装钢筋笼；
16）混凝土灌注：在位于桩孔以内以及中心空腔模板以外的区域内自下向上灌注混凝土，直至设计的桩顶位置，形成所述桩身；
步骤二：渗井施工
21）渗井施工：按照渗井设计要求，在已施工的桩身四周与桩孔内壁之间或桩身四周之外施工渗井孔，渗井孔的底部与透水层连通；
22）填充渗井孔：在已施工的渗井内自下向上填充透水材料直至地面；
步骤三：抽水系统施工
31）抽水设备安装施工：在桩身的中心空腔内安装抽水设备：若抽水设备需要电力驱动，则需与电源连接；若采用虹吸法排出中心空腔内地下水，则安装虹吸管及附属设备；
32）排水管安装施工：在桩身的中心空腔内安装排水管，排水管的下端与抽水设备的出水口连通，排水管的上端接入地表排水系统；
33）顶盖安装施工：在中心空腔顶端安装顶盖，封闭中心空腔。
本发明的有益效果在于：
本发明的带排水结构中空抗滑桩具有以下技术效果：
1）位于桩身四周的渗井可以把抗滑桩四周的地下水导入到位于抗滑桩底部的透水层中，然后通过透水层渗入到桩身的中心空腔内，再利用位于中心空腔内的抽水系统排出；利用抽水系统，可以及时排出渗入桩身中心空腔内的地下水，有效降低抗滑桩四周一定范围的地下水位和改变地下水流向，从而实现防止或控制作用于抗滑桩的滑坡推力陡增的目的；
2）带排水结构的中空抗滑桩与传统的抗滑桩相比，由于桩底增加了透水层、桩周增加了渗井、桩身增加了中心空腔和抽水系统，施工工序要复杂一些，但是桩身结构仍比较简单，施工方法成熟，施工质量容易控制；
3）从承载特性来看，抗滑桩是一种受弯、受剪的结构，主要承受弯矩和剪力；因此，抗滑桩横截面中心位置所承担的外荷载很小，且对桩底地基承载力的要求较低。与传统的抗滑桩相比，本发明在桩身内设置中心空腔不但不影响抗滑桩的承载特性，而且使得桩身混凝土用量明显减小；另外，由于增加了排水结构，作用于抗滑桩的滑坡推力有所减少，使得抗滑桩的几何尺寸尚可适当减小；因此，本发明的带排水结构中空抗滑桩具有良好的经济性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明带排水结构中空抗滑桩实施例1的结构示意图；
图2为本实施例带排水结构中空抗滑桩的安装结构示意图；
图3为本实施例渗井与桩身之间的第一种位置关系的结构示意图；
图4为本实施例渗井与桩身之间的第二种位置关系的结构示意图；
图5为本实施例渗井与桩身之间的第三种位置关系的结构示意图；
图6为沿着桩身轴向的视图方向，渗井位于透水层的横截面内时的结构示意图；
图7为沿着桩身轴向的视图方向，渗井与透水层的横截面部分重叠时的结构示意图；
图8为本实施例带排水结构中空抗滑桩的施工方法流程图；
图9为本发明带排水结构中空抗滑桩实施例2的结构示意图；
图10为本实施例带排水结构中空抗滑桩的安装结构示意图；
图11为本实施例渗井与桩身之间的第一种位置关系的结构示意图；
图12为本实施例渗井与桩身之间的第二种位置关系的结构示意图；
图13为本实施例渗井与桩身之间的第三种位置关系的结构示意图；
图14为沿着桩身轴向的视图方向，渗井位于透水层的横截面内时的结构示意图；
图15为沿着桩身轴向的视图方向，渗井与透水层的横截面部分重叠时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，为本发明带排水结构中空抗滑桩实施例1的结构示意图。本实施例的带排水结构中空抗滑桩，包括向下延伸至潜在滑移面下方的桩孔6，桩孔6内设有桩身1，桩身1与桩孔的底面之间设有透水层2，桩身1四周与桩孔内壁之间或桩身1四周之外设有与透水层2相连通并用于将桩身1四周的地下水导流至透水层2的渗井3，本实施例的渗井3内填充设有透水材料，桩身1内设有与透水层2相连通的中心空腔4，中心空腔4内安装设有用于排出经透水层2渗入到中心空腔4内的地下水的抽水系统。
进一步，本实施例的渗井3设置在桩身1四周之外，如图3所示。具体的，渗井3的横截面积为圆形，且渗井3的内径大于等于10cm。此时，透水层2的横截面的外轮廓形状与桩身1横截面的外轮廓形状几何相似，且透水层2的横截面外轮廓形状的几何尺寸大于桩身1横截面的外轮廓形状的几何尺寸；沿着桩身1轴向的视图方向，所有的渗井3均位于透水层2的横截面内，如图6所示，或所有的渗井3均与透水层2的横截面部分重叠，如图7所示，以实现渗井3与透水层2相连通的技术目的，本实施例的所有的渗井3均与透水层2的横截面部分重叠。
当然，根据实际情况，还可以将渗井设置在桩身四周与桩孔内壁之间；当渗井3为设置在桩身1四周的内凹槽时，透水层2的横截面的外轮廓形状与桩身1横截面的外轮廓形状几何相似，且透水层2的横截面外轮廓形状的几何尺寸大于或等于桩身1横截面的外轮廓形状的几何尺寸，均可实现渗井3与透水层2相连通的技术目的，如图4所示。当渗井3为设置在桩孔内壁上的外凹槽时，透水层2的横截面的外轮廓形状与桩身1横截面的外轮廓形状几何相似，且透水层2的横截面外轮廓形状的几何尺寸大于桩身1横截面的外轮廓形状的几何尺寸，也可实现渗井3与透水层2相连通的技术目的，如图5所示。
进一步，桩身1的横截面外轮廓形状为矩形或圆形，本实施例的桩身1的横截面外轮廓形状为矩形。中心空腔4的横截面为圆形，中心空腔4的横截面几何尺寸应能够满足抽水系统的安装和检修要求。
进一步，本实施例的透水层2采用等粒径碎石层铺设制成，且透水层2在竖直方向上的厚度大于等于50cm，通过透水层2连通渗井3与中心空腔4，即可在渗井3与中心空腔4之间形成连通管结构，起到将地下水导流至中心空腔4内的技术目的。
进一步，本实施例的抽水系统包括安装在中心空腔底部的抽水设备和用于连接抽水设备与地面排水系统的排水管；桩身1的顶面上还固定安装设有用于封闭中心空腔的顶盖4，顶盖4上设有用于排水管穿过的小孔。
本实施例还提出了一种带排水结构中空抗滑桩的施工方法，包括如下步骤：
步骤一：抗滑桩施工
11）桩孔成孔：按照设计的桩位和桩孔尺寸等要求开挖横截面为矩形的桩孔，并根据地质条件施工桩孔护壁；与透水层2对应位置的桩孔尺寸略大于上部与桩身1对应位置的桩孔尺寸；
12）透水层施工：在桩孔底部铺设透水层2，透水层2厚度略大于设计厚度，本实施例的透水层2采用等粒径碎石铺设而成；
13）中心空腔模板施工：在桩孔内沿桩孔轴线安装中心空腔模板；中心空腔模板可以先预制后吊装，也可以在现场制作；
14）土工膜铺装：在位于桩孔以内以及中心空腔模板以外的透水层顶面铺装土工膜；土工膜的作用是隔断透水层2和桩身1，防止在桩身1混凝土灌注过程中因水泥浆渗入透水层2而降低透水层2的透水性；
15）钢筋笼安装：在位于桩孔以内以及中心空腔模板以外的区域内安装钢筋笼；钢筋笼可以先预制后吊装，也可以在现场制作；
16）混凝土灌注：在位于桩孔以内以及中心空腔模板以外的区域内自下向上灌注混凝土，直至设计的桩顶位置，形成桩身；
步骤二：渗井施工
21）渗井施工：按照渗井3设计要求，在已施工的桩身1四周与桩孔内壁之间或桩身1四周之外施工渗井孔，渗井孔的底部与透水层2连通；本实施例的渗井3设置在桩身1四周之外，按照设计渗井3的位置、直径、深度等要求在已施工抗滑桩的四周用清水钻进法施工渗井孔，渗井3成孔施工不得损伤已施工的抗滑桩；且当渗井3设置在桩身1四周与桩孔内壁之间时，此时直接在步骤一的抗滑桩施工过程中，在桩身1外周壁上设置沿其母线方向延伸的内凹槽或在桩孔内周壁上设置沿其母线方向延伸的外凹槽，此时的内凹槽或外凹槽即为渗井孔。
22）填充渗井孔：在已施工的渗井3内自下向上填充透水材料直至地面；
步骤三：抽水系统施工
31）抽水设备安装施工：在桩身1的中心空腔4内安装抽水设备：若抽水设备需要电力驱动，则需与电源连接；若采用虹吸法排出中心空腔内地下水，则安装虹吸管及附属设备；
32）排水管安装施工：在桩身的中心空腔4内安装排水管，排水管的下端与抽水设备的出水口连通，排水管的上端接入地表排水系统；
33）顶盖安装施工：在中心空腔4顶端安装顶盖5，封闭中心空腔4。
本实施例的带排水结构中空抗滑桩具有以下技术效果：
1）位于桩身四周的渗井可以把抗滑桩四周的地下水导入到位于抗滑桩底部的透水层中，然后通过透水层渗入到桩身的中心空腔内，再利用位于中心空腔内的抽水系统排出；利用抽水系统，可以及时排出渗入桩身中心空腔内的地下水，有效降低抗滑桩四周一定范围的地下水位和改变地下水流向，从而实现防止或控制作用于抗滑桩的滑坡推力陡增的目的；
2）带排水结构的中空抗滑桩与传统的抗滑桩相比，由于桩底增加了透水层、桩周增加了渗井、桩身增加了中心空腔和抽水系统，施工工序要复杂一些，但是桩身结构仍比较简单，施工方法成熟，施工质量容易控制；
3）从承载特性来看，抗滑桩是一种受弯、受剪的结构，主要承受弯矩和剪力；因此，抗滑桩横截面中心位置所承担的外荷载很小，且对桩底地基承载力的要求较低。与传统的抗滑桩相比，本发明在桩身内设置中心空腔不但不影响抗滑桩的承载特性，而且使得桩身混凝土用量明显减小；另外，由于增加了排水结构，作用于抗滑桩的滑坡推力有所减少，使得抗滑桩的几何尺寸尚可适当减小；因此，本发明的带排水结构中空抗滑桩具有良好的经济性。
实施例2
如图9所示，为本发明带排水结构中空抗滑桩实施例1的结构示意图。本实施例的本实施例的带排水结构中空抗滑桩，包括向下延伸至潜在滑移面下方的桩孔6，桩孔6内设有桩身1，桩身1与桩孔的底面之间设有透水层2，桩身1四周与桩孔内壁之间或桩身1四周之外设有与透水层2相连通并用于将桩身1四周的地下水导流至透水层2的渗井3，本实施例的渗井3内填充设有透水材料，桩身1内设有与透水层2相连通的中心空腔4，中心空腔4内安装设有用于排出经透水层2渗入到中心空腔4内的地下水的抽水系统。桩身1的横截面外轮廓形状为矩形或圆形，本实施例的桩身1的横截面外轮廓形状为圆形。中心空腔4的横截面为圆形，中心空腔4的横截面几何尺寸应能够满足抽水系统的安装和检修要求，中心空腔4与桩身1同轴设置，渗井3的轴线与桩身1的轴线平行，本实施例的渗井3环形均布设置在桩身1四周。
进一步，本实施例的渗井3设置在桩身1四周之外，如图11所示。具体的，渗井3的横截面积为圆形，且渗井3的内径大于等于10cm。此时，透水层2的横截面的外轮廓形状与桩身1横截面的外轮廓形状几何相似，且透水层2的横截面外轮廓形状的几何尺寸大于桩身1横截面的外轮廓形状的几何尺寸；沿着桩身1轴向的视图方向，所有的渗井3均位于透水层2的横截面内，如图14所示，或所有的渗井3均与透水层2的横截面部分重叠，如图15所示，以实现渗井3与透水层2相连通的技术目的，本实施例的所有的渗井3均与透水层2的横截面部分重叠。
当然，根据实际情况，还可以将渗井设置在桩身四周与桩孔内壁之间；当渗井3为设置在桩身1四周的内凹槽时，透水层2的横截面的外轮廓形状与桩身1横截面的外轮廓形状几何相似，且透水层2的横截面外轮廓形状的几何尺寸大于或等于桩身1横截面的外轮廓形状的几何尺寸，均可实现渗井3与透水层2相连通的技术目的，如图12所示。当渗井3为设置在桩孔内壁上的外凹槽时，透水层2的横截面的外轮廓形状与桩身1横截面的外轮廓形状几何相似，且透水层2的横截面外轮廓形状的几何尺寸大于桩身1横截面的外轮廓形状的几何尺寸，也可实现渗井3与透水层2相连通的技术目的，如图13所示。
进一步，本实施例的透水层2采用等粒径碎石层铺设制成，且透水层2在竖直方向上的厚度大于等于50cm，通过透水层2连通渗井3与中心空腔4，即可在渗井3与中心空腔4之间形成连通管结构，起到将地下水导流至中心空腔4内的技术目的。
进一步，本实施例的抽水系统包括安装在中心空腔底部的抽水设备和用于连接抽水设备与地面排水系统的排水管；桩身1的顶面上还固定安装设有用于封闭中心空腔的顶盖4，顶盖4上设有用于排水管穿过的小孔。
本实施例还提出了一种带排水结构中空抗滑桩的施工方法，包括如下步骤：
步骤一：抗滑桩施工
11）桩孔成孔：按照设计的桩位和桩孔尺寸等要求开挖横截面为圆形的桩孔，并根据地质条件施工桩孔护壁；与透水层2对应位置的桩孔尺寸略大于上部与桩身1对应位置的桩孔尺寸；
12）透水层施工：在桩孔底部铺设透水层2，透水层2厚度略大于设计厚度，本实施例的透水层2采用等粒径碎石铺设而成；
13）中心空腔模板施工：在桩孔内沿桩孔轴线安装中心空腔模板；中心空腔模板可以先预制后吊装，也可以在现场制作；
14）土工膜铺装：在位于桩孔以内以及中心空腔模板以外的透水层顶面铺装土工膜；土工膜的作用是隔断透水层2和桩身1，防止在桩身1混凝土灌注过程中因水泥浆渗入透水层2而降低透水层2的透水性；
15）钢筋笼安装：在位于桩孔以内以及中心空腔模板以外的区域内安装钢筋笼；钢筋笼可以先预制后吊装，也可以在现场制作；
16）混凝土灌注：在位于桩孔以内以及中心空腔模板以外的区域内自下向上灌注混凝土，直至设计的桩顶位置，形成桩身；
步骤二：渗井施工
21）渗井施工：按照渗井3设计要求，在已施工的桩身1四周与桩孔内壁之间或桩身1四周之外施工渗井孔，渗井孔的底部与透水层2连通；本实施例的渗井3设置在桩身1四周之外，按照设计渗井3的位置、直径、深度等要求在已施工抗滑桩的四周用清水钻进法施工渗井孔，渗井3成孔施工不得损伤已施工的抗滑桩；且当渗井3设置在桩身1四周与桩孔内壁之间时，此时直接在步骤一的抗滑桩施工过程中，在桩身1外周壁上设置沿其母线方向延伸的内凹槽或在桩孔内周壁上设置沿其母线方向延伸的外凹槽，此时的内凹槽或外凹槽即为渗井孔。
22）填充渗井孔：在已施工的渗井3内自下向上填充透水材料直至地面；
步骤三：抽水系统施工
31）抽水设备安装施工：在桩身1的中心空腔4内安装抽水设备：若抽水设备需要电力驱动，则需与电源连接；若采用虹吸法排出中心空腔内地下水，则安装虹吸管及附属设备；
32）排水管安装施工：在桩身的中心空腔4内安装排水管，排水管的下端与抽水设备的出水口连通，排水管的上端接入地表排水系统；
33）顶盖安装施工：在中心空腔4顶端安装顶盖5，封闭中心空腔4。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。