抗滑樁支擋加固邊坡專利技術綜述

■謝偉魏 ■國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163

1 引言

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

邊坡的防護包括坡體支擋加固和坡面防護兩個方面。坡體支擋是針對坡體變形進行的支擋加固措施，坡體變形指山體或斜坡體工程地質條件差，有不良巖體結構、不利結構面或軟弱夾層，邊坡高度較高時可能產生規模較大的滑坡、崩塌等整體失穩變形。當邊坡失穩滑坡時，由于滑坡體的巨大勢能，加之可能較大的雨水，滑坡體在脫離母巖后形成高速的災害體，帶來毀滅性的破壞和重大人員傷亡。對于坡體變形，必須采取工程支擋措施，常見的有錨固類措施，例如錨桿、錨索、錨釘等;擋墻類措施，例如懸臂式擋土墻、預制式擋土墻、土釘墻等;抗滑樁類措施，例如抗滑樁支擋、樁錨結合、樁墻復合支擋等，其中抗滑樁類支擋措施為本領域最為常用。

坡面防護是指坡體自身是穩定的，但坡面在外界因素作用下，因剝蝕、風化、沖刷等產生了坡面變形，如碎落、剝落、落石、溜坍、沖溝等，一般不會危及生命安全，但是會對生態環境帶來極大影響。對于坡面防護則采取諸如植草、種樹、鋪設草皮草毯、網格防護、預制磚塊護面墻等手段。

2 邊坡植物防護技術發展趨勢

IPC分類號E02D17/20涉及邊坡或斜坡的穩定，以IPC分類號E02D17/20下公開日在2014年1月1日以前的所有文獻建立數據庫，以DWPI數據庫中的數據為數據源。對該分類號下的抗滑樁類支擋加固邊坡進行篩選，并對得到的文獻進行統計其申請量隨年份變化、各國申請占比、申請人情況等數據，梳理技術發展脈絡。

圖1 抗滑樁支擋加固邊坡全球及中國各年度申請量分布圖

2．1 年度申請量分布情況及主要申請國申請總量占比

圖1是抗滑樁支擋加固邊坡全球及我國各年度專利申請量分布情況，從圖1可以看出全球申請量總體上呈現隨年份逐步增長的狀態，我國申請起步較晚，在2002年之前申請量幾乎為零，而2008年之后申請量迅速增加并幾乎接近全球申請量，反映了我國邊坡防護領域技術人員的專利保護意識不斷增強。

圖2是主要申請國申請量占比圖，從圖中可以看出申請總量排在全球前三位的分別是中國、日本、韓國，我國專利申請雖然起步較晚，但近年來申請量呈現出快速增長態勢，使得總的申請量躍居全球首位。抗滑樁支擋加固邊坡領域，我國主要申請人主要集中在高校、設計院、施工單位，例如我國的中鐵集團及其下屬的研究院和施工單位、中國水電顧問集團及下屬設計院施工單位等。

圖2 主要申請國申請量占比

2．2 抗滑樁類專利技術發展脈絡

抗滑樁的機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抗滑樁傳遞給下部穩定的巖層中，從而實現了坡體的穩定和平衡。

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、多邊形中空結構、T形或工形結構，CN101078216 A公開了一種鋼筋砼預制T形/工形樁以提高鋼筋砼的抗側向力，CN103046539 A和CN103046543 A公開了一種不等間距布設的外等腰梯形實心和空心橫截面抗滑樁，CN103046541 A公開了一種工字形橫截面抗滑樁，KR100776621B公開了一種V型樁，在樁的頂端V型空間可以收集滑落的泥石流，CN201649068U公開了一種 U型混凝土板樁，KR20020038323A公開了一種PHC管樁結構。

在樁的結構布置方面，CN101418570 A公開了一種雙排樁結構，雙排樁當前排樁傾斜時可發揮相當于重力式擋土墻的作用，有利于土體穩定;CN201144421Y公開了一種抗滑支擋結構，在抗滑樁的頂部設置斜撐，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;CN201144422Y、CN201144423Y公開的抗滑支擋結構包括第一抗滑樁和第二抗滑樁，都嵌固于穩定地層，第二抗滑樁的懸臂段與第一抗滑樁懸臂段之間設置橫梁，形成類似椅形或“h”型排架抗滑樁，結構更加穩固。

而當滑坡的推力較大時，抗滑樁需要更大的埋深，較大的截面，較多的鋼材和混凝土，并且鋼筋的強度受到制約，CN101220595 A、JP2006104761 A等公開了一種后張預應力擋土樁，擋土樁中配置了無粘結鋼絞線，減少了普通鋼筋配置，使得不增加結構尺寸的情況下，樁的擋土能力大幅提高;CN101230577 A、CN101634145 A公開了一種豎向預應力錨索抗滑樁，CN101634144 A公開了一種二次注漿豎向預應力錨索抗滑樁，都是將預應力錨固技術與普通抗滑樁結合起來，解決了樁截面過大、抗傾覆能力低、投資高等問題。

另外，由于上述抗滑樁都是被動式受力狀態，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，使樁產生位移和變形、形成地基反力、產生抵抗力矩時才阻止滑坡體的進一步滑動，這種被動式受力機制必定已經產生了坡體變形，這對滑坡體上或前緣處有重要建筑物時是非常不利的，因此，出現了預應力錨索抗滑樁，CN101067301 A公開了一種多錨點的抗滑樁，樁體嵌固段嵌固于滑動面以下地層內，懸臂段處于滑坡體內，預應力錨索的錨固端亦嵌入相應滑動面以下的地層中，在樁體懸臂段至少兩個不同標高的位置上設置兩排或兩排以上錨索，該發明增加了錨固點的數量，使結構受力更加合理，也適用于多層滑動面的情況。KR20110024476 A公開了打入互相搭接的樁體，并采用預應力地錨穿過樁體以實施主動力優化結構受力;CN202323970U公開的結構包括豎直伸入邊坡的若干鋼管樁，鋼管樁的頂部通過外側錨固端與傾斜伸入邊坡的側向預應力錨桿相連。

再者，對于中等高度(高度小于20m)的土質邊坡，由于抗滑樁以及預應力抗滑樁存在工程量大，施工工期長和造價高的不足，出現了微型抗滑組合結構，例如，JPH10292383A、JP3633326B2公開的樹根樁，CN201390968Y公開了微型樁抗滑組合結構，采用至少一組穿過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應的頂板，頂板設置在滑體上，與微型樁固定連接，可替代抗滑樁和預應力抗滑樁，具有施工簡單、工期短的明顯效果;CN102322067 A公開了一種化學電滲法聯合微型抗滑樁治理滑坡，微型抗滑樁所需的鉆孔孔徑較小，且與化學電滲法在同一鉆孔內依次施工完成，鉆孔難度和費用低，有效提高滑坡滑動帶抗剪強度和阻滑力。另外，JP2000204557A公開了一種帶有綠化功能的樁，其在懸臂樁側有種植植物的結構;CN102877473 A則公開了一種圍樁—土耦合式抗滑結構，其是采用數根垂直于滑動方向的抗滑樁，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，錨固于滑床體內的圍樁與滑坡粘質土層構成耦合抗滑結構。

3 結語

抗滑樁支擋加固是有效防止滑坡災害發生的重要技術措施，抗滑樁加固在樁型、結構、材料、施工方法方面都有了巨大的創新發展，隨著人們對于安全和環保要求的提高，抗滑樁支擋加固措施需要更多考慮與擋墻、錨桿錨索等結構結合以充分發揮各自的優勢，同時考慮到綠化的需要，可以參考日本韓國在邊坡綠化方面的經驗，推動邊坡治理更加安全環保。