抗滑桩支挡加固边坡专利技术综述

■谢伟魏 ■国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163

1 引言

边坡(side slope)是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，矿山、水利、交通等部门都涉及大量的边坡稳定问题，例如土坝、土堤、路基、基坑等土建工程中经常遇到边坡/斜坡稳定问题。

边坡的防护包括坡体支挡加固和坡面防护两个方面。坡体支挡是针对坡体变形进行的支挡加固措施，坡体变形指山体或斜坡体工程地质条件差，有不良岩体结构、不利结构面或软弱夹层，边坡高度较高时可能产生规模较大的滑坡、崩塌等整体失稳变形。当边坡失稳滑坡时，由于滑坡体的巨大势能，加之可能较大的雨水，滑坡体在脱离母岩后形成高速的灾害体，带来毁灭性的破坏和重大人员伤亡。对于坡体变形，必须采取工程支挡措施，常见的有锚固类措施，例如锚杆、锚索、锚钉等;挡墙类措施，例如悬臂式挡土墙、预制式挡土墙、土钉墙等;抗滑桩类措施，例如抗滑桩支挡、桩锚结合、桩墙复合支挡等，其中抗滑桩类支挡措施为本领域最为常用。

坡面防护是指坡体自身是稳定的，但坡面在外界因素作用下，因剥蚀、风化、冲刷等产生了坡面变形，如碎落、剥落、落石、溜坍、冲沟等，一般不会危及生命安全，但是会对生态环境带来极大影响。对于坡面防护则采取诸如植草、种树、铺设草皮草毯、网格防护、预制砖块护面墙等手段。

2 边坡植物防护技术发展趋势

IPC分类号E02D17/20涉及边坡或斜坡的稳定，以IPC分类号E02D17/20下公开日在2014年1月1日以前的所有文献建立数据库，以DWPI数据库中的数据为数据源。对该分类号下的抗滑桩类支挡加固边坡进行筛选，并对得到的文献进行统计其申请量随年份变化、各国申请占比、申请人情况等数据，梳理技术发展脉络。

图1 抗滑桩支挡加固边坡全球及中国各年度申请量分布图

2．1 年度申请量分布情况及主要申请国申请总量占比

图1是抗滑桩支挡加固边坡全球及我国各年度专利申请量分布情况，从图1可以看出全球申请量总体上呈现随年份逐步增长的状态，我国申请起步较晚，在2002年之前申请量几乎为零，而2008年之后申请量迅速增加并几乎接近全球申请量，反映了我国边坡防护领域技术人员的专利保护意识不断增强。

图2是主要申请国申请量占比图，从图中可以看出申请总量排在全球前三位的分别是中国、日本、韩国，我国专利申请虽然起步较晚，但近年来申请量呈现出快速增长态势，使得总的申请量跃居全球首位。抗滑桩支挡加固边坡领域，我国主要申请人主要集中在高校、设计院、施工单位，例如我国的中铁集团及其下属的研究院和施工单位、中国水电顾问集团及下属设计院施工单位等。

图2 主要申请国申请量占比

2．2 抗滑桩类专利技术发展脉络

抗滑桩的机理是利用埋于滑床中的桩将滑体中未平衡的滑坡推力通过抗滑桩传递给下部稳定的岩层中，从而实现了坡体的稳定和平衡。

抗滑桩类型通常采用钢筋混凝土桩、钢管桩等，其截面形式有圆形、三角形、多边形中空结构、T形或工形结构，CN101078216 A公开了一种钢筋砼预制T形/工形桩以提高钢筋砼的抗侧向力，CN103046539 A和CN103046543 A公开了一种不等间距布设的外等腰梯形实心和空心横截面抗滑桩，CN103046541 A公开了一种工字形横截面抗滑桩，KR100776621B公开了一种V型桩，在桩的顶端V型空间可以收集滑落的泥石流，CN201649068U公开了一种 U型混凝土板桩，KR20020038323A公开了一种PHC管桩结构。

在桩的结构布置方面，CN101418570 A公开了一种双排桩结构，双排桩当前排桩倾斜时可发挥相当于重力式挡土墙的作用，有利于土体稳定;CN201144421Y公开了一种抗滑支挡结构，在抗滑桩的顶部设置斜撑，可以使桩的变形受到约束，从而改善了悬壁桩的受力及变形状态;CN201144422Y、CN201144423Y公开的抗滑支挡结构包括第一抗滑桩和第二抗滑桩，都嵌固于稳定地层，第二抗滑桩的悬臂段与第一抗滑桩悬臂段之间设置横梁，形成类似椅形或“h”型排架抗滑桩，结构更加稳固。

而当滑坡的推力较大时，抗滑桩需要更大的埋深，较大的截面，较多的钢材和混凝土，并且钢筋的强度受到制约，CN101220595 A、JP2006104761 A等公开了一种后张预应力挡土桩，挡土桩中配置了无粘结钢绞线，减少了普通钢筋配置，使得不增加结构尺寸的情况下，桩的挡土能力大幅提高;CN101230577 A、CN101634145 A公开了一种竖向预应力锚索抗滑桩，CN101634144 A公开了一种二次注浆竖向预应力锚索抗滑桩，都是将预应力锚固技术与普通抗滑桩结合起来，解决了桩截面过大、抗倾覆能力低、投资高等问题。

另外，由于上述抗滑桩都是被动式受力状态，即抗滑桩工程做好之后并不立即起支挡作用，只有滑坡推力在桩上，使桩产生位移和变形、形成地基反力、产生抵抗力矩时才阻止滑坡体的进一步滑动，这种被动式受力机制必定已经产生了坡体变形，这对滑坡体上或前缘处有重要建筑物时是非常不利的，因此，出现了预应力锚索抗滑桩，CN101067301 A公开了一种多锚点的抗滑桩，桩体嵌固段嵌固于滑动面以下地层内，悬臂段处于滑坡体内，预应力锚索的锚固端亦嵌入相应滑动面以下的地层中，在桩体悬臂段至少两个不同标高的位置上设置两排或两排以上锚索，该发明增加了锚固点的数量，使结构受力更加合理，也适用于多层滑动面的情况。KR20110024476 A公开了打入互相搭接的桩体，并采用预应力地锚穿过桩体以实施主动力优化结构受力;CN202323970U公开的结构包括竖直伸入边坡的若干钢管桩，钢管桩的顶部通过外侧锚固端与倾斜伸入边坡的侧向预应力锚杆相连。

再者，对于中等高度(高度小于20m)的土质边坡，由于抗滑桩以及预应力抗滑桩存在工程量大，施工工期长和造价高的不足，出现了微型抗滑组合结构，例如，JPH10292383A、JP3633326B2公开的树根桩，CN201390968Y公开了微型桩抗滑组合结构，采用至少一组穿过滑体锚接到基岩上的微型桩组合，每组微型桩组合包括至少两根微型桩和与微型桩对应的顶板，顶板设置在滑体上，与微型桩固定连接，可替代抗滑桩和预应力抗滑桩，具有施工简单、工期短的明显效果;CN102322067 A公开了一种化学电渗法联合微型抗滑桩治理滑坡，微型抗滑桩所需的钻孔孔径较小，且与化学电渗法在同一钻孔内依次施工完成，钻孔难度和费用低，有效提高滑坡滑动带抗剪强度和阻滑力。另外，JP2000204557A公开了一种带有绿化功能的桩，其在悬臂桩侧有种植植物的结构;CN102877473 A则公开了一种围桩—土耦合式抗滑结构，其是采用数根垂直于滑动方向的抗滑桩，以一定间距排列组合而成围桩抗滑单元，围桩成多边形排列，锚固于滑床体内的围桩与滑坡粘质土层构成耦合抗滑结构。

3 结语

抗滑桩支挡加固是有效防止滑坡灾害发生的重要技术措施，抗滑桩加固在桩型、结构、材料、施工方法方面都有了巨大的创新发展，随着人们对于安全和环保要求的提高，抗滑桩支挡加固措施需要更多考虑与挡墙、锚杆锚索等结构结合以充分发挥各自的优势，同时考虑到绿化的需要，可以参考日本韩国在边坡绿化方面的经验，推动边坡治理更加安全环保。