CN100503988C

CN100503988C - 溜砂坡深部固砂方法

Info

Publication number: CN100503988C
Application number: CNB2006100114597A
Authority: CN
Inventors: 王成华; 张小刚
Original assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Current assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: CN1851153A

Abstract

一种溜砂坡深部固砂方法，其步骤：采用花管微型树根桩深部固砂方法进行溜砂坡深部固砂设计，即在需要固砂的砂坡上垂直地面向砂坡深部钻孔，向孔中插入微型花管，并向花管中注入高压粘土、粉土或水泥、细砂浆液，浆液通过花管四周小孔射出，形成树根状浆脉，浆脉利用自身的粘结和吸附作用，将砂粒紧紧握住，达到固砂的目的。本发明能够有效地固定溜砂坡，解决溜砂坡带来的危害。

Description

溜砂坡深部固砂方法

技术领域

本发明涉及一种溜砂坡深部固砂方法。

背景技术

溜砂坡是山区一种特殊的灾害类型。溜砂坡是指高陡斜坡，在强烈的物理风化作用下，形成大量砂粒和碎屑，在自重作用下发生溜动，并在坡脚堆积形成锥状斜坡的自然过程。一个典型溜砂坡必须具备砂源区、溜动区和堆积区三大要素，如图1所示。

溜砂坡的最大特征是散体结构，颗粒之间的内聚力很小，可谓“一盘散沙”。只要开挖砂坡脚，或砂坡表部植被破坏，砂坡就会剧烈溜动，危害公路、铁路和其他工程建筑的安全。传统的地貌学将其归并在山体强风化残坡积碎屑坡内，未进行专门深入的研究。近几十年，随着山区建设的发展，公路、铁路的兴建、老公路的拓宽、升级，开挖溜砂坡脚，引起老溜砂坡重新剧烈活动，大量砂粒、碎屑涌入公路、铁路，埋没其他工程设施的灾害经常发生。国道公路317、318线通过溜砂坡分布区70余公里，经常有溜砂漫过拦砂墙危害公路正常运行，甚至中断交通数小时到数日。上世纪八十年代中期，川藏公路西藏境内中坝段帕隆藏布上游米堆沟冰湖溃决产生的特大山洪，冲毁中坝段大量公路路基和溜砂坡坡脚，使近20处的溜砂坡产生剧烈活动，中断交通半年以上。由于溜砂坡的剧烈活动，给此段公路的恢复重建带来极大危害。由于溜砂坡边挖边溜使工程无法进行，近20处的溜砂坡，不到5公里的路基恢复竟花了半年多的时间。随着西部大开发的进程，317、318国道公路的拓宽、升级建设已全面展开，溜砂坡的剧烈活动仍是影响工程实施的一大难题。中国科学院-水利部成都山地灾害与环境研究所从上世纪九十年代末期就开展了对溜砂坡的综合防治研究。

但正如前已论述，溜砂坡是近十年在山区道路建设中提出的新灾害问题。由于未进行深入的研究，所以至今还没有一套完善的防治方法。工程设计部门不得已，借用挡土墙原理，修建挡砂墙防治溜砂坡危害。对于一个较为复杂的成灾体系，用一个简单的防治工程进行治理，显然是很不完善的，且存在以下问题：(1)挡砂墙的设计理论未建立起来，致使设计中挡砂墙的高度和断面尺寸无法准确确定，现今挡砂墙的设计有随意性，由此造成现有挡砂墙大多高度不够，砂漫过墙顶溜进了公路，如图2所示；有少数墙修高了，而且结构极不合理，不仅造成了工程投入高，而且安全度还得不到保证；(2)现行挡砂墙的设计是建立在溜砂坡砂源区已基本稳定，无明显的砂粒向砂坡溜动区和堆积区提供。若砂源区还有较多的物质向砂坡提供，用挡砂墙无法拦住怎么办，现有溜砂坡防治工程未提出别的砂坡溜动防治方法；(3)若需开挖溜砂坡坡脚修公路、铁路和其他工程建筑，会引起溜砂坡剧烈活动怎么办，已有溜砂坡防治法未提出解决的措施；(4)对于仍在剧烈活动的溜砂坡，如何进行表部固砂和植被快速恢复，已有溜砂坡防治也未解决。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：克服现有方法的不足，提供一种溜砂坡深部固砂方法，该方法能够有效地固定溜砂坡，解决溜砂坡带来的危害。

本发明的技术解决方案是：一种溜砂坡深部固砂方法，其特征在于：采用花管微型树根桩深部固砂方法进行溜砂坡深部固砂设计，具体步骤如下：在需要固砂的砂坡上垂直地面向砂坡深部钻孔，向孔中插入四周带有小孔的花管，并向花管中注入由粘土或粉土与水组成的浆液，或水泥与水组成的浆液，浆液通过花管四周小孔射出，形成树根状浆脉，浆脉利用自身的粘结和吸附作用，将砂粒紧紧握住，达到固砂的目的。

本发明与现有技术相比的优点：

(1)本发明应用于溜砂坡深部固砂，由于对砂坡内注(灌)入了一定比例的粘土、粉土或水泥等浆液，彻底改变了砂坡散体结构的性质。配合表部固砂工程使砂坡得以稳定，达到了现行其他方法达不到的深部固砂目的。

(2)现有的方法是在砂坡脚实施开挖工程，边挖砂边流动，使开挖工程无法进行。在开挖边坡内侧砂坡上使用本发明的树根桩深部固砂，就不会出现边开挖砂坡边流动的现象，保障了工程的顺利进行。

(3)本发明由于向砂坡内注了粘土、粉土等细粒物质，有利于加速砂坡土壤化，使砂坡稳定性增加，有利于植物生态的恢复和重建。

(4)通过室内型试验和318国道中坝段试验示范，说明此法固砂的效果很好。

附图说明

图1为现有的溜砂坡景观示意图；

图2为现有的溜砂坡流沙漫过挡墙危害公路示意图；

图3为本发明的花管微型树根桩示意图；

图4为本发明的灌浆管钻孔平面布置示意图；

图5为本发明的树根桩钻孔平面布置示意图。

具体实施方式

本发明实施本深部固砂方法的步骤是：

(1)对需要实施深部固砂的溜砂坡进行调查、勘测，确定砂坡的物质组成、结构等特征，砂坡的厚度和固砂深度，进行设计分析与计算。图3为本发明花管微型树根桩固砂示意图，其中，a为树根实际固砂素描，b为树根桩固砂设计示意图。

(2)花管制作

①管材选择：经试验示范，可选用

50～55mmPVC管(PVC管的刚度已能满足灌浆压力的要求且具有防腐、不生锈、价格低廉的特点)。

②注浆段钻孔：花管下端(伸向孔底端)15～20cm不钻孔，上端(孔口端)100cm不钻孔，其他部分均匀钻孔，孔径d6～8mm，粒状、片状溜砂坡用6mm，块碎石状溜砂坡用8mm，在花管上钻孔的布置应依据溜砂坡的孔隙率确定，经模型试验和示范工程，有3种平面布置方式，如图4所示。

a种花管直径d＝50mm，钻小孔直径6mm，横向布置4个孔，横的间距3.9cm，纵向间距20cm，适用于粒状、片状溜砂坡；

b种花管直径d＝55mm，钻小孔直径8mm，横向布置3个孔，横向间距5.7cm，纵向间距30cm，适用于块碎石状溜砂坡；

c种花管直径d＝50mm，钻小孔直径6mm，将a种布置方式，横向4小孔放在一起，组成4孔组，成螺旋型布设，纵向间距仍为20cm，适用于粒状，片状溜砂坡。

针对粒状，片状溜砂坡，C种布孔方法较好，出浆较均匀，避免了a种布孔一些小孔受堵出浆不均的缺点。

(3)浆液配备

①浆液材料选择：根据砂坡的组成结构性质，只需改变砂坡散体结构的性质，即可稳定砂坡。所以不需要昂贵的浆液材料。本方法选用粘土、粉土浆液和水泥浆液两种。

a粘土、粉土浆液只起改变砂坡组成、结构的作用，适用于非工程天然砂坡深部固砂。

b水泥浆液不仅有改变砂坡组成、结构的作用，而且所形成的水泥浆脉(块)，有一定的刚度，能起抗坍、滑的作用，适用于工程开挖边坡内侧砂坡的深部固砂。

②浆液浓度：浆液浓度与砂坡孔隙率有关，孔隙率大的水灰比要小；孔隙率小的水灰比要大。本发明针对粒状、片状溜砂坡浆液浓度水灰比为0.75:1.0～1.0:1.0；对碎石状溜砂坡浆液浓度水灰比为0.5:1.0～0.75:1.0。

(4)砂坡钻孔

①钻孔平面布置：据模型试验和示范工程，砂坡上钻孔沿等高线上、下排错开呈梅花型布置，如图5所示。

a粒状、片状溜砂坡钻孔水平间距1.3～1.5m，上、下排距1.0～1.2m。

b碎石状溜砂坡钻孔水平间距1.6～1.8m，上、下排距1.8～2.0m。

②成孔方法：钻孔直径比花管直径大20～25mm即可。由于砂坡结构松散，常规钻进难以成孔，一般采用以下三种方法：

a若溜砂坡需注浆的厚度<3m，可用铁质花管将下端砸扁，直接用重锤打入。

b振动吹砂筒成孔。

c风力跟管钻进成孔。

(5)注(灌)浆

①插花管和注浆管：将制作好的花管插入钻孔中，下端封闭，直抵孔底。将注浆用的高压橡皮管从花管口直插孔底，注浆管的外直径应小于花管内直径15～20mm，耐压1.0～1.2MPa。

②止浆密封：花管与孔口四周缝隙，可用水泥砂浆密封，防止高压浆液从花管四周喷出。注浆管与花管间缝隙多用橡皮塞止浆。

③注浆：

a注浆压力：粒状、片状溜砂坡的注浆压力0.2～0.6Mpa，常用0.5Mpa。碎石状溜砂坡的注浆压力0.1～0.5Mpa，常用0.3Mpa。

b注浆时间：粒状、片状溜砂坡，设计压力稳定后的注浆时间25秒/米左右，碎石状溜砂坡，设计压力达到稳定后的注浆时间20秒/米左右。

c分段加压注浆：为使树根桩上、下根状浆液均匀分布。必须实施分段注浆，每段长度3m左右。即注浆砂坡厚度≤3m，不分段，将注浆管出口置于离孔底1.0～1.5m处；若注浆砂坡厚度6m，可分为二段加压注浆，即把注浆管出口分别依次置于1.5、4.5处加压注浆。以此类推。

d注浆材料(干粉)计算：对于单根树根桩注浆材料的需要量可按下式试算：

式中：Q为单根桩需注浆材料重量(t)；

D为设计树根桩直径(m)；

L为设计树根桩长度(m)

Y_砂为溜砂坡干容重(t/m³)

η为加入注浆材料系数(％)。即加入注浆材料的重量占此根树根桩总重量的百分比。对于粒状、片状溜砂坡η取15％～20％；对于碎石状溜砂坡η取25％～30％，还可加入20％的中、细砂。

表1 花管树根桩固砂参数匹配建议值

溜砂坡基本分类	花管直径d(mm)	注浆小孔直径(mm)	钻孔排列方式	浆液浓度水:灰比	注浆压力(Mpa)	注浆时间(s/m)	备注
溜砂坡基本分类	花管直径d(mm)	注浆小孔直径(mm)	钻孔排列方式	浆液浓度水:灰比	注浆压力(Mpa)	注浆时间(s/m)	备注	粒状溜砂坡	50～55	6	4孔组螺旋排列竖向间距20cm	0.75:1.0～1.0:1.0	0.2～0.6	25
片状溜砂坡	50～55	6	4孔组螺旋排列竖向间距20cm	0.75:1.0～1.0:1.0	0.2～0.6	30		粒状溜砂坡	50～55	6	4孔组螺旋排列竖向间距20cm	0.75:1.0～1.0:1.0	0.2～0.6	25
片状溜砂坡	50～55	6	4孔组螺旋排列竖向间距20cm	0.75:1.0～1.0:1.0	0.2～0.6	30		碎石状溜砂坡	50～55	8	单孔排列竖向司距30cm，横向间距5.2cm	0.5:1.0～0.75:1.0	0.1～0.5	20

Claims

1、一种溜砂坡深部固砂方法，其特征在于：采用花管微型树根桩深部固砂方法进行溜砂坡深部固砂设计，具体步骤如下：在需要固砂的砂坡上垂直地面向砂坡深部钻孔，向孔中插入四周带有小孔的花管，并向花管中注入由粘土或粉土与水组成的浆液，或水泥与水组成的浆液，浆液通过花管四周小孔射出，形成树根状浆脉，浆脉利用自身的粘结和吸附作用，将砂粒紧紧握住，达到固砂的目的；所述的花管树根桩固砂参数匹配值如下表1所示。

表1 花管树根桩固砂参数匹配值

溜砂坡基本分类花管直径d(mm) 注浆小孔直径(mm) 花管小孔排列方式浆液浓度水:灰比注浆压力(Mpa) 注浆时间(s/m) 粒状溜砂坡 50～55 6 4孔组螺旋排列竖向间距20cm 0.75:1.0～1.0:1.0 0.2～0.6 25 片状溜砂坡 50～55 6 4孔组螺旋排列竖向间距20cm 0.75:1.0～1.0:1.0 0.2～0.6 30 碎石状溜砂坡 50～55 8 单孔排列竖向间距30cm，横向间距5.2cm 0.5:1.0～0.75:1.0 0.1～0.5 20

2、根据权利要求1所述的溜砂坡深部固砂方法，其特征在于：所述的花管的管材为50～55mmPVC管。

3、根据权利要求1所述的溜砂坡深部固砂方法，其特征在于：所述的花管下端即伸向孔底端15～20cm不钻孔，上端，即孔口端80～100cm不钻孔，其余部分均匀钻孔，孔径d6～8mm。

4、根据权利要求1所述的溜砂坡深部固砂方法，其特征在于：对粒状、片状溜砂坡，所述的浆液中水与粘土或粉土，或水与水泥的质量百分比为0.75:1.0～1.0:1.0。

5、根据权利要求1所述的溜砂坡深部固砂方法，其特征在于：对碎石状溜砂坡，所述的浆液中水与粘土或粉土，或水与水泥的质量百分比为0.5:1.0～0.75:1.0。

6、根据权利要求1所述的溜砂坡深部固砂方法，其特征在于：所述的砂坡钻孔平面布置为：砂坡上钻孔沿等高线上、下排错开呈梅花型布置，对于粒状、片状溜砂坡，钻孔水平间距1.3～1.5m，上、下排距1.0～1.2m，对于碎石状溜砂坡，钻孔水平间距1.6～1.8m，上、下排距1.8～2.0m。