CN101298777A - 一种膨胀土滑坡防治方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膨胀土滑坡防治方法及装置，以地下加筋土菱形框格墙、坡体浅层饱和膨胀土构成具有预应力特性的复合坡体防护结构，利用锚固技术将整个防护结构锚固于深层土体中，且在复合坡体防护结构中设置保水装置以满足浅层膨胀土的含水饱和度要求，并在复合坡体防护结构底部设置排水装置以自动排出坡内滞水，避免护坡体交界面附近出现滑动弱面，并减少了坡体自重，增强了坡体内部土体力学性能，以维持边坡的长期稳定。本发明施工工序简单、紧凑，工期短，建造成本低。

Description

一种膨胀土滑坡防治方法及装置

技术领域

本发明涉及的是一种滑坡防治方法，特别涉及一种用于膨胀土滑坡防治的工程措施及装置，属于边坡治理工程领域。

背景技术

膨胀土的粘粒成份主要由强亲水性矿物质组成，膨胀土吸水后显著膨胀、失水后显著收缩、浸水抗剪力降低、干缩裂隙发育，性质极不稳定，是影响公路、铁路、渠道及其它构造物建设的一种特殊土质，在实际工程中，其破坏力是巨大的，且产生的破坏是不易修复的。膨胀土在我国的分布范围很广，如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。在这些地区存在着大量的膨胀土边坡，既有人工填筑的边坡(如路堤)，也有人工开挖或者自然边坡。例如，通往越南、东南亚地区的南(宁)友(谊关)高速公路，途径宁明盆地边缘，在K130～K140一带分布着膨胀土，给公路建设造成了相当大的困难。截至2004年10月，膨胀土路段路堑边坡仅仅经历了一次干湿循环，其开挖的35个边坡中就有23个已经产生破坏。类似的膨胀土滑坡灾害，在我国膨胀土地区普遍存在。

用于治理膨胀土滑坡的结构和形式很多，常用的有：换土、土性改良、防止含水量改变、护坡和挡土墙等工程措施。换土和土性改良固然好，但要对类似于公路、铁路、南水北调渠道工程这样的沿线大面积边坡进行换土改造，其工程成本相当高。采用常规形式的坡面护坡和坡脚挡土墙，由于需要特别考虑膨胀土的胀缩性，其结构复杂、庞大，投资费用高，且效果并不理想，滑坡现象时常发生。经对现有膨胀土滑坡治理技术文献的检索发现：中国专利“一种治理膨胀土滑坡新技术”(申请号200510012521.X)，其技术方案包括边坡上开挖的菱形连续框格槽板及其框格顶点钻打的夯扩桩，其特征是将土的膨胀性能转化为护坡体内应力，并以混凝土或其它防渗材料封盖坡面来保持土的膨胀状态。该技术方案存在的主要不足之处在于：1)该技术要求膨胀土一直处于饱和状态，但实际上难以长期保持饱和状态：框格墙的工作状态主要为拉应力，致使其混凝土结构产生能够透气的裂缝，从而使得膨胀土所含水分逐渐下渗进入深层土体，这不仅会使护坡体的土体膨胀状态逐渐消失，而且会恶化护坡体下覆土层的力学性能；2)该技术不能解决护坡体下覆土层的排水问题，而工程中会因种种原因造成坡内一定程度的积水，如果不能及时有效地排出边坡，致使护坡体下覆土层形成软弱滑坡带，将严重危害边坡的稳定；3)工序耗时较多，因为坡面混凝土必须在膨胀土达到最大饱和度之后才能进行浇注，而膨胀土本身渗透性很差，一般饱和导水率只有10^-8～10^-7m/s，非饱和渗透系数比饱和渗透系数要小得多，其膨胀土吸水饱和时间较长，从而影响工期。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种能使护坡体膨胀土长期维持较高含水饱和状态、能使边坡深层土体地下水自动排出坡体外的滑坡防治方法和装置，其施工工序简单、紧凑，工期大大缩短。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明以地下加筋土菱形框格墙、坡体浅层饱和膨胀土构成具有预应力特性的复合坡体防护结构，利用锚固技术将整个防护结构锚固于深层土体中，且在复合坡体防护结构中设置保水装置以满足浅层膨胀土的含水饱和度要求，并在复合坡体防护结构底部设置排水装置以自动排出坡内滞水，维持边坡的长期稳定。

所述的复合坡体防护结构，由地下加筋土菱形框格墙、框格内膨胀土和锚固结构组成。地下加筋土墙，平面上呈菱形布置，并嵌入坡体中。框格内的膨胀土吸水饱和，一直处于膨胀状态，这使得土体内产生较高压应力，并使得地下加筋土菱形框格墙处于受拉应力状态，这种类似于“预应力板”的受力模式使得网状的地下加筋土菱形框格墙及其所围膨胀土构成一个整体，其抵抗边坡滑出的抗剪能力可大幅提高。地下加筋土墙由防渗土体和加筋材料组成。防渗土体，可以是具有防渗作用的任何土体，比如粘土、膨胀土改性土。加筋材料，作为地下加筋土菱形框格墙的受拉构件，承受来自膨胀土吸水产生的膨胀力，可采用目前在工程中广泛应用的涤纶纤维土工格栅、高强度土工网等加筋材料。锚固结构，功能是将边坡滑动的下滑力传到边坡深层土体，以明显提高整体边坡的抗滑稳定性，其具体形式很多，比如打入深层土体的土钉、预应力锚索、夯扩桩。

所述的保水装置，由不透水人造膜和补水多孔管组成。不透水人造膜覆盖于框格内膨胀土顶面和各侧面，将膨胀土与空气完全隔离，使其所含水分不易渗入深层土体，并一直保持膨胀状态。但是，水的比重远高于气体，在干旱季节，斜坡土体中的气体总会逐渐上升侵入该膨胀土内，土中水向低处逐渐转移，水分也就日渐减少，膨胀土内应力渐渐消失，从而会使得复合坡体防护结构中的“预应力”跟着消失，防护失败。因此，设置必需的补水多孔管是很重要的。补水多孔管为硬质塑料管(或其它硬质材料)，管径30～50mm，管壁上开孔，孔径2～3mm，孔距为孔径的20～50倍。管道周围包裹反滤土工布或者设置以传统的砂砾石等天然反滤材料组成的反滤层，以阻止土体进入、堵塞管道。每年向膨胀土补水1～2次，则可确保抗滑装置长期、有效运行。同时，正因为设置了补水多孔管，对膨胀土的饱和工序可挪到最后，工序变得简单、紧凑，可大大缩短施工工期，确保工程质量。

所述的排水装置，为设置在地下加筋土菱形框格墙底部的渗沟。底部渗沟宽度与加筋土墙厚度相同，高度为20～50cm，材料为粗砾或碎石，其外包裹透水无纺土工布。底部渗沟可将深层土体滞水及时排出边坡，提高土体力学性能，减小滑坡体自重，从而确保边坡稳定。另外，地下加筋土菱形框格墙可有效约束其所围膨胀土的变形，但难以约束其下覆土体的遇水膨胀变形，这种变形的不协调、突变，极易在该交界处形成滑动弱面，酿成滑坡，因此，在加筋土墙底部设置渗沟，可及时排出该交界面附近的水体，防止滑动弱面的产生。

与现有技术相比，本发明有着以下优点：1)复合坡体防护结构，以加筋材料承受拉力、以膨胀土承受压力，将边坡浅层土体变成能抵御滑坡的超大规模、大厚度“预应力”板；2)复合坡体防护结构中的主体结构是地下加筋土菱形框格墙，其所需工程耗材主要是加筋材料，由于加筋材料质量轻、安装方便，所以投入施工机械少、成本低；3)在地下加筋土菱形框格墙底部设置渗沟，及时排出坡体内部滞水，防止护坡体交界面出现滑坡弱面，提高了滑坡防治可靠性；4)对每个框格中的膨胀土设置保水装置，不仅使得施工工序简单、紧凑，工期得到大大缩减，而且可确保膨胀土长期处于一定的含水饱和度以上，一直处于膨胀应力状态。

附图说明

图1为本发明主体结构的平面布置示意图(不透水人造膜以下)。

图2为图1所示实施例中A-A线的剖面示意图。

图3为图1所示实施例中B-B线的剖面示意图。

图4为地下加筋土菱形框格墙中的加筋材料平面布置示意图。

图5为地下加筋土菱形框格墙构造示意图。

其中，1.底部渗沟，2.土钉，3.地下加筋土菱形框格墙，4.补水多孔管，5.草皮铺盖，6.不透水人造膜，7.钢筋混凝土菱形框格梁，8.框格状加筋土工布；9.防渗土体。

具体实施方式

以下选定土钉为锚固结构，结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明主体结构的平面布置图。地下加筋土菱形框格墙3嵌入膨胀土坡体中，平面上呈菱形布置，菱形边长为3～5m，深度3～5m，墙体厚度30～50cm。图2和图3为图1的两个剖面图。每道地下加筋土菱形框格墙3底部均设置有底部渗沟1，顶部设置有钢筋混凝土菱形框格梁7，中轴线上设置有土钉2。土钉2下端插入深层土体，上端锚固于钢筋混凝土菱形框格梁7。土钉间距2～3m，长度6～12m，钢筋为涂有多层环氧树脂防腐涂料的螺纹钢，直径可取20～50mm，土钉注浆高度高于菱形框格墙顶部至少15cm。边坡浅层土体被地下加筋土菱形框格墙3分割成许多独立的小块，每块土体上侧布置补水多孔管4，并以不透水人造膜6将框格内膨胀土与补水多孔管4封住，与外界空气隔开。草皮铺盖5设置于坡体表面，起美观效果。

地下加筋土菱形框格墙3由框格状加筋土工布8和防渗土体9组成。图4示意了框格状加筋土工布8的平面布置图，图5示意了地下加筋土菱形框格墙3的构造图。框格状加筋土工布8位于地下加筋土菱形框格墙3的中轴线上，并平整展开后固定在土钉2上。框格状加筋土工布8与防渗土体9合为一体，将框格内膨胀土包裹起来，所以框格状加筋土工布8是封闭的菱形框格形状，也可以是几个框格组成为一体的多菱形框格形状，安装的时候将相邻加筋土工布8进行牢固连接，提高护坡体的整体性。

具体实施包括以下步骤：

1)在斜坡上测量放线，标记网状菱形各交叉点，布设土钉2的施工点位；

2)按常规方法在各点位进行土钉施工；

3)对各菱形挖槽，宽度30～50cm，深度为3.5～5.5m；

4)在框格槽底部铺设不透水人造膜，并堆填30～50cm高的粗砾或碎石，其外包裹透水无纺土工布，形成底部渗沟1；

5)在框格槽所围膨胀土的上侧边缘附近布设补水多孔管4，并用不透水人造膜6将膨胀土和补水多孔管4封闭，补水多孔管有管嘴伸出人造膜，人造膜伸入框格槽至少2m；接着将框格状加筋土工布8放入槽内，固定在土钉2上，并将相邻框格的框格状加筋土工布8进行搭接，使之成为整体，接着向槽内填筑防渗土，一边填土一边夯实，形成地下加筋土菱形框格墙3；

6)在地下加筋土菱形框格墙3顶部，浇注钢筋混凝土菱形框格梁7，浇注之前将土钉钢筋与梁主筋以焊接方式进行牢固连接；

7)对补水多孔管4抽真空，使得人造膜与土体结合紧密，然后在人造膜上铺填松土，并覆盖草皮铺盖5；

8)通过补水多孔管4对复合护坡体内的膨胀土进行注水饱和。

该滑坡抗滑装置施工完毕后，每年向复合护坡体内的膨胀土补水1～2次，使土体处于较高的含水饱和状态，确保护坡装置正常运行。

对于锚固结构为其它形式的情况，其工作原理、施工步骤与上面所述类似。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种膨胀土滑坡防治方法，其特征在于：利用锚固技术将复合坡体防护结构锚固于深层土体中，且在复合坡体防护结构中设置保水装置以满足浅层膨胀土的含水饱和度要求，并在复合坡体防护结构底部设置排水装置以自动排出坡内滞水，维持边坡的长期稳定。

2、如权利要求1所述方法的装置，其特征在于：该复合坡体防护结构由地下加筋土菱形框格墙、框格内膨胀土和锚固结构三部分组成。

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于：该锚固结构是能将边坡滑动的下滑力传到边坡深层土体，以明显提高整体边坡的抗滑稳定性的类型。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于：该锚固结构包括打入深层土体的土钉、预应力锚索、夯扩桩。

5、如权利要求2所述的装置，其特征在于：该地下加筋土菱形框格墙由框格状加筋土工布和防渗土体组成，嵌入膨胀土坡体中，平面上呈菱形布置，将边坡浅层土体分割成许多独立的菱形方块。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于：该菱形边长为3～5m，深度3～5m，墙体厚度30～50cm。

7、如权利要求5所述的装置，其特征在于：该框格状加筋土工布位于地下加筋土菱形框格墙的中轴线上，平面上呈封闭的菱形框格形状，也可以是几个框格组成为一体的多菱形框格形状，安装的时候将相邻加筋土工布进行牢固连接，以加大护坡体的整体性。

8、如权利要求1所述的装置，其特征在于：该保水装置由不透水人造膜和补水多孔管组成；以不透水人造膜将护坡体膨胀土与空气完全隔离，使膨胀土所含水分不易渗入深层土体，并一直保持膨胀状态；施工中或正常营运中，均可以从补水多孔管向护坡体膨胀土内注水，及时补充其失去的水分，满足护坡体膨胀土含水量要求。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于：该补水多孔管为硬质材料管，管径30～50mm，管壁上开孔，孔径2～3mm，孔距为孔径的20～50倍；管道周围包裹反滤土工布或者设置以传统的砂砾石等天然反滤材料组成的反滤层，以阻止土体进入、堵塞管道。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于：其施工主要步骤包括：1)在斜坡上测量标记出地下加筋土菱形框格墙平面布置轴线和锚固结构施工特征点位；2)对各菱形挖槽，并同时进行各护坡装置的具体施工；3)各护坡装置施工完毕后，对补水多孔管抽真空，使得人造膜与土体结合紧密，然后在人造膜上铺填松土，并覆盖草皮铺盖；4)通过补水多孔管对复合护坡体内的膨胀土进行注水饱和；该滑坡抗滑装置施工完毕后，每年向复合护坡体内的膨胀土补水1～2次，使土体处于较高的含水饱和状态，确保护坡装置正常运行。

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