CN101353892A - 重力场的三度空间排水方法及其结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种重力场的三度空间排水方法，该方法通过绘制地下渗流等高线图及地层剖面图，作大地稳定分析，配合大地专业经验分析地层安全条件的地层渗流压场的边界图，并根据取得的数据设置垂直集水孔，以及设定截水墙的位置。本发明还提供了一种重力场的三度空间排水结构，包含至少一截水墙、以及至少一水平排水管。本方法所建构的排水路径系统，可根据物理学的自然重力确实排放施工所涵盖区域的三度地理空间中的栖止水及地下渗流水，确保设计的排水功效，有效控制地层中的渗流水压，可适用在各种不同地质条件与各种不同渗透率的地层。
Description
技术领域
本发明涉及一种地层渗流水的排水方法及结构，特别涉及利用重力在三度地层空间中建构一个永久性的自动排水路径系统的方法及根据该方法建构的排水路径系统的结构。
背景技术
地层中的栖止水饱和的栖止水位线与地下渗流水压的状态，是关系地层稳定的重要动态因素；目前各种地层渗流水的排水方法大致说明如下：
(1)横向排水孔方法
横向排水孔方法是一种先集水再排水的设计观念，利用横向排水孔来排除地层中渗流水、以及降低渗流水压。此方法为应用已久的成熟技术，由于此方法的施工方式为盲目钻设横向排水孔，而自然地理的地层状态不相同、也不规律，且渗流水量及渗流水压会随地层不同而改变，故其缺点为：(a)所钻取的横向排水孔不一定能钻到渗流水的路径，达到排除渗流水压的功效；(b)在渗透条件复杂的地层，横向排水孔方法通常无法达到设计的要求，仅为改善并降低边坡的局部渗流水压。
(2)集水井+横向排水孔方法
本方法是在排水地区，设置直径D大于或等于3.0m的垂直集水井，在垂直集水井的上游端钻设约5度仰角的横向集水孔，并于垂直集水井的下游端设排水孔。
本方法的集水井更接近集水区，用于改善横向排水孔方法钻孔过长的缺点，也是一种成熟的方法；其缺点为：施工费用昂贵、施工期长、施工过程的安全性低，小仰角的集水孔无法达到完全排除边坡中的渗流压，且集水井施工后必须后续的维护与管理。
(3)横坑排水方法
横坑排水方法是利用人工挖掘并设置截水横坑的方法，适用于大规模崩塌地的坡脚区，利用横坑截水再排放。此种方法的排水效果良好，但其相对的缺点为：施工期间容易因地层不稳定或再崩落而直接危害施工安全，工地安全性低，工程费用高，施工期间长，整体使用寿命短暂，且后续的维护、管理仍存风险，为一种不得已而使用的暂时性排水方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合各种地层且无须维修及后续管理的重力式排水方法，用以解决前述目前各种排水方法的问题，如：无法确定施工可达到设计的要求、施工费用昂贵、施工期长、施工过程的安全性低、施工后必须后续的维护与管理、使用寿命短暂、以及仅能暂时性排水等等问题。
本发明提供一种重力场的三度空间排水方法，包含以下步骤：
依据施作地区的地质钻探资料及地质专业经验，绘制地下渗流等高线图及地层剖面图；
根据前述资料作大地稳定分析，配合大地专业经验分析地层安全条件的地层渗流压场的边界图；
设定截水墙的设立位置、长度、宽度，该截水墙包含多个并排的垂直集水管；设定至少一水平排水管的设立位置、高程、长度；
根据前述绘制截水墙、水平排水管的平面架构图、剖视图；
根据前述的平面架构图，在施作地区现场放样、确定截水墙的平面位置；
设置多个垂直集水孔，相邻接的二垂直集水孔的侧面彼此相互连通；
于前述每一垂直集水孔中安装垂直集水管，该垂直集水管的管壁与垂直集水孔的孔壁之间填入级配碎石及细砂，并加以震动夯压，形成截水墙；
前述截水墙的顶端低于边坡地表线，并于每一垂直集水管顶端管口覆上一管盖，该管盖上方盖覆不透水胶层，该不透水胶层上方回填低透水性的覆盖土壤，该覆盖土壤加以夯压密实，使覆盖土壤的密度大于原始的地表土的密度；
根据前述的平面架构图、剖视图，设置至少一水平排水孔，该水平排水孔对应连通前述截水墙的底部；
于前述水平排水孔中安装水平排水管，该水平排水管连通于前述截水墙的底端；
前述水平排水管的另一端为排水口，该水平排水管的排水口端设置固定保护设施。
所述水平排水管对应连通前述截水墙的垂直集水管底端。
所述级配碎石的直径小于或等于3.0mm，即ψ≤3.0mm，且均匀系数大于或等于6，即Cu≥6。
所述截水墙的顶端低于边坡地表线50公分以上。
所述不透水胶层为PE胶层。
进一步于该截水墙中设置一水位监测设备。
本发明还提供了一种重力场的三度空间排水结构，包含至少一截水墙、以及至少一水平排水管，其中，
该截水墙，主要由地层中并排设置的多个垂直集水管所构成；截水墙于地层中设置多个垂直集水孔，相邻接的二垂直集水孔的侧面彼此相互连通；于垂直集水孔中对应设置垂直集水管，该垂直集水管的管壁与垂直集水孔的孔壁间形成间隙，该间隙中填入级配碎石及细砂，并加以震动夯压；截水墙的顶端低于边坡地表线，每一垂直集水管顶端管口覆上一管盖，该管盖上方盖覆不透水胶层，该不透水胶层上方回填低透水性的覆盖土壤，该覆盖土壤加以夯压密实，使覆盖土壤的密度大于原始的地表土的密度；
该水平排水管连通前述截水墙的底部，水平排水管的另一端为排水口，该排水口设置固定保护设施。
所述级配碎石的直径小于或等于3.0mm，即ψ≤3.0mm，且均匀系数大于或等于6，即Cu≥6。
所述截水墙顶端低于边坡地表线边坡地表线50公分以上。
所述不透水胶层为PE胶层。
所述截水墙的底端接触或局部穿过低透水岩盘线。
所述截水墙的垂直集水管底端接触或局部穿过低透水岩盘线。
所述截水墙的总设计排水量Qp大于或等于地层最大渗流水量Qs的10倍，即Qp≥10Qs。
所述水平排水管连通截水墙的垂直集水管底部。
所述水平排水管的内径大于或等于连通的垂直集水管内径。
所述水平排水孔设置于地层中，水平排水管组设于水平排水孔中，水平排水管与水平排水孔之间形成环状的间隙层，该间隙层灌注水泥浆固定。
所述水平排水管与前述截水墙的底端连通处延长形成水平集水管。
所述固定保护设施概为L形墙体，通过L形墙体的直立墙固定水平排水管的排水口，L形墙体下方的水平板防止排水口流出的水冲蚀、破坏边坡地表。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明适用在各种不同地质条件与各种不同渗透率地层的地理空间中建构一个重力场的三度空间排水系统，利用重力来自动排水，为一种永久性的排水路径。
(2)本发明重力场的三度空间排水方法及其结构，可有效排除地层中的栖止水，避免地层中的水含量局部饱和，并实时排除地层中的渗流水，有效控制整体空间中的渗流压场，达到防止因饱和栖止水与渗流水压而造成地层滑动问题。
附图说明
图1为本发明实施例的平面架构示意图；
图2为图1的A-A断面剖视示意图；
图3为图1的B-B断面剖视示意图。
图中，
1截水墙
11垂直集水管
111管盖
12垂直集水孔
13间隙
14不透水胶层
2水平排水管
20排水口
21水平排水孔
22间隙层
23水平集水管
24固定保护设施
3边坡地表线
4低透水岩盘线
具体实施方式
本发明是一种重力场的三度空间排水方法及其结构，利用超水导(即超过预定高程的水位即刻导流排水)的概念，在地层中以超导水材料建构一个截取渗流水网，截取并集中渗流水，再以横向超导水管完全排除；本发明是在地层中设置多个并排的垂直集水管，形成一截水墙，截水墙的排水量Qp大于或等于地层最大渗流水量Qs的10倍，即Qp≥10Qs，前述多个并排的垂直集水管底部连通至少一水平排水管，水平排水管可以完全排放截水墙所截取的地下渗流水；利用本发明的排水方法，可以在三度地理空间中建构一个永久性的自动排水路径系统。
下面结合附图对本发明做一详细说明。
参考图1～图3所示，图1～图3为本发明实施例的平面架构示意图、A-A断面剖视示意图、B-B断面剖视示意图；本发明的一种重力场的三度空间排水方法，包含以下步骤：
(1)依据施作地区的地质钻探资料及地质专业经验，绘制地下渗流等高线图及地层剖面图；
(2)根据前述资料作大地稳定分析，配合大地专业经验分析地层安全条件的地层渗流压场的边界图；
(3)设定截水墙的设立位置、长度、宽度，该截水墙包含多个并排的垂直集水管；设定至少一水平排水管的设立位置、高程、长度，该水平排水管对应前述垂直集水管所构成的截水墙的底端；
(4)根据前述绘制截水墙、水平排水管的平面架构图、剖视图，如图1～图3所示；
(5)根据前述图1的平面架构图，在施作地区现场放样、确定截水墙的平面位置；
(6)设置多个垂直集水孔，相邻接的二垂直集水孔的侧面彼此相互连通；在本实施例是以钻孔机具钻设垂直集水孔；
(7)于前述每一垂直集水孔中安装垂直集水管，该垂直集水管的管壁与垂直集水孔的孔壁之间填入直径小于或等于3.0mm(ψ≤3.0mm)且均匀系数大于或等于6(Cu≥6)的级配碎石及细砂，并加以震动夯压，由并排的多个垂直集水孔、级配碎石及细砂形成截水墙；
(8)前述截水墙(每一垂直集水管)顶端低于边坡地表线50公分以上，并于每一垂直集水管顶端管口覆上一管盖，该管盖上方盖覆不透水胶层，该不透水胶层上方回填低透水性的覆盖土壤，该覆盖土壤加以夯压密实，使覆盖土壤的密度大于原始的地表土的密度；在本实施例中，该不透水胶层为PE胶层；
(9)再根据前述图1～图3的平面架构图、剖视图，设置至少一水平排水孔，在本实施例是以钻孔机具钻设水平排水孔；该水平排水孔对应连通前述截水墙的底端；
(10)在前述水平排水孔中安装水平排水管，该水平排水管一端对应连通于前述截水墙的底端；
(11)前述水平排水管的另一端为排水口，该水平排水管的排水口端设置固定保护设施。
另，可于截水墙中设置一水位监测设备，图中未示出，通过水位监测设备来监视、记录地下水位的状态，有效控制地下渗流水的排放。
根据前述本发明排水方法的步骤，在施作地区具体形成的三度空间排水结构；该重力场的三度空间排水结构，包含至少一截水墙1以及至少一水平排水管2；其中，
该截水墙1，主要由地层中并排设置的多个垂直集水管11所构成；在本实施例中的截水墙1是在地层中设置多个垂直集水孔12，相邻接的二垂直集水孔12的侧面彼此相互连通；于垂直集水孔12中对应组设垂直集水管11，该垂直集水管11的管壁与垂直集水孔12的孔壁间形成间隙13，该间隙13中填入直径小于或等于3.0mm(ψ≤3.0mm)且均匀系数大于或等于6(Cu≥6)的级配碎石及细砂，并加以震动夯压，由并排的多个垂直集水孔、级配碎石及细砂形成截水墙1。另，截水墙1的每一垂直集水管11顶端管口覆上一管盖111，该管盖111上方覆盖不透水PE层14，该PE层14上方回填低透水性的覆盖土壤，该覆盖土壤加以夯压密实，使覆盖土壤的密度大于原始的地表土的密度；截水墙1每一垂直集水管11顶端与边坡地表线3的最短距离S，该最短距离S大于或等于50公分，即，每一垂直集水管11顶端均低于边坡地表线50公分以上。
一般来说，截水墙1中并排设置的垂直集水管11底端接触或局部穿过低透水岩盘线4，参见图3，截水墙1的每一垂直集水管11及垂直集水孔12的长度并不相同。
截水墙1的总设计排水量Qp大于或等于地层最大渗流水量Qs的10倍，即Qp≥10Qs，以确保截水墙1可以完全截取地层中的渗流水，并有效排除。
该至少一水平排水管2，参见图1，图2，水平排水管2连通前述截水墙1的底部，使水平排水管2与截水墙1中的并排的多个垂直集水管11连通，水平排水管2的另一端为排水口20；在本实施例中，水平排水管2连通截水墙1的底部，水平排水管2的内径大于或等于连通的垂直集水管11内径，使水平排水管2得以将截水墙1所截取的地下渗流水经由排水口20完全排放。
在本实施例中，于地层中设置水平排水孔21，水平排水管2组设于水平排水孔21中，水平排水管2与水平排水孔21之间形成环状的间隙层22，该间隙层22灌注水泥浆固定；该水平排水孔21是以钻孔机具钻设，水平排水孔21对应连通截水墙1的底部。水平排水管2与前述截水墙1的垂直集水管11底端连通处延长形成水平集水管23，参见图1、图2。
前述水平排水管2的排水口20设置固定保护设施24；该固定保护设施24概为L形墙体，通过L形墙体的直立墙来固定水平排水管2的排水口20，L形墙体下方的水平板用以防止排水口20流出的水冲蚀、破坏边坡地表。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种重力场的三度空间排水方法，其特征在于，包含以下步骤：
依据施作地区的地质钻探资料及地质专业经验，绘制地下渗流等高线图及地层剖面图；
根据前述资料作大地稳定分析，配合大地专业经验分析地层安全条件的地层渗流压场的边界图；
设定截水墙的设立位置、长度、宽度，该截水墙包含多个并排的垂直集水管；设定至少一水平排水管的设立位置、高程、长度；
根据前述绘制截水墙、水平排水管的平面架构图、剖视图；
根据前述的平面架构图，在施作地区现场放样、确定截水墙的平面位置；
设置多个垂直集水孔，相邻接的二垂直集水孔的侧面彼此相互连通；
在前述每一垂直集水孔中安装垂直集水管，该垂直集水管的管壁与垂直集水孔的孔壁之间填入级配碎石及细砂，并加以震动夯压，形成截水墙；
前述截水墙的顶端低于边坡地表线，并于每一垂直集水管顶端管口覆上一管盖，该管盖上方盖覆不透水胶层，该不透水胶层上方回填低透水性的覆盖土壤，该覆盖土壤加以夯压密实，使覆盖土壤的密度大于原始的地表土的密度；
根据前述的平面架构图、剖视图，设置至少一水平排水孔，该水平排水孔对应连通前述截水墙的底部；
在前述水平排水孔中安装水平排水管，该水平排水管连通于前述截水墙的底端；
前述水平排水管的另一端为排水口，该水平排水管的排水口端设置固定保护设施。
2.如权利要求1所述的重力场的三度空间排水方法，其特征在于，所述水平排水管对应连通前述截水墙的垂直集水管底端。
3.如权利要求1所述的重力场的三度空间排水方法，其特征在于，所述级配碎石的直径小于或等于3.0mm，且均匀系数大于或等于6。
4.如权利要求1所述的重力场的三度空间排水方法，其特征在于，所述截水墙的顶端低于边坡地表线50公分以上。
5.如权利要求1所述的重力场的三度空间排水方法，其特征在于，所述不透水胶层为PE胶层。
6.如权利要求1所述的重力场的三度空间排水方法，其特征在于，其进一步于该截水墙中设置一水位监测设备。
7.一种重力场的三度空间排水结构，其特征在于，包含至少一截水墙、以及至少一水平排水管，其中，
该截水墙，主要由地层中并排设置的多个垂直集水管所构成；截水墙于地层中设置多个垂直集水孔，相邻接的二垂直集水孔的侧面彼此相互连通；于垂直集水孔中对应设置垂直集水管，该垂直集水管的管壁与垂直集水孔的孔壁间形成间隙，该间隙中填入级配碎石及细砂，并加以震动夯压；截水墙的顶端低于边坡地表线，每一垂直集水管顶端管口覆上一管盖，该管盖上方盖覆不透水胶层，该不透水胶层上方回填低透水性的覆盖土壤，该覆盖土壤加以夯压密实，使覆盖土壤的密度大于原始的地表土的密度；
该水平排水管连通前述截水墙的底部，水平排水管的另一端为排水口，该排水口设置固定保护设施。
8.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述级配碎石的直径小于或等于3.0mm，且均匀系数大于或等于6。
9.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述截水墙顶端低于边坡地表线边坡地表线50公分以上。
10.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述不透水胶层为PE胶层。
11.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述截水墙的底端接触或局部穿过低透水岩盘线。
12.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述截水墙的垂直集水管底端接触或局部穿过低透水岩盘线。
13.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述截水墙的总设计排水量Qp大于或等于地层最大渗流水量Qs的10倍。
14.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述水平排水管连通截水墙的垂直集水管底部。
15.如权利要求14所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述水平排水管的内径大于或等于连通的垂直集水管内径。
16.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述水平排水孔设置于地层中，水平排水管组设于水平排水孔中，水平排水管与水平排水孔之间形成环状的间隙层，该间隙层灌注水泥浆固定。
17.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述水平排水管与前述截水墙的底端连通处延长形成水平集水管。
18.如权利要求7所述的重力场的三度空间排水结构，其特征在于，所述固定保护设施概为L形墙体，通过L形墙体的直立墙固定水平排水管的排水口，L形墙体下方的水平板防止排水口流出的水冲蚀、破坏边坡地表。
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