CN104563142B - 大型倾倒式危岩体联合防护结构以及治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型倾倒式危岩体联合防护结构以及治理方法，属于地质灾害防治领域，提供一种提高对大型倾倒式危岩体的治理效果的联合治理大型倾倒式危岩体防护以及其治理方法。通过采用围护-封填-锚固三者相结合的联合治理危岩体结构，能最大限度的提高危岩体的稳定性，尤其对于对具有宽大裂隙的倾倒式大型危岩体具有显著的治理效果。在大型倾倒式危岩体联合治理方法中，结合本发明所述的大型倾倒式危岩体联合防护结构中的围护-封填-锚固三者相结合的结构进行有序的施工，确保了施工期间的安全问题，保证了治理方法的可操作性以及实现对大型倾倒式危岩体的最佳的治理效果。

Description

大型倾倒式危岩体联合防护结构以及治理方法

技术领域

本发明涉及地质灾害防治领域，尤其涉及大型倾倒式危岩体的联合防护结构以及治理方法。

背景技术

危岩体多位于工程开口线外环境边坡，在重力、地震或其他外力作用下易脱离母体或离开原位，从斜坡以坠落、滑落、弹跳、滚动等方式顺坡向下剧烈快速运动，可能发生落石、崩塌、滑坡等地质灾害，进而造成其下人员伤亡和财产损失。其对工程、施工安全影响较大，随着工程不断建设，工程开口线外环境边坡危岩体安全问题日益突出，对其进行治理显得十分必要。

目前危岩体治理技术存在以下缺陷：

第一、目前危岩体治理技术对施工期安全应对措施不够完善，特别是针对大型危岩体治理。现有确保施工期安全措施一般为主动防护网及被动防护网，但它们仅对小型危石及危石群治理效果较好，能确保其施工期安全，但对大型危岩体的治理则作用有限，不能确保大型危岩体治理施工期安全。

第二、对于具有宽大裂隙的倾倒拉裂型大型危岩体，其稳定性往往极差，在不能进行爆破清除的情况下，采用单一治理方法往往难以达到治理效果。

第三、目前所有危岩体加固处理方法均需直接在危岩体上进行施工，且多从正面施工，其风险较大。如对于仅采用锚固技术治理大型危岩体，通常需要正面穿透危岩体及危岩体与母岩体间的破裂面后进入母岩。对具有宽大裂隙的倾倒式大型危岩体，其稳定性通常极差，在重力、暴雨、爆破及施工震动等情况下易产生崩塌破坏，施工风险较大，从正面进行锚固危险性更大。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种施工更加安全，且可提高对大型倾倒式危岩体的治理效果的联合治理大型倾倒式危岩体防护以及其治理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大型倾倒式危岩体联合防护结构，包括母岩体和危岩体；在危岩体左侧的母岩体上设置有左侧锚杆，在危岩体右侧的母岩体上设置有右侧锚杆；还包括钢丝绳；所述钢丝绳围护在危岩体外侧面上，并且钢丝绳的左端连接到左侧锚杆上，钢丝绳的右端连接到右侧锚杆上；在母岩体和危岩体之间的缝隙内还填充有封填砼。

进一步的是：还包括预应力锚索，所述预应力锚索穿过危岩体，并且其锚墩端设置在危岩体上，其锚固端锚固在母岩体内。

进一步的是：所述预应力锚索的锚固端穿过母岩体内部的强卸荷线，并且穿过强卸荷线后的深度L≥8m。

另外，本发明还提供一种大型倾倒式危岩体联合治理方法，包括如下步骤，

A、进行工程地质勘察，查明危岩体的范围、规模以及母岩体的强卸荷线深度；

B、根据公式K＝抗倾覆力矩/倾覆力矩，计算出自然状态下危岩体的倾倒稳定安全系数K值大小；

C、在危岩体左侧的母岩体上设置左侧锚杆，在危岩体右侧的母岩体上设置有右侧锚杆；并用钢丝绳将危岩体进行围护加固，将钢丝绳的左端连接到左侧锚杆上，钢丝绳的右端连接到右侧锚杆上；

D、对母岩体和危岩体之间的缝隙进行封填施工，既填充封填砼；

E、待封填砼的强度符合要求后，设置预应力锚索，所述预应力锚索穿过危岩体，并将危岩体与母岩体锚固连接。

进一步的是，在步骤D中进行封填施工过程中，要求倾倒稳定安全系数K≥1.3；其中封填施工过程中封填砼侧的压力大小F通过以下两个公式计算，并取两者中的较小值；

a、F＝0.22×γc×t0×β1×β2×V1/2；

b、F＝γc×H；

式中，γ_c—砼容重，取25KN/m³；t₀—新浇砼初凝时间，t₀＝200/(T+15)，T—砼的入模温度(℃)；V—砼浇筑速度(m/h)；β₁—外加剂影响系数，不加时为1.0；β₂—砼坍落度影响系数；H—新浇砼总高度(m)。

进一步的是：砼浇筑速度V≤1m/h。

本发明的有益效果是：通过采用锚杆和钢丝绳组合的围护结构，既实现了对危岩体的前期治理，同时又确保后期治理施工更加安全。通过采用锚杆和钢丝绳组合围护结构和填充封填砼的联合治理，进一步提高危岩体的稳定性；进一步再结合预应力锚索后组成围护-封填-锚固三者相结合的联合治理危岩体结构最大限度的提高危岩体的稳定性，尤其对于对具有宽大裂隙的倾倒式大型危岩体具有显著的治理效果。在大型倾倒式危岩体联合治理方法中，结合本发明所述的大型倾倒式危岩体联合防护结构中的围护-封填-锚固三者相结合的结构进行有序的施工，确保了施工期间的安全问题，保证了治理方法的可操作性以及实现对大型倾倒式危岩体的最佳的治理效果。

附图说明

图1为本发明所述的大型倾倒式危岩体联合防护结构的示意图；

图2为图1中A-A截面的剖视图；

图中标记为：母岩体1、危岩体2、左侧锚杆3、右侧锚杆4、钢丝绳5、封填砼6、预应力锚索7、锚墩端71、锚固端72、强卸荷线8、锚固端穿过强卸荷线后的深度L。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明所述的大型危岩体一般指的是规模达到100m³及以上的危岩体2。而所谓倾倒式危岩体，则指的危岩体2主要可能从母岩体1上通过倾倒方式脱落。

如图1和图2中所示，本发明所述的大型倾倒式危岩体联合防护结构，包括母岩体1和危岩体2；在危岩体2左侧的母岩体1上设置有左侧锚杆3，在危岩体2右侧的母岩体1上设置有右侧锚杆4；还包括钢丝绳5；所述钢丝绳5围护在危岩体2外侧面上，并且钢丝绳5的左端连接到左侧锚杆3上，钢丝绳5的右端连接到右侧锚杆4上；在母岩体1和危岩体2之间的缝隙内还填充有封填砼6。其中所谓钢丝绳5围护在危岩体2外侧面上，指的是如图1中所示，钢丝绳5围护在危岩体2远离母岩体1的一侧上，并且将危岩体2半包围住，然后将钢丝绳5的两端分别与对应的左侧锚杆3和右侧锚杆4连接，在连接钢丝绳5时，应当使的钢丝绳5绷直，或者可在钢丝绳5上施加一定的预应力。

钢丝绳5与左侧锚杆3以及右侧锚杆4组成的围护结构，其施工过程中几乎不会对危岩体2造成影响，尤其不会引起危岩体2的倾覆力矩的增加。因此，围护结构可以作为最先施工的结构，并且其施工简单。

钢丝绳5的数量，以及左侧锚杆3以及右侧锚杆4的数量，可根据实际需要设定，对于较大的危岩体，或者稳定性较差的危岩体，可设置多根锚杆，以及多根钢丝绳5，以达到更好的围护效果。通常左侧锚杆3以及右侧锚杆4相同。

在围护结构施工完成后，再对母岩体1和危岩体2之间的缝隙进行封填施工，既填充封填砼6，这样可有效对裂缝进行封填，防止危岩体裂缝继续扩展，同时可使后续进一步在危岩体上设置预应力锚索7的施工变得方便，也有利于对锚索施加预应力。

在上述设置了锚杆和钢丝绳组合的围护结构以及对母岩体1和危岩体2之间的缝隙进行了封填填充后；可进一步设置预应力锚索7的结构，预应力锚索7穿过危岩体2，并且其锚墩端71设置在危岩体2上，其锚固端72锚固在母岩体1内。预应力锚索7的作用是实现对危岩体2的进一步锚固连接，提高危岩体2的稳定性。本发明联合预应力锚索7与封填砼6的结构，可以方施加预应力；具体施工时要求先进行封填砼6的施工，并且待封填砼6达到要求后在进行预应力锚索7的施工。由于有封填砼6填充在母岩体1和危岩体2之间的缝隙内，这样在施加锚索的预应力时更加方便，封填砼6可阻止危岩体2在施加预应力时发生较大移动，进而避免在施加预应力时造成对危岩体2的破坏。

再有，本发明优选联合围护-封填-锚固三者组成治理危岩体2的结构，通过首先进行围护结构的施工，可起到初步稳固危岩体2的效果，以便后面进行封填施工和锚固的施工。而封填施工后，又为锚固施工提供了更加方便和优越的施工条件，便于锚固的预应力施加；使得最终对危岩体2的稳固治理效果更好，也使得围护-封填-锚固三者的联合效果最优。同时还可保证整个危岩体治理施工过程更加安全、有效。

本发明所述的大型倾倒式危岩体联合治理方法，结合上述围护-封填-锚固三者的联合治理危岩体的结构，包括了如下步骤：

A、进行工程地质勘察，查明危岩体2的范围、规模以及母岩体1的强卸荷线8深度；

B、根据公式K＝抗倾覆力矩/倾覆力矩，计算出自然状态下危岩体2的倾倒稳定安全系数K值大小；

C、在危岩体2左侧的母岩体1上设置左侧锚杆3，在危岩体2右侧的母岩体1上设置有右侧锚杆4；并用钢丝绳5将危岩体2进行围护加固，将钢丝绳5的左端连接到左侧锚杆3上，钢丝绳5的右端连接到右侧锚杆4上；

D、对母岩体1和危岩体2之间的缝隙进行封填施工，既填充封填砼6；

E、待封填砼6的强度符合要求后，设置预应力锚索7，所述预应力锚索7穿过危岩体2，并将危岩体2与母岩体1锚固连接。

其中步骤A是为之后进行治理施工提供安全保障，至于具体的地质勘察方法，可参照现有技术进行。

步骤B是在步骤A之后，根据勘察结果，对危岩体2进行稳定性评估，通过采用公式K＝抗倾覆力矩/倾覆力矩计算出危岩体2的稳定状态；通常根据K值大小分为如下几个稳定阶段：当K＜1时为稳定性极差，当1≤K＜1.3时为稳定性差，当1.3≤K＜1.5时为基本稳定，当K≥1.5时为稳定。这样，根据计算得出K值，同时确定危岩体2所处稳定状态，以便为后期施工提供参考，避免安全事故的发生，同时为后期围护施工所需要的强度提供依据。同时，还可为之后进行封填施工提供施工条件的数据依据。

步骤C至步骤D则是依次进行围护-封填-锚固的施工，并且必须严格按照顺序施工，必要时，还需要等待前一工序达到后一工序的施工条件时才能进行后一步工序的施工；如在进行封填施工后，封填砼6至少需要凝固三天以后才可进行后续的锚固施工。

另外，为了安全起见，在进行封填施工时，由于封填砼6会对危岩体2施加一个侧压力，引起危岩体2的倾倒稳定安全系数K值降低，因此在进行封填施工前，需要进行评估，并且要求考虑封填砼侧的压力大小F；其中F的大小可通过以下两个公式计算，并取两者中的较小值即可；

a、F＝0.22×γc×t0×β1×β2×V^1/2；

b、F＝γc×H；

式中，γ_c—砼容重，取25KN/m³；t₀—新浇砼初凝时间，t₀＝200/(T+15)，T—砼的入模温度(℃)；V—砼浇筑速度(m/h)；β₁—外加剂影响系数，不加时为1.0；β₂—砼坍落度影响系数；H—新浇砼总高度(m)。

在得到上述F值后，将其带入造成危岩体2倾覆力矩增加的部分引入到倾倒稳定安全系数K值的计算式中，同时，由于前期已经进行了围护施工，因此此时的抗倾覆力矩应当加上围护结构对危岩体2施加的抗倾覆力矩；这样最终得出进行封填施工时的倾倒稳定安全系数K；为保证施工期间的安全，因此要求封填施工期间内的K≥1.3。如果在进行封填施工前进行的计算可能的施工期间倾倒稳定安全系数K＜1.3，则可采取增加设置围护结构，如增加设置左侧锚杆3、右侧锚杆4以及钢丝绳5，以提高危岩体2的抗倾覆力矩，进而提高K值；也可通过降低封填砼侧的压力大小F，来降低封填施工时对危岩体2的倾覆力矩，通常可通过降低砼浇筑速度V来实现降低封填砼侧的压力大小F。一般而言，在封填施工时，设置砼浇筑速度V≤1m/h。

在封填施工结束后，待封填砼6的强度符合要求后，再进行锚固施工；在进行锚固施工时，一般可在危岩体2的正面搭设脚手架，进行钻孔，并且穿过强卸荷线8达8米以上，清孔后放置锚索，然后锚固及施加预应力，最后封锚。至于预应力锚索7的数量可根据危岩体2的实际情况确定，同时需要考虑当地地质工况等因素，如地震烈度等因素。通常地震烈度采用本地区基本烈度。

最后，在所有施工结束以后，要求最终危岩体2的倾倒稳定安全系数K≥1.5，如果此时K值不符合要求，可通过增加设置预应力锚索7或者增加设置围护结构来增大K值大小。

Claims (6)

1.大型倾倒式危岩体联合防护结构，包括母岩体(1)和危岩体(2)；其特征在于：在危岩体(2)左侧的母岩体(1)上设置有左侧锚杆(3)，在危岩体(2)右侧的母岩体(1)上设置有右侧锚杆(4)；还包括钢丝绳(5)；所述钢丝绳(5)围护在危岩体(2)外侧面上，并且钢丝绳(5)的左端连接到左侧锚杆(3)上，钢丝绳(5)的右端连接到右侧锚杆(4)上；在母岩体(1)和危岩体(2)之间的缝隙内还填充有封填砼(6)。

2.如权利要求1所述的大型倾倒式危岩体联合防护结构，其特征在于：还包括预应力锚索(7)，所述预应力锚索(7)穿过危岩体(2)，并且其锚墩端(71)设置在危岩体(2)上，其锚固端(72)锚固在母岩体(1)内。

3.如权利要求2所述的大型倾倒式危岩体联合防护结构，其特征在于：所述预应力锚索(7)的锚固端(72)穿过母岩体(1)内部的强卸荷线(8)，并且穿过强卸荷线(8)后的深度L≥8m。

4.大型倾倒式危岩体联合治理方法，其特征在于：包括如下步骤，

A、进行工程地质勘察，查明危岩体(2)的范围、规模以及母岩体(1)的强卸荷线(8)深度；

B、根据公式K＝抗倾覆力矩/倾覆力矩，计算出自然状态下危岩体(2)的倾倒稳定安全系数K值大小；

C、在危岩体(2)左侧的母岩体(1)上设置左侧锚杆(3)，在危岩体(2)右侧的母岩体(1)上设置有右侧锚杆(4)；并用钢丝绳(5)将危岩体(2)进行围护加固，将钢丝绳(5)的左端连接到左侧锚杆(3)上，钢丝绳(5)的右端连接到右侧锚杆(4)上；

D、对母岩体(1)和危岩体(2)之间的缝隙进行封填施工，既填充封填砼(6)；

E、待封填砼(6)的强度符合要求后，设置预应力锚索(7)，所述预应力锚索(7)穿过危岩体(2)，并将危岩体(2)与母岩体(1)锚固连接。

5.如权利要求4所述的大型倾倒式危岩体联合治理方法，其特征在于：在步骤D中进行封填施工过程中，要求倾倒稳定安全系数K≥1.3；其中封填施工过程中封填砼侧的压力大小F通过以下两个公式计算，并取两者中的较小值；

a、F＝0.22×γc×t0×β1×β2×V^1/2；

b、F＝γc×H；

式中，γ_c—砼容重，取25KN/m³；t₀—新浇砼初凝时间，t₀＝200/(T+15)，T—砼的入模温度(°c)；V—砼浇筑速度(m/h)；β₁—外加剂影响系数，不加时为1.0；β₂—砼坍落度影响系数；H—新浇砼总高度(m)。

6.如权利要求5所述的大型倾倒式危岩体联合治理方法，其特征在于：砼浇筑速度V≤1m/h。