CN111691437A - 边坡防护方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种边坡防护方法及系统，涉及边坡防护技术领域，其中，边坡防护方法，包括：应用锚索对边坡进行深层支护；在边坡的坡面上布置挂网，所述挂网通过锚杆固定于所述边坡；在边坡上设置排水系统，所述排水系统包括截水沟、排水孔以及排水洞中的至少一项，其中，所述截水沟设有边坡的坡面上，所述排水孔与所述锚杆间隔布设；在所述挂网上喷射混凝土。本发明实施例提高了坡体整体强度，同时降低了边坡受到的水力破坏，进而有效提高坡体的稳定性与安全性。

Description

边坡防护方法及系统
技术领域
本发明涉及边坡防护技术领域，具体地，涉及边坡防护方法及系统，特别是一种具有泄洪系统的消能区边坡的防护方法及系统。
背景技术
在例如水电站的自由跌挑式消能中，为使跌挑落水流不淘刷坝址和两岸，开挖下游河床并建二道坝，形成水垫塘，水垫塘中的水垫能够有效起到消能作用。消能区边坡(或称为水垫塘边坡)岩体主要为弱风化段的强、弱卸荷带岩体，岩体风化、卸荷严重，由于边坡岩体松动，可能会发生倾倒变形破坏；此外，在缓坡地带风化强烈，边坡存在表层碎裂松动岩体的稳定问题。因此，边坡岩体存在大量的风化卸荷变形破裂现象，变形破裂特征较为复杂。边坡局部主要的变形破坏特征为：倾倒变形、随机块体滑移变形(平面滑移、块体滑移)、随机块体坠落(陡倾坡外结构面控制的块体坠落、块体剪除)；边坡整体变形破坏特征主要是：陡倾断层与中缓倾结构面组合的滑移-拉裂、浅表层松动岩体崩塌。
在一些应用场合下，水垫塘的一侧边坡上设有泄洪系统出口，泄洪系统将带来泄洪雾化的现象，泄洪雾化形成的强降雨雾化水从边坡表面渗入，冲蚀土体，增加了坡体的下滑力，降低了坡体的抗滑力，影响岩体的强度与稳定性；雾化降雨渗入到发育的节理裂隙中，增加岩土的渗透力，抬高地下水位，在岸坡内形成上浮力，降低了坡体稳定性。
现有技术中，由于未充分考虑泄洪系统对消能区边坡带来的不利影响，导致边坡强度与排水性能难以满足应用需求，边坡稳定性较差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种边坡防护方法及系统。
根据本发明提供的边坡防护方法，包括：
应用锚索对边坡进行深层支护；
在边坡的坡面上布置挂网，所述挂网通过锚杆固定于所述边坡；
在边坡上设置排水系统，所述排水系统包括截水沟、排水孔以及排水洞中的至少一项，其中，所述截水沟设有边坡的坡面上，所述排水孔与所述锚杆间隔布设；
在所述挂网上喷射混凝土。
可选地，所述应用锚索对边坡进行深层支护，包括：
确定边坡顶部开挖高度；
根据所述边坡顶部开挖高度与预设的加固高度，确定第一高度；
在所述边坡的第一高度以上的位置布置框格梁锚索。
可选地，所述在边坡的坡面上布置挂网，包括：
确定边坡的开口线，以及边坡的位于所述开口线以外的预设距离处的第一位置；
在所述第一位置设置第一锚杆，在边坡的位于所述开口线以内的第二位置设置第二锚杆；
将所述挂网固定至所述第一锚杆与所述第二锚杆上。
可选地，所述在边坡上设置排水系统，包括：
根据边坡雾化数值模拟计算结果，确定边坡上的设置排水洞的高度范围；
依据所述高度范围，在所述边坡上设置N个排水洞，其中，所述N为正整数。
可选地，所述在边坡上设置排水系统，包括：
确定边坡的弱卸荷带；
在所述弱卸荷带，和/或，边坡的位于所述弱卸荷带的预设距离处的第三位置，设置排水洞。
可选地，所述排水系统还包括第一排水沟与第二排水沟；
所述第一排水沟设于所述排水洞的底面上，且位于沿所述排水洞宽度延伸方向的两侧；所述第二排水沟设于所述排水洞的外部，且与所述排水洞相互连通。
可选地，所述排水孔包括第一排水孔与第二排水孔；
所述第一排水孔与所述排水洞相互连通，且在所述排水洞的横截面上呈辐射状布置；所述第二排水孔与所述排水洞相互隔离。
可选地，所述应用锚索对边坡进行深层支护，包括：
确定边坡的地质强度低于强度阈值的第四位置；
对所述第四位置进行清理，并使用混凝土对第四位置进行强化。
可选地，所述应用锚索对边坡进行深层支护之前，还包括以下至少一项：
对边坡上的松动块石与孤石进行清除；
在边坡的开口线以外的预设范围中布置被动防护网；
在边坡裂隙处进行加固处理。
本发明实施例还提供了一种边坡防护系统，所述边坡防护系统通过实施上述的边坡防护方法得到。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明实施例提供的边坡防护方法，以锚索对边坡进行深层支护，以挂网及混凝土强化的方式对边坡表层的进行加强，从而提高了坡体整体强度，同时，通过排水系统来疏导边坡中的水分，降低了边坡受到的水力破坏，进而有效提高坡体的稳定性与安全性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的边坡防护方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种边坡防护方法，包括：
步骤S100，应用锚索对边坡进行深层支护；
步骤S200，在边坡的坡面上布置挂网，所述挂网通过锚杆固定于所述边坡；
步骤S300，在边坡上设置排水系统，所述排水系统包括截水沟、排水孔以及排水洞中的至少一项，其中，所述截水沟设有边坡的坡面上，所述排水孔与所述锚杆间隔布设；
步骤S400，在所述挂网上喷射混凝土。
本发明实施例中，深层支护主要指：通过在边坡的表层滑体打孔直至稳固岩层，并将锚索的一端深入至开孔中，并灌入混凝土等将锚索的一端固定于稳固岩层中；锚索的长度大于上述开孔的长度，以使得锚索的另一端伸出边坡，并通过紧固结构，例如螺母等固定于边坡的坡面，以达到将表层滑体加固在稳固岩层上的目的。
挂网为喷射混凝土施工中，沿工程横向和纵向布置钢筋编织的网格，并且固定在边坡上，以提供后续喷射混凝土的整体性和受力均匀性。挂网则通过锚杆固定于边坡表层，实现边坡浅层强化。
排水系统可以是截水沟、排水孔以及排水洞中的至少一项，主要用于排出渗入到边坡的泄洪雾化形成的强降雨雾化水。
本发明实施例提供的边坡防护方法，以锚索对边坡进行深层支护，以挂网及混凝土强化的方式对边坡表层的进行加强，从而提高了坡体整体强度，同时，通过排水系统来疏导边坡中的水分，降低了边坡受到的水力破坏，进而有效提高坡体的稳定性与安全性。
在一个示例中，用于固定挂网的锚杆的长度大于一长度阈值，该长度阈值可以是根据强度计算得到的锚杆需求长度；换而言之，将用于固定挂网的锚杆设置成相对较长的锚杆，如此，可以保障松散岩体里也能提供必要的锚固力，同时，可有效降低工程措施对天然结构的稳定度的破坏。
可选地，所述应用锚索对边坡进行深层支护，包括：
确定边坡顶部开挖高度；
根据所述边坡顶部开挖高度与预设的加固高度，确定第一高度；
在所述边坡的第一高度以上的位置布置框格梁锚索。
考虑到边坡通常是逐层开挖的形式获得，而边坡顶部的强度对底部开挖过程的安全性有着很大影响，因此，本实施例中，结合边坡顶部开挖高度，以及预设的加固高度需求，在边坡的顶部或靠近顶部的位置布置框格梁锚索。第一高度可以认为是框格梁锚索的下端所在高度。
具体来说，框格梁锚索可以主要由框格梁与预应力锚索组成，其中，框格梁与挂网结构较为相似，主要由横梁与纵梁交错固定形成；预应力锚索可以设置在横梁与纵梁的交错点，在起到深层支护的同时，将框格梁固定于边坡表层，提高边坡安全性。
可选地，对于第二高度以下的位置，也可以设置预应力锚索，这些预应力锚索在空间位置上可以是相互独立的。在一可行的实施方式中，上述预设的加固高度可以在60m左右。可以理解的是，第一高度可以是边坡顶部开挖高度减去预设的加固高度，也可以根据实际需要加入计算余量等条件来进一步确定。
可选地，所述在边坡的坡面上布置挂网，包括：
确定边坡的开口线，以及边坡的位于所述开口线以外的预设距离处的第一位置；
在所述第一位置设置第一锚杆，在边坡的位于所述开口线以内的第二位置设置第二锚杆；
将所述挂网固定至所述第一锚杆与所述第二锚杆上。
可以理解的是，对于开口线以外的位置，通常也可以使用锚杆进行支护，在一个可行的实施方式中，上述第一位置可以位于开口线以外的3～5m处，第一锚杆可以是两排直径为32mm，长度为15m的锁口锚杆。当然，第一位置的具体位置，以及第一锚杆的类型与规格，都是可以根据实际需要进行确定的。
本实施例通过设置第一锚杆、第二锚杆以及挂网，配合后续喷射混凝土的处理，可以有效对边坡表层进行强化。
在另一可行的实施方式中，上述第二锚杆可以是采用梅花型布置，上述挂网可以采用A8@20×20cm的钢筋挂网。
可选地，所述在边坡上设置排水系统，包括：
根据边坡雾化数值模拟计算结果，确定边坡上的设置排水洞的高度范围；
依据所述高度范围，在所述边坡上设置N个排水洞，其中，所述N为正整数。
对于边坡雾化数值模拟计算结果，可以基于边坡等的设计尺寸，通过FLAC3D(FastLagrangian Analysis of Continua 3D，三维的有限差分)等软件进行数值模拟计算得到。在一实际应用例中，根据边坡雾化数值模拟计算结果分析，为加强泄洪消能工况边坡内部排水，降低边坡内部水压力，增加边坡稳定性，排水洞布置重点考虑暴雨区和大暴雨区雾化范围。
由于限于排水洞排水深度和范围，结合雾化范围，可以在边坡上设置一个排水洞，或者在边坡的不同高度位置设置多个排水洞。
本实施例相比于传统的依据经验确定排水洞数量的方式，有效提高了排水洞布置的合理性。
可选地，所述在边坡上设置排水系统，包括：
确定边坡的弱卸荷带；
在所述弱卸荷带，和/或，边坡的位于所述弱卸荷带的预设距离处的第三位置，设置排水洞。
容易理解的是，边坡岩体卸荷带通常划分为强卸荷带、弱卸荷带以及深卸荷带。弱卸荷带中通常具有张开裂隙，宽度在几毫米，并具有较好的贯通性，多雨环境下沿裂隙可见串珠状滴水或较强渗水。
本实施例中，考虑排走表层边坡渗水，排水洞布置在弱卸荷表层线或其附近，可以有效排走表层边坡渗水。
实际应用中，排水洞遇开挖边坡可保持一定的安全距离。
可选地，所述排水系统还包括第一排水沟与第二排水沟；
所述第一排水沟设于所述排水洞的底面上，且位于沿所述排水洞宽度延伸方向的两侧；所述第二排水沟设于所述排水洞的外部，且与所述排水洞相互连通。
可选地，所述排水孔包括第一排水孔与第二排水孔；
所述第一排水孔与所述排水洞相互连通，且在所述排水洞的横截面上呈辐射状布置；所述第二排水孔与所述排水洞相互隔离。
通过以上排水沟与排水孔的设置方式，能够形成立体的排水系统，有效提高排水效率，保证边坡的稳定性。
在一个可行的实施方式中，边坡顶部开口线以外5m布置截水沟，截水沟断面为倒梯形，尺寸为0.5m×1.2m×0.7m(下底×上底×高)，内侧边坡系数1:0.5。开挖边坡每级马道均对应有φ80mm第二排水孔，与上述锚杆间隔布设。排水洞的洞径为2.5m×3m(宽×高)，底坡1％。为使排水洞均形成立体地下排水结构，洞内两侧设第一排水沟，在排水洞顶部迎水面布置3条辐射状φ110mm第一排水孔，排水孔孔深50m，间距2m，并与上述锚杆间隔布设，排水洞出口接第二排水沟，水流通过第二排水沟进入河道。此外，实际应用中，上述排水孔若遇开挖面、地面、断层时，排水孔深度可以适当调整。
可选地，所述应用锚索对边坡进行深层支护，包括：
确定边坡的地质强度低于强度阈值的第四位置；
对所述第四位置进行清理，并使用混凝土对第四位置进行强化。
本实施例中，对于边坡地址薄弱部位，进行局部清除与强化，以增强坡体的稳定性。
可选地，所述应用锚索对边坡进行深层支护之前，边坡防护方法还包括以下至少一项：
对边坡上的松动块石与孤石进行清除；
在边坡的开口线以外的预设范围中布置被动防护网；
在边坡裂隙处进行加固处理。
在一可行的实施方式中，为防止边坡碎块石掉落对施工人员及机械造成伤害，将边坡治理范围外的部分碎裂岩体表层松动块石、孤石爆破、清除，边坡开口线以外5～10m范围布置被动防护网。对于对边坡稳定不利的堆积体进行清除，坡区存在裂隙的位置进行加固处理，使得泄洪出口边坡稳定安全系数满足要求。
本发明实施例提供边坡防护方法，可通过对水电站的泄洪雾化进行数值模拟，得到雾化雨强的级别和范围，分析雾化对边坡的影响，并进一步以深层支护、浅层挂网、局部清除的方式处理坡体关键部位与地质薄弱部位；以截水沟、排水孔、排水洞的组合排水系统全方位疏导坡外、坡面、坡内的水力破坏；以被动防护网结合边坡清理加固对坡外危险源进行了防治。进而有效提供了边坡的稳定性与安全性。
本发明实施例还提供了一种边坡防护系统，其特征在于，所述边坡防护系统通过实施上述的边坡防护方法得到。
由于本发明实施例提供的边坡防护系统是通过实施上述边坡防护方法得到，上述边坡防护方法实施例中的技术效果同样能够适用于本实施例提供的边坡防护系统。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种边坡防护方法，其特征在于，包括：
应用锚索对边坡进行深层支护；
在边坡的坡面上布置挂网，所述挂网通过锚杆固定于所述边坡；
在边坡上设置排水系统，所述排水系统包括截水沟、排水孔以及排水洞中的至少一项，其中，所述截水沟设有边坡的坡面上，所述排水孔与所述锚杆间隔布设；
在所述挂网上喷射混凝土。
2.根据权利要求1所述的边坡防护方法，其特征在于，所述应用锚索对边坡进行深层支护，包括：
确定边坡顶部开挖高度；
根据所述边坡顶部开挖高度与预设的加固高度，确定第一高度；
在所述边坡的第一高度以上的位置布置框格梁锚索。
3.根据权利要求1所述的边坡防护方法，其特征在于，所述在边坡的坡面上布置挂网，包括：
确定边坡的开口线，以及边坡的位于所述开口线以外的预设距离处的第一位置；
在所述第一位置设置第一锚杆，在边坡的位于所述开口线以内的第二位置设置第二锚杆；
将所述挂网固定至所述第一锚杆与所述第二锚杆上。
4.根据权利要求1所述的边坡防护方法，其特征在于，所述在边坡上设置排水系统，包括：
根据边坡雾化数值模拟计算结果，确定边坡上的设置排水洞的高度范围；
依据所述高度范围，在所述边坡上设置N个排水洞，其中，所述N为正整数。
5.根据权利要求1所述的边坡防护方法，其特征在于，所述在边坡上设置排水系统，包括：
确定边坡的弱卸荷带；
在所述弱卸荷带，和/或，边坡的位于所述弱卸荷带的预设距离处的第三位置，设置排水洞。
6.根据权利要求1所述的边坡防护方法，其特征在于，所述排水系统还包括第一排水沟与第二排水沟；
所述第一排水沟设于所述排水洞的底面上，且位于沿所述排水洞宽度延伸方向的两侧；所述第二排水沟设于所述排水洞的外部，且与所述排水洞相互连通。
7.根据权利要求1所述的边坡防护方法，其特征在于，所述排水孔包括第一排水孔与第二排水孔；
所述第一排水孔与所述排水洞相互连通，且在所述排水洞的横截面上呈辐射状布置；所述第二排水孔与所述排水洞相互隔离。
8.根据权利要求1所述的边坡防护方法，其特征在于，所述应用锚索对边坡进行深层支护，包括：
确定边坡的地质强度低于强度阈值的第四位置；
对所述第四位置进行清理，并使用混凝土对第四位置进行强化。
9.根据权利要1所述的边坡防护方法，其特征在于，所述应用锚索对边坡进行深层支护之前，还包括以下至少一项：
对边坡上的松动块石与孤石进行清除；
在边坡的开口线以外的预设范围中布置被动防护网；
在边坡裂隙处进行加固处理。
10.一种边坡防护系统，其特征在于，所述边坡防护系统通过实施如权利要求1至9中任一项所述的边坡防护方法得到。
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