CN112921995A - 一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统及方法，边坡土体的填土区域内预埋有排水体，排水体连接排水加固装置。填土区域设有充填砂砾石构成的反滤层，反滤层上部铺设有密封膜构成的密封层，密封层外表面设有缓冲层，缓冲层上设浆砌石层。填土区域内部在定位的排水体位置处设有钻孔，钻孔内设注浆管。排水加固装置位于填土区域内部，排水体嵌套入排水加固装置的锚固段套管底部并通过注浆管注浆加固，排水加固装置的自由段套管出口设置单向阀。本发明装置及方法优化现有浆砌石护坡的分缝体系，避免不均匀沉降产生的裂缝，并在现有浆砌石护坡结构基础上增加预压排水系统和抽水系统，可以解决库区边坡消落带的防护问题。
Description
技术领域
本发明涉及库岸边坡消落带填土区域的预压加固技术领域，具体涉及一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统及方法。
背景技术
在水库区经济建设和社会发展过程中，往往涉及大量的库岸边坡整治工程，如图9所示浆砌石护坡，为了交通和环境美观的需要，对库岸消落带区域进行了整治和浆砌石防护，达到了较好绿化和美观效果，但调查发现，这类岸坡在长期运行过程中，较多地方出现了开裂、塌陷、局部或者整体滑塌的问题，典型的如图10所示不均匀沉降引起的浆砌石护坡开裂。分析其原因主要有如下几个方面：
（1）、浆砌石护坡下填土区域发生比较大的、不均匀的沉降变形，而且部分区域存在严重冲刷现象，进而导致浆砌石护坡开裂和局部坍塌。
（2）、浆砌石护坡下填土区域的透水性差，在库水位下降的过程中，坡体内的地下水排除速度慢，在坡内外形成水头差，导致坡体内存在较大的渗透水压力，进而导致其稳定性降低。
这也暴露出这种浆砌石护坡在库岸边坡消落带防护中的明显不足，不能适应填土区域不均匀沉降变形，也无法调整或者控制坡体内的地下水排出。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统及方法，优化现有浆砌石护坡的分缝体系，避免不均匀沉降产生的裂缝，并在现有浆砌石护坡结构基础上增加预压排水系统和抽水系统，可以解决库区边坡消落带的防护问题。
本发明采取的技术方案为：
一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，边坡土体的填土区域内预埋有排水体，排水体连接排水加固装置；
填土区域设有充填砂砾石构成的反滤层，反滤层上部铺设有密封膜构成的密封层，密封层外表面设有缓冲层，缓冲层上设浆砌石层；
填土区域内部在定位的排水体位置处设有钻孔，钻孔内设注浆管；
排水加固装置位于填土区域内部，排水体嵌套入排水加固装置的锚固段套管底部并通过注浆管注浆加固，排水加固装置的自由段套管出口设置单向阀。
所述排水体包括塑料排水板，排水体高出填土区域一段距离，
所述密封层外表面涂刷底涂层。
所述反滤层预留有第一沉降缝，第一沉降缝填充沥青麻筋；反滤层包括多段反滤层单元，任意一段反滤层单元位于模板与坡面之间。
所述浆砌石层由多段浆砌石填筑而成，浆砌石层预留有第二沉降缝，第二沉降缝填充沥青麻筋。
所述密封层在第一沉降缝的位置设有一个弧形的拱起。
所述锚固段套管采用波形玻璃纤维套管；自由段套管采用光滑玻璃纤维套管。
所述排水体在排水加固装置套管中用橡胶圈固定，排水体深入套管一段距离。
一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水方法， 水位上升期，利用水位对浆砌石后填土区域产生的压力，控制和加速填土区域的固结，加固边坡土体，使边坡土体内部的水通过预埋的排水体收集到排水加固装置中流经套管，最后通过排水加固装置顶部的单向阀排出；在水位多次升降循环之后，填土区域不断固结，最终变为不透水土体。
本发明一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统及方法，技术效果如下：
1）在正常水位线以下用素混凝土、浆砌片石材料填筑，是为后续反滤层、浆砌石护坡等施工提供基础支撑。
2）使用符合级配要求的砂砾石反滤层进行填充并密实，是为了发挥反滤层的滤土排水功能，既防止被保护的土体随水渗出，又能保证内部水的排出。
3）对反滤层、密封层和浆砌石护坡等进行沿高度方向的分段、分缝处理，可以有效地避免因为填土区域的不均匀沉降造成的护坡结构的破坏，同时也方便在降水期，可以根据水位的降低来控制哪一部分的排水板进行排水，可以更有效率地排水，而且更为经济。
4）铺设密封膜构成的密封层，是为了将坡面封闭，使库水位在上升时坡内外的水不联通，这样库水对坡面就有了面荷载，继而实现预压排水。
5）对密封层表面涂刷底涂层，是为了使缓冲层与密封层能够更牢固地粘结在一起。
6）缓冲层材料可采用双组份的聚氨酯涂料，作用是为了避免浆砌石护坡与土体结构的刚度差异过大，同时可以吸收上部结构的变形和振动，起到缓冲的作用。
7）对于浆砌石护坡的分段分缝处理，是为了避免填土区域的不均匀沉降导致护坡结构的开裂。
8）对密封层在沉降缝的位置处做一定的柔性处理，即在沉降缝的位置处将密封膜做一个弧形的拱起，避免密封膜因为沉降而被拉断。
9）排水加固装置能充分利用土体自身强度，通过注浆管进行压力灌浆，使土体与排水加固装置组成柔性支护体系，从而达到控制土体变形的目的。同时，排水加固装置与排水体组成的坡内排水系统能够在水位下降时通过排空土体内的孔隙水来降低孔隙水压力，进而达到加固边坡土体的效果。
10）排水加固装置塑料套管的材料应具有抗水性和化学稳定性，与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。
11）需要对排水加固装置的锚固段、自由段和外露段分别进行防腐处理，以保证排水加固装置保持耐久性。该材料在规定的工作温度内或张拉过程中不开裂、变脆或成为流体，不得与相邻材料发生不良反应，应保持其化学稳定性和防水性。
12）排水加固装置的锚固段的套管外部宜采用波形套管，便于加大锚固段的套筒与注浆体的摩擦力，达到更好的加固效果。
13）排水加固装置自由段与锚固段的套管采用玻璃纤维材料，防止长期使用过程中的锈蚀问题。
14）注浆管的材料采用钢管或者玻璃纤维材料，可以起到加固边坡土体的作用。
15）以排水板作为排水体的主体部分，排水板在排水加固装置套管中需要用橡胶圈固定。另，排水板深入套管一段距离，避免后续土体的不均匀沉降造成排水板与套管的脱离，而橡胶圈也可以对沉降起到一定的缓冲作用。
附图说明
下面将结合附图和实施例来对本发明进一步说明：
图1为防护装置整体示意图；
图2为图1中接缝处A示意图；
图3为排水加固装置结构示意图;
图4为排水套管与排水体连接处B示意图；
图5为图3的A-A截面图；
图6为图3的B-B截面图；
图7为图3的C-C截面图；
图8为排水板横截面示意图。
图9为浆砌石护坡示意图。
图10为不均匀沉降引起的浆砌石护坡开裂示意图。
其中：1-边坡土体，2-填土区域，3-排水体，4-排水加固装置，5-反滤层，6-密封层，7-缓冲层，8-浆砌石层，9-第一沉降缝，10-第二沉降缝，11-单向阀；
12-填筑基础，13-沥青，14-沉降缝填筑的沥青麻筋；
4.1-锚具，4.2-垫座，4.3-自由段套管，4.4-锚固段套管，4.5-钻孔，4.6-注浆管，4.7-保护罩，4.8-自由段与锚固段搭接处；
4.9-芯板，4.10-滤膜，4.11-排水通道，4.12-橡胶圈。
具体实施方式
如图1~图8所示，一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，包括排水体3、排水加固装置4、反滤层5、密封层6、缓冲层7、浆砌石层8、单向阀11。
反滤层5施工前需要先进行一定的准备工作：按照设计的坡率用填土填补坡面，对疏松部位振捣密实。在正常蓄水位线L1以下的位置，采用素混凝土或浆砌片石材料填筑，作为后续上部施工的填筑基础12。
（1）：排水体3的施工：
采用塑料排水板作为排水体主体部分，在填土时将排水板进行预埋，预埋之前需进行定位，方便后续将排水体与排水加固装置4的套管连接。另，排水体3应高出填土区域2一段距离，以便能嵌套入排水加固装置4套管底部，防止之后的坡体不均匀沉降造成排水管出口脱离。排水体3按照设计要求分层填筑、碾压，并在设计高程埋设塑料排水板，埋设角度为斜向上5°~10°，预埋深度至实际填土区域2，如图1所示。排水孔的间距等宜根据实际情况布置。L2为设计洪水位。
（2）： 随后进行反滤层5的施工：
需要根据预估量预留第一沉降缝9，然后分段对于上述的边坡消落带，沿着坡面走向，安装模板。然后按照常规的砂砾石反滤层级配规定制备反滤层材料，分段在模板与坡面之间充填砂砾石反滤层，并振捣密实，经充分长时间后拆除模板。最后对第一沉降缝9进行处理。
（3）： 进行密封层6的施工：
即对反滤层5进行清理之后，在反滤层5上部铺设一层高强度耐磨真空密封膜作为密封层6。另外，需要对密封层6在之后的第一沉降缝9位置处做一定的柔性处理，即在第一沉降缝9的位置处将密封层6做一个弧形的拱起，避免密封层6因为沉降而被拉断。层间孔隙部分用沥青13填充。
（4）：然后进行缓冲层7的施工：
对密封层6表面进行清理，并在密封层6表面均匀涂刷底涂层。待底涂层干燥至表面不粘手后，将缓冲层7以涂刮的方式涂刷于底涂层之上。当缓冲层干燥至表面不沾手后，进行下一步施工。
（5）： 浆砌石层8的施工：
对缓冲层7的表面进行清理平整。然后根据预估量进行第二沉降缝10的预留。按照反滤层5的分段方式，对浆砌石护坡进行同样的定位、分段处理，再进行每一段浆砌石护坡施工：先铺浆，然后摆放石料。最后进行竖缝灌浆，并进行振捣。
浆砌石层8施工进行分段分缝处理，分段方式与反滤层5的分段方式一致，此外还需根据预估量来预留第二沉降缝10，且需根据实际情况对第二沉降缝10进行加密处理。施工顺序为：先预留第二沉降缝10，然后进行分段填筑浆砌石，最后再对第二沉降缝10进行处理。另，水位多次升降循环后，需在低水位时，对第二沉降缝10进行修补。
排水加固装置4施工：位于填土区域2内部，使排水体3顶部圆筒状排水板嵌套入锚固段套管4.4底部，然后从注浆管4.6注浆加固。自由段套管4.3出口设置单向阀11，使坡内收集的水可以排出。为了满足实际工程需要，也可连接真空泵，抽水加速固结。
还需要注意反滤层5与浆砌石护坡的接缝处的处理，其具体施工工艺为：接缝处断面应该先进行平整处理，然后缝内全断面填塞沥青麻筋。需要注意的是：第一、第二沉降缝的处理需根据预估量来预留，并根据实际情况进行加密处理，且在多次水位升降导致边坡土体沉降之后，需要在低水位时，对第一、第二沉降缝进行修补处理。
（6）：排水加固装置4的施工：
根据图3所示，排水加固装置4包括: 锚具4.1，垫座4.2，自由段套管4.3，锚固段套管4.4，钻孔4.5，注浆管4.6，保护罩4.7，自由段与锚固段搭接处4.8；
钻孔4.5由钻机施工。锚固段套管4.4与排水体连接，自由段套管4.3与锚固段套管4.4连接，并在搭接处4.8进行搭接处理。注浆管4.6紧靠自由段套管4.3与锚固段套管4.4，并在注浆时，边注浆边向外抽注浆管4.6，注浆深度至锚固段套管4..4深度。待注浆完毕后，在浆砌石护坡外的自由段套管4.3处套上垫座4.2，并用锚具4.1进行固定，然后在锚具4.1外用保护罩4.7进行保护。
根据图7、图8所示，芯板4.9为横向板体和竖向板体构成的十字形结构，在芯板4.9外包覆滤膜4.10，而芯板4.9与滤膜4.10之间的空隙构成供孔隙水渗流进入的排水通道4.11，以上部分构成排水板。橡胶圈4.12内嵌于锚固段套管4.4中，并随排水加固装置4打设入钻孔4.5中，并使排水体3凸出填土区域的部分嵌入橡胶圈4.12中。
在定位的排水体位置处进行钻孔，并在钻孔4.5完毕后用清水把孔底沉渣冲洗干净，直至孔口清水返出。排水加固装置4打入后，锚固段套管4.4底部的橡胶圈4.12应嵌套排水体3，排水体3顶部应深入锚固段套管4.4内部，以此避免后续沉降造成排水体3与套管的脱离。
为使锚杆处于钻孔4.5中心，应在锚杆杆件上安设隔离架，然后将注浆管4.6连同锚杆一同放入钻孔4.5内。用泵将灌浆料注入孔底，边注浆边往外拔注浆管4.6，待孔口溢出浆液时，停止注浆，并拔出注浆管4.6。锚固段套管4.4的波形外壁能与锚固段套管4.4和孔壁之间的注浆体产生很好的摩擦，从而起到加固的作用。
需要注意的是，锚固段套管4.4、自由段套管4.3应该采用不一样的材料，锚固段套管4.4因需要加大套管与注浆体的摩擦力，所以宜采用波形套管，而自由段套管4.3则可采用光滑套管。另外，为了能够承受抽真空时的压力，锚固段套管4.4、自由段套管4.3均宜采用玻璃纤维材料。
排水途径分为两种：
①预压排水：利用库水位上升期间，库水对边坡的压力作为面荷载，土体中的水通过预埋的排水体3被收集到锚固段套管4.4和自由段套管4.3中，进而通过单向阀11排出。
②真空预压排水：在实际情况中，可能因为工程需要，可以在单向阀11外连接真空管和真空泵，通过抽水的方式，降低土体内部的孔隙水压力，加固土体。
具体排水措施：
在水位上升期，本发明装置利用水位对浆砌石后填土区域产生的压力，控制和加速填土区域2的固结，加固边坡土体1，使边坡土体1内部的水通过预埋的排水体1收集到排水加固装置4中流经套管，最后通过排水加固装置4顶部的单向阀11排出；在水位多次升降循环之后，填土区域2不断固结，最终变为不透水土体。前文所述的对浆砌石护坡的分缝处理，也解决了填土区域不均匀沉降带来的变形破坏问题。
同时如果为了工程需要，也可以在单向阀11外另接真空管，然后连接真空泵，在水位上升时，开启真空泵，抽水加速固结。在水位下降时，也可以使填土区域2中的孔隙水被抽走，从而达到减小土体中孔隙水压力，对边坡消落带的防护作用。实际操作中，需根据水位下降的具体情况，控制某一段的排水体进行排水，这样可以更有效率地排水，而且更为经济。
Claims (10)
1.一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，其特征在于：边坡土体（1）的填土区域（2）内预埋有排水体（3），排水体（3）连接排水加固装置（4）；
填土区域（2）设有充填砂砾石构成的反滤层（5），反滤层（5）上部铺设有密封膜构成的密封层（6），密封层（6）外表面设有缓冲层（7），缓冲层（7）上设浆砌石层（8）；
填土区域（2）内部在定位的排水体（3）位置处设有钻孔（4.5），钻孔（4.5）内设注浆管（4.6）；
排水加固装置（4）位于填土区域（2）内部，排水体（3）嵌套入排水加固装置（4）的锚固段套管（4.4）底部并通过注浆管（4.6）注浆加固，排水加固装置（4）的自由段套管（4.3）出口设置单向阀（11）。
2.根据权利要求1所示一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，其特征在于：所述排水体（3）包括塑料排水板，排水体（3）高出填土区域（2）一段距离。
3.根据权利要求1所示一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，其特征在于：所述密封层（6）外表面涂刷底涂层。
4.根据权利要求1所示一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，其特征在于：所述反滤层（5）预留有第一沉降缝（9），第一沉降缝（9）填充沥青麻筋；反滤层（5）包括多段反滤层单元，任意一段反滤层单元位于模板与坡面之间。
5.根据权利要求1所示一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，其特征在于：所述浆砌石层（8）由多段浆砌石填筑而成，浆砌石层（8）预留有第二沉降缝（10），第二沉降缝（10）填充沥青麻筋。
6.根据权利要求4所示一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，其特征在于：所述密封层（6）在第一沉降缝（9）的位置设有一个弧形的拱起。
7.根据权利要求4所示一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，其特征在于：所述锚固段套管（4.4）采用波形玻璃纤维套管；自由段套管（4.3）采用光滑玻璃纤维套管。
8.根据权利要求4所示一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水系统，其特征在于：所述排水体（3）在排水加固装置（4）套管中用橡胶圈（4.12）固定，排水体（3）深入套管一段距离。
9.一种利用库水压力的库岸边坡填土区预压排水方法，其特征在于：水位上升期，利用水位对浆砌石后填土区域（2）产生的压力，控制和加速填土区域（2）的固结，加固边坡土体（1），使边坡土体（1）内部的水通过预埋的排水体（1）收集到排水加固装置（4）中流经套管，最后通过排水加固装置（4）顶部的单向阀（11）排出；在水位多次升降循环之后，填土区域（2）不断固结，最终变为不透水土体。
10.一种排水加固装置，其特征在于：包括锚具（4.1），垫座（4.2），自由段套管（4.3），锚固段套管（4.4），注浆管（4.6）；锚固段套管（4.4）与排水体（3）连接，自由段套管（4.3）与锚固段套管（4.4）连接，并在搭接处（4.8）进行搭接处理；注浆管（4.6）紧靠自由段套管（4.3）与锚固段套管（4.4），并在注浆时，边注浆边向外抽注浆管（4.6），注浆深度至锚固段套管（4.4）深度；待注浆完毕后，在浆砌石护坡外的自由段套管（4.3）处套上垫座（4.2），并用锚具（4.1）进行固定，然后在锚具（4.1）外用保护罩（4.7）进行保护。
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