专利名称：边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法
技术领域：
本发明涉及一种岩土边坡灾害防治技术，尤其涉及一种边坡岩土局部安全隐患区膨胀型 支撑治理方法。
背景技术：
我国山地丘陵占国土总面积2/3以上，随着我国高等级公路的快速修建和山区城镇建设 高速发展，岩土高边坡数量R益增多、高度越来越大、坡度越来越陡，地质安全问题R渐突 出，参见图1、 2，两种典型边坡灾害隐患的地貌特征。造成的一些重大灾害事例，如2007 年11月20R，湖北省巴东县高阳寨的国道3I8线K1405边坡发生巨型崩塌灾害， 一辆车牌 号为鄂Q20684的客车被崩塌体掩埋，车内31人全部遇难，该崩塌灾害源位于路面以上34m 处，崩塌体沿陡崖走向的长度约35m，高约24m，厚5m左右，总体积4512m3，坠落在路面 的残余块体体积500n^左右，危岩体由灰岩组成；2001年5月1日发生在重庆市武隆县城北 高切坡跨塌(高切坡垂直高度46.8m，前缘宽55.2m，后缘宽度25 30m，体积约1.6万m3) 事件，使一幢9层居民楼房瞬间被摧毁掩埋，造成79人死亡、4人受伤，震惊中外。初歩统 计表明，重庆市近10年来公路沿线已形成的高边坡累计长度已达300km左右，威胁着500 多公里公路交通运输安全。显然，有效治理高边坡，具有必要性、紧迫性。
岩土高边坡防治工作中，山于高边坡不同部位的岩土安全性态存在显著差异，控制边坡 安全性态的关键是边坡内岩土局部安全隐患区。因此，在目前我国财力有限的条件下，实施 高边坡岩土局部安全隐患区的有效治理，具有重要的现实意义和经济意义。
迄今，国内外在边坡研究及防治方面取得了重要的科技进展，国家标准《建筑边坡工程 技术规范》(GB50330-2002)对高度小于20m的岩土边坡的有效防治提出了成套技术方法， 但是，对于高度超过20m的岩土边坡，该规范明确提出"需要进行专题论证"，并且，对边 坡岩土局部安全隐患区的治理问题未给出任何防治措施建议。
发明内容
本发明提出了一种边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法在界定的边坡岩土的 安全隐患区，植入多排轴向平行的膨胀型素混凝士锚杆。
膨胀形素混凝土锚杆的直径d取值范围为15 20cm，膨胀型素混凝土锚杆的膨胀率 r = 30 35%，膨胀型素混凝土锚杆膨胀后直径i)-(l + r)t/，膨胀型素混凝土锚杆的长度 / = 3 。
按梅花桩形式布设膨胀型素混凝土锚杆，各膨胀型素混凝土锚杆的间距为a^:
4& 4早32《
式中，a为沿边坡走向方向相邻膨胀型素混凝土锚杆的中心间距(m); b为沿边坡高度方向相邻膨胀型素混凝土锚杆的中心间距(m);
其中，P为局部安全隐患区所需支承力，P-c^^-a,为局部岩土安全隐患区顶部受到的最大压应力(kPa); y为边坡岩土介质平均容重(^V/m3); zo为坡顶距离岩土安全隐患区顶部的垂直高度(m); B为边坡岩土安全隐患区沿坡高方向的高度(m);
￡"为治理前安全隐患区土体的压縮模量(kPa); ￡:±为治理后安全隐患区土体的压缩模量(kPa);《w为膨胀型素混凝土锚杆的弹性模量(kPa);
A为岩土安全隐患区土体的初始孔隙比；^为岩土局部安全隐患区实施膨胀型支撑治理后土体的孔隙比；
根据下式计算e2:
—4虹e, — ;r(l + e,)CD — tf)"—4见+ ;r(l + e')(d)
式中B为岩土安全隐患区沿坡高方向的高度(m); L为岩土安全隐患区沿边坡走向方向的长度(m); d为膨胀形素混凝土锚杆的直径(m)。
根据axb的计算结果，分别确定a、 b的取值， 一般a、 b取等间距，即取a=b;
若a、 b大于1.5m时，取1.5m，若a、 b小于0.5m时，减小膨胀型素混凝土锚杆膨胀前直径d，重新计算w6。
植入安全隐患区所需的膨胀型素混凝土锚杆的排数n和列数m:
其屮，[]为取整符号；a为沿边坡走向方向相邻膨胀型素混凝土锚杆的中心间距(m); b
为沿边坡高度方向相邻膨胀型素混凝土锚杆的中心间距(m); B为岩土安全隐患区沿坡高方向的高度(m); L为岩土安全隐患区沿边坡走向方向的长度(m)。
植入膨胀型素混凝土锚杆的方法如下-
1)人工清除边坡岩土安全隐患区的表面浮土；2) 在边坡岩土的安全隐患区，按设计的锚杆位置、间距布设锚杆孔；
3) 在锚杆孔位置按设计要求钻孔，清孔；
4) 配制膨胀型稀释混凝土，注入钻孔内，直到孔口有混凝土浆液溢出为止。
植入时，各个锚杆孔沿孔轴方向平行，且锚杆孔孔轴方向与十.表垂直，孔深3 5m，孔径15 20cm;膨胀型稀释混凝土注入钻孔时，确保锚杆浆体饱满。膨胀型稀释混凝土中混凝土膨胀剂掺量为13 16%,膨胀型稀释混凝土的膨胀率.r = 30 ~ 35% 。
本发明的有益技术效果是通过布设膨胀型素混凝土锚朴，发挥锚朴的侧向膨胀作用，挤压隐患区岩土体，提高该区域内岩土体的整体强度，实现边坡岩土局部隐患区的有效支撑。
图1、 2，边坡灾害中的两种典型地貌特征照片泥岩高切坡(图1)，残坡积物高切坡(图
2);
图3,边坡岩土局部安全隐患区示意图4，安全隐患区膨胀型素混凝土锚杆布覽断面图5，安全隐患区膨胀型素混凝土锚杆布置平面图；图6，膨胀型素混凝土锚杆布置尺寸图；图7，膨胀型素混凝土锚杆立体图中，膨胀型素混凝土锚杆l、安全隐患区2， B为岩土安全隐患区沿坡高方向的高度；L,为岩土安全隐患区沼边坡走向方向的长度；a为沿边坡走向方向相邻膨胀型素混凝土锚杆的中心问距；b为沿边坡高度方向相邻膨胀型素混凝土锚杆的中心问距；d为膨胀前膨胀型素混凝土锚杆直径；D为膨胀型素混凝土锚杆膨胀后.M径；
具体实施例方式
参见图3，边坡岩土安全隐患区2是指在岩土边坡形成以后，由于失去侧向支撑，边坡
内应力调整形成的超过岩土介质容许承载力的高压应力区，该区域的岩土介质易于产生流变破坏和外营力侵蚀破坏，进而危及整个边坡的安全性。
本发明的工作原理如下
采用本发明的方法对边坡岩土局部安全隐患区2进行治理后，参见图4，膨胀型素混凝十锚杆l主要沿侧向(锚杆径向)膨胀，进而挤密岩十局部安全隐患区2岩土介质，使其孔隙比由治理前的e,减小到治理后的q ;挤密后的边坡岩土安全隐患区2，岩土介质成为岩土-素混凝土桩复合体，其物理力学性能能得到显著提高，满足承载其上部岩土最大压应力需求，实现边坡岩土局部安全隐患区2膨胀型支撑治理目标。
施工之前先进行各项参数设计，参数设计歩骤如下
i)通过数值模拟及现场监测方法明确界定r边坡岩土局部安全隐患区2的范围，并且岩土安全隐患区2上部岩土体的平均容重y及最大压应力a^ 、岩土安全隐患区2 土体初始孔隙比^和压縮模量&±、素混凝土材料的弹性模量E^等参数均为已知值。
2) 拟定膨胀型素混凝土锚杆1膨胀前直径d取15 20cm，膨胀型素混凝土锚杆1长度3~5m (也即钻孔时孔深)，浇注锚杆的混凝土材料采用C20标号的水泥，根据混凝土材料的标准配合比，添加13 16%的膨胀剂，故取膨胀率^ = 30~35%，则有膨胀型素混凝土锚杆l膨胀后直径D，
D = (l + f)d
3) 量测边坡岩土安全隐患区2的几何尺寸B和L，量测岩土安全隐患区2上部岩土体的垂直高度z。，由卜式计算岩土安全隐患区2布设膨胀型素混凝土锚杆1后土体的孔隙比62 ，
—祖e, -7"l + e。(U)& —祖+ a'(l + e,)(Z)-d)
其中，B为岩土安全隐患区2沿坡高方向的高度；L为岩土安全隐患区2沿边坡走向方向的长度。
4) 计算膨胀型素混凝土锚杆1的间距a和b，计算式为
《i +#22 +4^,3
《=——r〖2 =
… A :
￡:±为治理后安全隐患区2 土体的压縮模量(kPa);
根据aXb的计算结果，可分别确定a、 b的取值， 一般取等间距即a=b;当a=b且大于1.5m时，取1.5m;当a=b且小于0.5m时，减小膨胀型素混凝土锚杆1膨胀前直径d，重新计算ax/，。
植入安全隐患区所需的膨胀型素混凝土锚杆的排数n和列数m由下式确定—a —
其中，[为取整符号;a为沿边坡走向方向相邻膨胀型素混凝土锚杆的中心间距(m); b
为沿边坡高度方向相邻膨胀型素混凝土锚杆的中心间距(m); B为岩土安全隐患区沿坡高方向的高度(m); L为岩土安全隐患区沿边坡走向方向的长度(m)。参数设计完毕即可施工，参见图5、 6，具休施工步骤如下
1) 人工清除边坡岩土安全隐患区2的表面浮土；
2) 在边坡岩士的安全隐患区2，按梅花桩形式布设多个锚杆孔；
3) 在锚杆孔位置按设计要求钻孔，清孔；
4) 配制膨胀型稀释混凝土，注入钻孔内，直到孔口有混凝土浆液溢出为止(混凝土浆液凝固后即为膨胀型素混凝土锚杆1);确保膨胀型素混凝土锚杆1浆体饱满。
权利要求
1、一种边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法，其特征在于在界定的边坡岩土的安全隐患区(2)，植入多排轴向平行的膨胀型素混凝土锚杆(1)。
2、 根据权利要求1所述的边坡岩土局部安全隐患区膨胀形支撑治理方法，其特征在于膨胀型素混凝土锚杆(1)的直径d取值范围为15~20cm，膨胀型素混凝土锚杆(1)的膨胀 率r = 30 35% ，膨胀型素混凝土锚杆(1 )膨胀后直径Z) = (1 + 。d ，膨胀型素混凝土锚杆(1 ) 的长度/ = 3~5附。
3、 根据权利要求1所述的边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法，其特征在于按梅花桩形式布设膨胀型素混凝土锚杆(1)，各膨胀型素混凝土锚杆(1)的间距为W6:2人',式中，a为沿边坡走向方向相邻膨胀型素混凝土锚杆(1)的中心间距(m); b为沿边坡 高度方向相邻膨胀型素混凝土锚杆(1)的中心间距(m):其中，P为局部安全隐患区所需支承力，P = amax-pQ， 。_为局部岩土安全隐患区(2) 顶部受到的最大压应力(kPa); y为边坡岩土介质平均容重(A:W/W3); z。为坡顶距离岩土安 全隐患区(2)顶部的垂直高度(m); B为边坡岩土安全隐患区(2)沿坡高方向的高度(m);五^为治理前安全隐患区(2) 土体的压縮模量(kPa);五.:i为治理后安全隐患区(2) 土体的压縮模量(kPa);五^为膨胀,素混凝土锚杆(1)的弹性模量(kPa);^为岩上安全隐患区(2) 土体的初始孔隙比；e2为岩土局部安全隐患区(2)实施膨胀 型支撑治理后土体的孔隙比；根据下式计算Q:_ 4fiZet —;r(l + e, )(D 二力式中B为岩土安全隐患区(2)沿坡高方向的高度(m); L为岩土安全隐患区(2)沿 边坡走向方向的长度(m); d为膨胀形素混凝土锚杆(1)的直径(m)。
4、根据权利要求3所述的边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法，其特征在于根据axb的计算结果，分别确定a、 b的取值， 一般a、 b取等间距，即取a=b;若a、 b大于1.5m时，取1.5m，若a、 b小于0.5m时，减小膨胀型素混凝土锚杆(1) 膨胀甜直径d，重新计算flx^。
5、根据权利要求1所述的边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法，其特征在于 植入安全隐患区所需的膨胀型素混凝上锚杆(1)的排数n和列数m:w》附其中，[]为取整符号；a为沿边坡走向方向相邻膨胀型素混凝土锚杆(1 )的中心间距(m);b为沿边坡高度方向相邻膨胀型素混凝土锚杆(1)的中心间距(m); B为岩土安全隐患区(2) 沿坡高方向的高度(m); L为岩土安全隐患区(2)沿边坡走向方向的长度(m)。
6、 根据权利要求1所述的边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法，其特征在于植入膨胀型素混凝土锚杆(1)的方法如下1) 人工清除边坡岩土安全隐患区(2)的表面浮土；2) 在边坡岩土的安全隐患区(2)，按设计的锚杆位置、间距布设锚杆孔；3) 在锚杆孔位置按设计要求钻孔，清孔；4) 配制膨胀型稀释混凝土，注入钻孔内，直到孔口有混凝土浆液溢出为止。
7、 根据权利要求6所述的边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法，其特征在于各个锚杆孔沿孔轴方向平行，且锚杆孔孔轴方向与土表垂直，孔深3 5m，孔径15 20cm-， 膨胀型稀释混凝土注入钻孔时，确保锚杆浆体饱满。
8、 根据权利要求6所述的边坡岩—L.局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法，其特征在于 膨胀型稀释混凝土中混凝土膨胀剂掺量为13 ！ 6% ，膨胀型稀释混凝土的膨胀率 r = 30 ~ 35% 。
全文摘要
本发明公开了一种边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法，在边坡岩土的安全隐患区，植入多排轴向平行的膨胀型素混凝土锚杆；本发明的有益技术效果是通过布设膨胀型素混凝土锚杆，发挥锚杆的侧向膨胀作用，挤压隐患区岩土体，提高该区域内岩土体的整体强度，实现边坡岩土局部隐患区的有效支撑。
文档编号E02D17/20GK101487265SQ20091010319
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月16日 优先权日2009年2月16日
发明者唐红梅, 陈洪凯 申请人:陈洪凯;唐红梅