一种充气排水边坡锚固体系统及其施工方法与流程

本发明涉及边坡工程技术领域，尤其涉及一种充气排水边坡锚固体系统及其施工方法。

背景技术：

我国是多山国家，滑坡灾害常影响山区道路畅通，甚至造成生命财产损失。滑坡灾害发生大多数是由降雨入渗引起坡体地下水位上升诱发的。坡体地下水位上升是一个降雨累积的过程。如果能及时排除地下水，有效防止地下水累积上升，就能防止多数滑坡发生。滑坡排水技术收到岩土工程师的关注，当前主要的排水技术有：水平排水管、集水井抽水、地表排水沟、地下排水盲沟和虹吸排水等，这些措施还无法满足快速经济地实现边坡水分有效控制的目标。

目前把岩土体锚固和排水功能结合在一起的已有技术中，都是靠自由流入方式从岩土体到排水通道中；当锚杆周围岩土体的渗透性相对较低时，会大大降低锚杆的排水效果，延长排水时间，导致边坡失稳或垮塌风险大大增加。申请号200910099603.0的专利提供一种滑坡充气排水治理方法，是在滑坡体上钻孔，孔内插入充气管，充气管分为孔壁封闭段和透气段两部分，空压机向各钻孔压入气体，通过空气压力挤出潜在滑坡体中的水分，该方法能够实现气水置换，降低坡体内的水分，然而对于高陡边坡来说，仅采用排水法还不能完全阻止边坡失稳，仍需要支挡进行治理，而且对于渗透系数较低的土体，排水速度非常慢，坡体内地下水位上分产生较大的动水压力，诱发滑坡。因此，开发一种适用于低渗透性土体的即时、快速排水的边坡锚固结构是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，根据水分诱发滑坡的特点，提供一种实施监测和自动控制的充气排水边坡锚固体系统及施工方法，适用于低渗透性土体的高陡边坡快速排水。

本发明的目的之一是提供一种充气排水边坡锚固体系统，包括：锚固结构、充气装置和排水系统；

所述锚固结构包括：框架、中空锚管、格栅、锚具和垫板；

中空锚管的中后部管壁上设置有若干出浆孔，每个出浆孔上套有袖阀和土工袋，出浆孔两侧用抱箍将土工袋夹持固定在中空锚管；在中空锚管的中后部管壁沿圆周开设有透气孔，在分布有透水孔的中空锚管上包裹有滤网；

坡面上依次设土工格栅和垂直相交的格梁，中空锚管倾斜设置在坡体内，穿过横向和竖向格梁交叉处；向中空锚管内注浆，浆体进入纤维袋内膨胀并挤压周围土体锚固于稳定土层中，用锚具和垫板将中空锚管前端锚固于框架上，构成空间支护结构将不稳定土体锚固于稳定地层中。

所述充气装置包括：空压机、控制器、充气管和水分计；充气管一端穿过密封盖与中空锚管的端部连接，另一端通过通气阀与空压机连接；

水分计安装在中空锚管之间的坡体内，沿锚管轴向安装2个水分计；

控制器分别与水分计、空压机通过导线连接，控制空压机的开启与关闭。

所述排水系统包括：排水板、竖向排水槽和横向排水沟；排水板设置于两中空锚管之间，从坡面垂直打入坡体内，底面与水平面呈5°～20°的夹角，即靠近坡面侧较低，坡体内部较高；排水板两侧设竖向排水槽，坡脚设横向排水沟；

当坡体内的含水率高于设定含水率时，控制器与空压机连通，开始向中空锚管内注气，气体穿过透气孔进入坡体，充气压力由小到大，通过空气压力挤出坡体中的水分，水分从坡体渗入排水板，从板口排出，沿竖向排水槽汇入横向排水沟内，实现气水置换，降低坡体地下水位和岩土饱和度，从而实现提高坡体的稳定性。当坡体内的含水率小于设定含水率时，控制器与空压机断开，停止充气。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，中空锚管直径40～80mm；滤网为密目纱布或塑料网；透气孔直径为5～10mm；出浆孔在中空锚管的同一横截面上对称布置，间距为1.0～1.5m，直径为10～15mm。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，空压机功率为1.0kw～7.5kw，排量为0.5～1.2m³，气压为0.3～1.0mpa。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，控制器的界限含水率设置为10％～50％的某个值。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，所述的排水板采用双面排水板，如聚苯乙烯、聚乙烯和塑胶；且排水板露出坡面10～30cm。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，所述的竖向排水槽宽度20～30cm，深度20～30cm，顶部与框架底部平齐。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，所述控制器和空压机通过太阳能电池板或交流电源供电，充气管通过卡子固定于框架上；充气管由通气阀分流与多根中空锚管连接。

本发明的另一目的是提供一种充气排水边坡锚固体系统的施工方法，包括以下步骤：

(1)调查分析边坡地质、水文条件，进行地质勘探和设计，分析边坡的潜在滑动面位置，确定钻孔位置、深度和直径；

(2)制作中空锚管：根据步骤确定中空锚管的长度，土工袋的个数；中空锚管的前端车削螺纹用于固定锚具，中空锚管的中后段间隔1.0～1.5m钻出浆孔，出浆孔上先套橡皮袖阀，抱箍将土工袋固定于钢管上；中空锚管的中后段管壁开设孔径为5～10mm的透气孔，外表喷刷防腐漆，外围包裹2～3层滤网；

(3)钻孔：在边坡上分别钻中空锚管和水分计的安置孔；

(4)中空锚管安装和注水泥浆：将中空锚管插入边坡钻取的安置孔内，注浆管深入中空锚管底部进行分段注浆；注浆管的端部间隔固定有两个止浆塞，止浆塞之间的注浆管管壁上设置注浆孔构成注浆花管；每段注浆长度为注浆步距，注浆步距与出浆管间距相同，即步距为1.0～1.5m；注浆过程，每次同时进行同一横截面的两个橡皮袖阀注浆，从中空锚管底端依次向前端注浆，每完成一次注浆，向上移动注浆管一个步距，直至完成所有土工袋注浆；重复此步骤，施工所有中空锚管；

(5)用测量工具确定排水板的施设位置；采用打板机从坡顶相应位置垂直打入排水板，排水板靠近坡面侧较低，坡体内部较高，即排水板底面与水平面呈5°～20°的夹角，低于坡面10～20cm；

(6)修筑竖向排水槽和横向排水沟:排水板两侧开挖沟槽，宽度为20～30cm，深度为20～30cm，在沟槽内设置竖向排水槽，边坡脚部设置横向排水沟，竖向排水槽与横向排水沟相连；

(7)浇筑框架：先在坡面上铺设土工格栅，浇筑框架格梁，中空锚管穿过横向和竖向格梁交叉处，待浆体强度达到70％时，中空锚管前段套上垫板，张拉锚固，用锚具锚固于垫板上；

(8)安装水分计：在两根中空锚管之间的安置孔内安设水分计，将与水分计连接的数据导线沿孔引出；

(9)安装空压机和控制器：坡脚部位修筑钢筋混凝土基座，在基座上安装空压机，控制器安装于坡外；

(10)空压机与充气管连接，充气管另一端由通气阀和多根充气管连接，充气管穿过密封盖与中空锚管连接；

(11)连线和调试：控制器分别与空压机、水分计和电源连接；打开控制器开关，开始充气，检查各接头是否漏气，然后观察排水板口是否有水流出，如有则说明接头密封性好，然后设定控制器含水率界限，系统根据坡体含水率自行运转。

本发明的有益效果是：本发明结合锚固和充气技术于一体形成充气排水边坡锚固体系统，解决了支挡与排水固结同步的尖锐矛盾，提升滑坡的治理水平。

主要优点为：

(1)中空锚管上开设透气孔，橡皮袖阀单向导通和土工袋包裹浆体，注浆时锚管内无残留，气体能进入土体，巧妙解决了锚固与通气同时现实的难题；

(2)充气使中空锚管内产生高压，气压作用下水分定向移动，排水板为水分排出提供通道，边坡内水分快速排出，土体强度明显提高，边坡稳定性增加。

(3)结构简单、施工简便，特别适用于低渗透性土体边坡、基坑工程。

本发明的工作原理是：当坡体内的水分含量低于水分计的设定界限含水率时，控制器自动断开，排水过程不进行，中空锚管将边坡不稳定土体锚固于稳定区；当坡体内的水分上升到超过水分计的界限含水率时，控制器自动闭合，空压机开始工作充气，充气压力由小到大，高压气体穿过中空锚管透气孔进入土体，通过空气压力挤出滑坡体中的水分，水分从中空锚管周围向排水板移动，从排水板排出，实现气水置换，降低地下水位和坡体饱和度，从而提高坡体的稳定性。随着排水的不断进行，坡体内水分含量降至低于水分计的界限含水率，控制器断开，空压机停止工作，排水过程暂时停止。待地下水位上升或降雨使土体含水率上升至水分计界限含时，排水过程再次重复，使滑坡土体处于较低含水率状态。

附图说明

图1是本发明充气排水边坡锚固体系统的示意图；

图2是图1中的立面图；

图3是图1中的中空锚管的示意图；

图4是本发明施工注浆过程的示意图；

图5是中空锚管与充气装置连接的示意图；

图6是图2中的a-a剖面图。

附图标记说明：

1-框架、2-中空锚管、3-格栅、4-滤网、5-透气孔、6-橡皮袖阀、7-土工袋、8-抱箍、9-空压机、10-充气管、11-控制器、12-水分计、13-通气阀、14-密封盖、15-排水板、16-竖向排水槽、17-横向排水沟、18-水泥浆、19-导线、20-垫板、21-锚具、22-基座、23-注浆管、24-止浆塞、25-注浆花管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明结合锚固和真空预压技术的优点，克服其集合时技术难题，提出一种新型真空排水锚杆及其施工方法。

如图1-图6所示，本发明提供一种充气排水边坡锚固体系统，包括：锚固结构、充气装置和排水系统；

所述锚固结构包括：框架1、中空锚管2、格栅3、锚具21和垫板20；

中空锚管2的中后部管壁上设置有若干出浆孔，每个出浆孔上套有袖阀和土工袋7，出浆孔两侧用抱箍8将土工袋7夹持固定在中空锚管2；在中空锚管2的中后部管壁沿圆周开设有透气孔5，在分布有透水孔的中空锚管2上包裹有滤网4；

坡面上依次设土工格栅3和垂直相交的格梁，中空锚管2倾斜设置在坡体内，穿过横向和竖向格梁交叉处；向中空锚管2内注浆，浆体进入纤维袋内膨胀并挤压周围土体锚固于稳定土层中，用锚具21和垫板20将中空锚管2前端锚固于框架1上，构成空间支护结构将不稳定土体锚固于稳定地层中。

所述充气装置包括：空压机9、控制器11、充气管10和水分计12；充气管10一端穿过密封盖14与中空锚管2的端部连接，另一端通过通气阀13与空压机9连接；

水分计12安装在中空锚管2之间的坡体内，沿锚管轴向安装2个水分计12；

控制器11分别与水分计12、空压机9通过导线19连接，控制空压机9的开启与关闭。

所述排水系统包括：排水板15、竖向排水槽16和横向排水沟17；排水板15设置于两中空锚管2之间，从坡面垂直打入坡体内，底面与水平面呈5°～20°的夹角，即靠近坡面侧较低，坡体内部较高；排水板15两侧设竖向排水槽16，坡脚设横向排水沟17；

当坡体内的含水率高于设定含水率时，控制器11与空压机9连通，开始向中空锚管2内注气，气体穿过透气孔5进入坡体，充气压力由小到大，通过空气压力挤出坡体中的水分，水分从坡体渗入排水板15，从板口排出，沿竖向排水槽16汇入横向排水沟17内，实现气水置换，降低坡体地下水位和岩土饱和度，从而实现提高坡体的稳定性。当坡体内的含水率小于设定含水率时，控制器11控制空压机9关闭，停止充气。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，中空锚管2直径40～80mm；滤网4为密目纱布或塑料网；透气孔5直径为5～10mm；出浆孔在中空锚管2的同一横截面上对称布置，间距为1.0～1.5m，直径为10～15mm。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，空压机9功率为1.0kw～7.5kw，排量为0.5～1.2m3，气压为0.3～1.0mpa。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，控制器11的界限含水率设置为10％～50％的某个值。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，所述的排水板15采用双面排水板15，如聚苯乙烯、聚乙烯和塑胶；且排水板15露出坡面10～30cm。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，所述的竖向排水槽16宽度20～30cm，深度20～30cm，顶部与框架1底部平齐。

进一步地，如上所述的充气排水边坡锚固体系统，所述控制器11和空压机9通过太阳能电池板供电，充气管10通过卡子固定于框架1上；充气管10由通气阀13分流与多根中空锚管2连接。

如图1～6所示，本发明提供一种充气排水边坡锚固体系统的施工方法，其步骤为：

(1)调查分析边坡地质、水文条件，进行地质勘探和设计，分析边坡的潜在滑动面位置，确定钻孔位置、深度和直径；

(2)制作中空锚管2：根据步骤确定中空锚管2的长度，土工袋7的个数；中空锚管2的前端车削螺纹用于固定锚具21，中空锚管2的中后段间隔1.0～1.5m钻出浆孔，出浆孔上先套橡皮袖阀6，抱箍8将土工袋7固定于钢管上；中空锚管2的中后段管壁开设孔径为5～10mm的透气孔5，外表喷刷防腐漆，外围包裹2～3层滤网4；

(3)钻孔：在边坡上分别钻中空锚管2和水分计12的安置孔；

(4)中空锚管2安装和注水泥浆18：将中空锚管2插入边坡钻取的安置孔内，注浆管23深入中空锚管2底部进行分段注浆；注浆管23的端部间隔固定有两个止浆塞24，止浆塞24之间的注浆管23管壁上设置注浆孔构成注浆花管25；每段注浆长度为注浆步距，注浆步距与出浆管间距相同，即步距为1.0～1.5m；注浆过程，每次同时进行同一横截面的两个橡皮袖阀6注浆，从中空锚管2底端依次向前端注浆，每完成一次注浆，向上移动注浆管23一个步距，直至完成所有土工袋7注浆；重复此步骤，施工所有中空锚管2；

(5)用测量工具确定排水板15的施设位置；采用打板机从坡顶相应位置垂直打入排水板15，排水板15靠近坡面侧较低，坡体内部较高，即排水板15底面与水平面呈5°～20°的夹角，低于坡面10～20cm；

(6)修筑竖向排水槽16和横向排水沟17:排水板15两侧开挖沟槽，宽度为20～30cm，深度为20～30cm，在沟槽内设置竖向排水槽16，边坡脚部设置横向排水沟17，竖向排水槽16与横向排水沟17相连；

(7)浇筑框架1：先在坡面上铺设土工格栅3，浇筑框架1格梁，中空锚管2穿过横向和竖向格梁交叉处，待浆体强度达到70％时，中空锚管2前段套上垫板20，张拉锚固，用锚具21锚固于垫板20上；

(8)安装水分计12：在两根中空锚管2之间的安置孔内安设水分计12，将与水分计12连接的数据导线19沿孔引出；

(9)安装空压机9和控制器11：坡脚部位修筑钢筋混凝土基座22，在基座22上安装空压机9，控制器11安装于坡外；

(10)空压机9与充气管10连接，充气管10另一端由通气阀13和多根充气管10连接，充气管10穿过密封盖14与中空锚管2连接；

(11)连线和调试：控制器11分别与空压机9、水分计12和电源连接；打开控制器11开关，开始充气，检查各接头是否漏气，然后观察排水板15口是否有水流出，如有则说明接头密封性好，然后设定控制器11含水率界限，系统根据坡体含水率自行运转。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。