边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法

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。

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)；

其中，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a×b：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，单位为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，单位为m；

其中，P为局部安全隐患区所需支承力，P＝σmax-γz0，σmax为局部岩土安全隐患区(2)顶部受到的最大压应力，单位为kPa；γ为边坡岩土介质平均容重，单位为kN/m3；z0为坡顶距离岩土安全隐患区(2)顶部的垂直高度，单位为m；B为边坡岩土安全隐患区(2)沿坡高方向的高度，单位为m；

Es土为治理前安全隐患区(2)土体的压缩模量，单位为kPa； 为治理后安全隐患区(2)土体的压缩模量，单位为kPa；Es砼为膨胀型素混凝土锚杆(1)的弹性模量，单位为kPa；

e1为岩土安全隐患区(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e2：

式中：B为岩土安全隐患区(2)沿坡高方向的高度，单位为m；L为岩土安全隐患区(2)沿边坡走向方向的长度，单位为m；d为膨胀型素混凝土锚杆(1)的直径，单位为m；D为膨胀型素混凝土锚杆(1)膨胀后直径。

2.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：膨胀型素混凝土锚杆(1)的直径d取值范围为0.15～0.20m，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D＝(1+r)d，膨胀型素混凝土锚杆(1)的长度l＝3～5m。

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：根据a×b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)膨胀前直径d，重新计算a×b。

4.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土锚杆(1)的排数n和列数m：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，单位为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，单位为m；B为岩土安全隐患区(2)沿坡高方向的高度，单位为m；L为岩土安全隐患区(2)沿边坡走向方向的长度，单位为m。

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。

6.根据权利要求5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0.15～

0.20m；膨胀型稀释混凝土注入钻孔时，确保锚杆浆体饱满。

7.根据权利要求5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：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％。

说明书

边坡岩土局部安全隐患区膨胀型支撑治理方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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，岩土高边坡数量日益增多、高度越来越大、坡度越来越陡，地质安全问题日渐突出，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20日，湖北省巴东县高阳寨的国道318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
3
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4512m，坠落在路面
3
的残余块体体积500m 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。初步统计表明，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。

[0003] 岩土高边坡防治工作中，由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。

[0004] 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

[0005] 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土锚杆。

[0006] 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D＝(1+r)d，膨胀型素混凝土锚杆的长度l＝3～5m。

[0007] 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×b：

[0008]

[0009] 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)；

[0010] K2＝E′s土；K3＝πD2(Es砼-E′s土)；

[0011] 其中，P为局部安全隐患区所需支承力，P＝σmax-γz0，σmax为局部岩土安全隐患3
区顶部受到的最大压应力(kPa)；γ为边坡岩土介质平均容重(kN/m)；z0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)；

[0012] Es土为治理前安全隐患区土体的压缩模量(kPa)；E′s土为治理后安全隐患区土体的压缩模量(kPa)；Es砼为膨胀型素混凝土锚杆的弹性模量(kPa)；

[0013] e1为岩土安全隐患区土体的初始孔隙比；e2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；

[0014] 根据下式计算e2：

[0015]

[0016] 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)。

[0017] 根据a×b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；

[0018] 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a×b。

[0019] 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：

[0020]

[0021]

[0022] 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)。

[0023] 植入膨胀型素混凝土锚杆的方法如下：

[0024] 1)人工清除边坡岩土安全隐患区的表面浮土；

[0025] 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；

[0026] 3)在锚杆孔位置按设计要求钻孔，清孔；

[0027] 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。

[0028] 植入时，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。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账率r＝30～35％。

[0029] 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。

附图说明

[0030] 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)；

[0031] 图3，边坡岩土局部安全隐患区示意图；

[0032] 图4，安全隐患区膨胀型素混凝土锚杆布置断面图；

[0033] 图5，安全隐患区膨胀型素混凝土锚杆布置平面图；

[0034] 图6，膨胀型素混凝土锚杆布置尺寸图；

[0035] 图7，膨胀型素混凝土锚杆立体图；

[0036] 图中，膨胀型素混凝土锚杆1、安全隐患区2，B为岩土安全隐患区沿坡高方向的高度；L为岩土安全隐患区沿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间距；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；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直径；

具体实施方式

[0037] 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。

[0038] 本发明的工作原理如下：

[0039] 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，膨胀型素混凝土锚杆1主要沿侧向(锚杆径向)膨胀，进而挤密岩土局部安全隐患区2岩土介质，使其孔隙比由治理前的e1减小到治理后的e2；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。

[0040] 施工之前先进行各项参数设计，参数设计步骤如下：

[0041] 1)通过数值模拟及现场监测方法明确界定了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γ及最大压应力σmax、岩土安全隐患区2土体初始孔隙比e1和压缩模量Es土、素混凝土材料的弹性模量Es砼等参数均为已知值。

[0042] 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r＝30～35％，则有膨胀型素混凝土锚杆1膨胀后直径D，

[0043] D＝(1+r)d

[0044] 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z0，由下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e2，

[0045]

[0046] 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。

[0047] 4)计算膨胀型素混凝土锚杆1的间距a和b，计算式为

[0048]

[0049]

[0050] K2＝E′s土2

[0051] K3＝πD(Es砼-E′s土)

[0052]

[0053] E′s土为治理后安全隐患区2土体的压缩模量(kPa)；

[0054] 根据a×b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a×b。

[0055] 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：

[0056]

[0057]

[0058] 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)。

[0059] 参数设计完半即可施工，参见图5、6，具体施工步骤如下：

[0060] 1)人工清除边坡岩土安全隐患区2的表面浮土；

[0061] 2)在边坡岩土的安全隐患区2，按梅花桩形式布设多个锚杆孔；

[0062] 3)在锚杆孔位置按设计要求钻孔，清孔；

[0063] 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。