深层排水管在边坡加.pdf

深层排水管在边坡加固中的应用刘吉福，刘启党 2，杨春林，(、)东省航务工程有限公司，广东广州5 1 0 2 3 0;2.广东省交通科学研究所，广东广州5 1 0 2 3 0)摘要:分析了深层排水管对边坡稳定的作用，深层排水管的特点、类型、施工工艺，讨论了深层排水管的设五时间、排水管结构，最后通过工程实 例说明深层排水管的效果。关钮词:深层排水孔;软式透水管;边坡加固中圈分称号.T 1 7 4 6 3女份坛识码.AAb s t r a c t:l l,e t h a m.v r i s t i c sI y 尸,t y p e s e n d t n a s wd i e n(e t h n o l o g y o f d e e p d r a i n p i p e e m l i t s e f f e c t o no f d e e p d r a i n p i p e a r e a l s o d i s c o.d.1 1 Rm u g h a p m j c e t e x a m p l e i t isI 板 t i me随-t-m-K e y w o r d s:a.dt h e-m-p ro v e d t h a t t h e d e e p d r a i n p i p e i s e ff e c t iv ed e e p d r a i n p i p e;f l e x i b l e d r a i n p i p e;s lo p e s ta b i l i-i o n 大量的下程实践证明，地下水对边坡的稳定危害很大、据统计，广东省内的滑坡有9 0%以上发生在雨季。边坡中设置深层排水管，及时排出坡体内的地下水，可以有效地提高边坡的稳定性。目前，深层排水管在边坡加固工程中逐渐得到应用。1 深层排水管的作用 不同的边坡情况和设计意图，深层排水管的作用不完全相同，一般来讲，深层排水管可具有以下 1 种或几种作用:川地表水渗人坡体内会增加土体重量，对边坡稳定极其不利。深层排水 管排 出坡体 内的地下水，可以有效减小岩(土)体重量 (2)地下水在坡体内渗流对上体产生渗透力，渗透力与边坡变形或滑动趋势方向相同或接近，促使边坡失稳;地下水对(潜在)滑动面(尤其是裂隙发育的岩质边坡)形成较大的静水压力，该水压力对边坡稳定不利。边坡中地下水所产生的不利于边坡稳定的作用力见图 1,图中水压力和渗透力是未设置深层排水管时的情况。深层排水管 可以将地下水汇集到管内改变渗流力的方向和大小，而且延伸至潜在滑动面附近排出该处的地下水，可以明显减少作用于(潜在)滑动面的水压力。土质边坡宕质边坡图 1 边坡中地下水产生的不利于边坡稳定的作用力示意 (3)土质边坡的土体通常是非饱和土，具有较大的基质吸力，许多稳定的边坡按照常规的稳定计算方法计算安全系数不足，其主要原因是基质吸力对稳定发挥很大的作用。据报导香港 P o-s h a n滑坡发生在有残积土陡坡的居民区，该边坡稳定几十年，但当边坡用作防水的三合土防护层遭破坏，坡体含水量增大较多时发生滑坡f u 深层排水管可以及时排出渗人坡内的地下水，使边坡土体保持非饱和土状态，维持土体较大的基质吸力。(4)通常情况下，边坡(潜在)滑动面(带)发生剪切变形时会产生较大的超静水压力。该超静水压力将降低土体的有效重量及其抗剪强度，对边收稿日 期:2 0 0 1-0 1-1 5作者筒介:刘吉福(1 9 7 1 士，工程师.，男 汉族)，山东阳谷人，硕2 8工程劫察G e o t e c h n ic a l I n v e s t ig a t io n 左2 1刃2年第4期万方数据坡稳定极其不利。设置深层排水管可以使超静水压力及时消散，其作用类似于软基处理中的塑料排水板。2 深层排水管的特点及类型2.1 深层排水管与普通排水管的区别 此处所谓普通排水管是指设置在挡土墙、护 面墙、浆砌片石实体等边坡防护结构中的排水管，多采用塑料管、竹子、铁管等材料制作。2.2 深层排水管的特点 边坡工程中设置深层排水管主要目的是排出距离坡面较远处富水区 一般是破碎带等软弱带)内或(潜在)滑动面(带)附近的地下水，因此深层排水管具有以下特点:深层排水管与普通排水管的区别表 l序 号探层排水管普通排水管长度大。般伸人坡休富水层或穿过潜在滑动面可以与封闭性或非封闭性坡面防护结构联合使用排出坡体深处的地下水，主要作用是控制深层滑坡a一般设里较少，材料品种少。造价较高长度小，穿透坡面防护结构，长度与坡面防护结构厚度相近只与封闭性坡面防护结构配套使用排出坡面防护结构后侧的积水。减少防护结构上的水压L 避免防护结构破坏和边坡浅层坍塌设置数量较多。可用材料品种较多，造价低 (1)由于边坡在施工和使用期间可能产生较大变形(尤其是存在滑坡或濒临滑坡的危险边坡)，因此深层排水管应具有 一 定的弹性和伸缩性能，可以承受足够的拉力，并且耐压能力较强，以承受松散土(岩)体的压力。(2)与用于运动场、道路分隔带、地 下 灌溉、货场、休闲绿地等场所的排水管不同，深层排水管位于边坡内部，不能明挖埋设，只能钻孔设置，有时需要穿过破碎层或滑动面，施工较困难。(3)深层排水管通常以进人或穿过坡体内的富水段、(潜在)滑动面(带)为原则，因此排水孔长度不一，需要动态确定。(4)边坡中的深层排水管一般是永久性排水孔，因此对其耐久性要求较高。耐久性主要包括深层排水管中金属结构的防腐蚀性能、塑料或橡胶结构的抗老化性能和排水管防止细小颗粒或泥浆进人并淤塞管道能力等。2.3 深层排水管的类型 目前用于边坡深层排水的主要有两种排水管:U P V C塑料管和软式透水管。塑料排水管通常横截面上部2/3 范围做成花管用于渗水，下部用于集水，管外包纱网或土工布。软式透水管横断面自内向外通常为弹簧钢线、透水层、过滤层和被覆层，并通过接著剂胶枯在一起。弹簧钢线采用高强力弹簧钢线，经磷酸防锈处理，外覆 P V C塑料，坚固耐用、防腐;透水层和被搜层的经线和纬线采用高强力纤维，经线外覆 P V C塑料，可以截堵有害物于管外，吸、透四周渗漏水于管内;过滤层采用土工织布，2 加2年第4 期增强过滤功能，使渗漏水迅速吸、透进人管内。透水管需要测定其内径、通水量、糙度、耐压值、耐酸碱性等，透水管滤布指标测定与土工布类似。透水管直径$3 0 一 们O O o 两种排水管的优缺点见表 2。目前大部分边坡工程采用软式透水管进行深层排水。3 深层排水管施工工艺 深层排水管的施工工艺:放线定位，搭设脚手架、钻机就位、钻孔排水管安装固定管口。3.I 放线定位 排水孔定位按照设计要求进行，要求根据边坡具体情况进行动态布置，因此排水孔定位根据坡面出露岩层情况、坡面渗水情况、锚索或抗滑桩施工揭露的地质情况进行。3.2 钻 孔 由于深层排水孔用于有破碎岩层或滑坡面的边坡，为避免钻孔施工时带水进人坡体浸泡软化上述软弱层，因此排水孔钻孔一般采用潜孔冲击钻或螺旋钻进行干法施工。由于排水孔用于汇水的用途，所以钻孔遇到塌孔时必须采用套管跟进施工，严禁采用固结灌浆，避免浆液封闭透水空隙。钻孔达到设计深度后需要对钻孔利用高压风进行洗孔，对于钻孔周围岩(土)层较完整的钻孔可以采用高压水或高压风水进行洗孔。排水孔深度一般是以进人或穿过富水区为原则进行确定，在富水区附近的钻孔可以以相邻孔的深度作为参考;如果进人完整岩层深度较大仍未遇到工程勘察G e o t e e h n i c a l I-s h g a d o n&S u rv e y i n g 2 9万方数据富水层时，可以考虑终孔。簧，将两根透水管对接，用剪开的滤膜包裹对接3.3 透水管安装管，然后用塑料绳绑扎牢固、也有在对接处用土工 透水管末端处理:对管端 1 0 c m左右长度，沿布接头套包裹，然后用塑料绳绑扎牢固。管轴线方向剪开滤膜，抽出并剪断弹簧，用塑料绳卜 管:管子柔软，卜 管需要利用自来水管作为将剪开的滤膜绑扎牢导杆，管端设置圆端头，下管较困难(特别是排水 透水管接头处理:对其中一根透水管端部 l o c m孔较长1 0.时)。左右长度，沿管轴线方向剪开滤膜，抽出并剪断弹 不同排水管优缺点表 2刹 卜 水管种类优点缺点软式进水管t全力位透水，渗水面积大，可以快速吸透水2.弹性、伸缩性能、耐压能力较好，适应边坡变形性能较好3.可以使泥桨、粘土、细砂石、有机物等截堵于管外，抗淤塞 性能较好a 透水管可以任意弯曲、盘绕，制作长度可以很长，现场任意 截取，般不需接头1.缺少集水部分，渗进管内的水有可能义渗出流失2排水管端部外观较差，宜设孔口管3.排水管刚度小，较深时下管困难，需要利用导杆送 人孑 L 内刚度相对大.下管相对容易z可以制作集水部分，但下管时需要特别注意幼料管1材料脆性大.容易断裂2 _ 汇水面织较小，受开孔率限制3抗淤塞性能稍差4 长度般为6。，通常需要接头3.4 固定管口 为了避免软式排水管下滑等情况，透水管与钻孔之 间 的 空 隙 用 水 泥 砂 浆 塞 填。塞 填 长 度 约5 0 0.m4 其他问题讨论4.1 深层排水孔设里时间 边坡一般同时采用锚索(杆)、抗滑桩和排水孔，应注意其施工顺序。先施工排水孔对边坡稳定及减少坡面溜滑现象均有重要作用。但排水孔先于锚索施工，锚索注浆时浆液可能通过破碎带等进人排水孔，并且锚索钻孔时漏风现象更严重，因此一般情况下需要先施工锚索再施工排水孔。对于已经发生滑坡或濒临滑坡且地下水对边坡稳定危害较大的边坡，可以先施工排水孔。必要时，锚索施工后对因流进水泥浆而报废的排水孔进行补孔。4.2 宜设集水结构 目前边坡使用的软式透水管均是全周全长范围内透水，当深层排水管用于将富水区的地下水排出坡外的土质边坡时存在如下缺点:富水区的地下水通过透水管向坡外流动，经过边坡非富水区时管内的水可能渗到周围土体内，有时可能造成较浅层的滑坡或边坡坡面溜滑现象。对于上述情况，应根据边坡具体情况设计内段3 0工程劫察G e o t e c h n i c o l I n v e s t i g a t i o n 左透水、外段不透水的深层排水管，或者生产横断面上部透水下部不透水的软式透水管，但该种透水管下管时控制不透水部分位于下部较困难4.3 宜设孔口管 为避免地下水自孔口流出时逐渐冲蚀孔口附近的坡面、并为增加边坡外观美观性、方便施工坡面防护层，宜在孔口5 0 0 一I O O O m m范围的钻孔内设置孔口管，一般采用直径比透水管稍大的白色 U P V C塑料管。孔口管的固定通常采用水泥砂浆塞填孔口管与钻孔孔壁之间的空隙5 深层排水管效果例证 (1)京珠高速公路粤境北段(韶关段)路堑高边坡广泛采用软式透水管进行深层排水，深层排水管主要用于存在煤层、破碎石灰岩层和砂岩等富水岩层的边坡。其中J 标段 K 1 0 8工点(K 1 0 8+6 2 0K 1 0 8+8 8 0)路堑边坡高3 2 m，台阶式人工边坡共分4 级，第2 级边坡和第3 级边坡均设计了深层排水管，设计长度l o m，软式透水管直径 l 0 0 m m，钻孔直径 1 2 0 m m，上仰角度 1 0 0 一1 5 0 o K 1 0 8工点先施工锚索后施工深层排水管。锚素施工时在距离坡面 巧一 2 0 m处遇到破碎石灰岩层，钻孔漏风、塌孔严重，部分钻孔喷出大量泥浆。根据锚索钻孔资料将深层排水管深度加长为2 0 m，并增加 1/3的排水管 2 加2年第 4期万方数据根数。第 3 级边坡施工排水管速度较慢，坡面渗水严重，边坡产生较严重的溜滑现象;第 2级边坡施工排水管较及时，避免了溜滑产生。第3 级边坡部分深层排水管在旱季仍然不停地流水。(2)深圳某合资企业自行车厂镀锌车间旁边的边坡采用超前桩 十 喷锚支护护坡形式，坡顶为镀锌水池和排水沟L 2 1。长期以来，大量镀锌水通过地表的裂缝和排水沟渗人坡体土体，对边坡稳定、变形和锚杆防腐均形成极大威胁。设计和施工时在坡体内设置2 排U P V C管制作的深层排水管，及时将渗人坡体内的镀锌水及其他来源的地下水排出。该边坡已经施工完毕多年，至今深层排水管仍不断地排出黄白色的地下水，边坡和车间均安然无恙。参考文献D G弗雷德隆德，伟 拉哈尔佐薯陈仲颐，张在明，陈愈炯，蒋国澄，吴肖茗，石振华译非饱和土土力学北京:中国建筑丁业出版社，1 9 9 7.刘吉福，谢晓华。郭宗文超前桩在喷锚支护中的应用.岩十工w枯术.2 0 0 0(2):1 1 8-1 2 2.嘴 1 0 心.心 义 卜沁.弓)减 卜沁 卜 叱)阳 减)心.叱 卜 二 帐 卜二 闷 火火 卜 冷沁今冲映 卜戍卜闷 争 司 争 减 争 硬 知闷 争 闷 争 庵卜崛 加 咭卜吃卜喊 沪 嘴 争 闷 减卜 洲，代 卜 火减二 峭 卜 减卜掩洲，哈洲今义 卜 砚)(卜 接第 2 7 页)涌砂影响范围 之外两条流线之间的流量，1 凡M(b，一b)(凡 一H)9，二x(l n 一 I n b)涌砂影响范围之内两条流线之间的流量 4 a K,M 一b 2)(万一h o g)4，二(a一x)(I n b 一I n b 2)连立求解水流的连续性方程:9 二?，二 4 2(3)，即孔，取样做室内实验确定平均渗透系数 K,，或在孔 内做现场实验，综合(5)3 算例取。=1 0O m,h二b，二2.0.1 b,=0.4 m(6)及式=8.0 m,H7.5 mh o=0.5 m,=0.8，代人式(7)，得 x 二hol-9.8m.H p 一h o K o/K则 L=1 0.0 一 9.8二 0.2 m，即涌砂影响范围为 0.2 m,KM(b，一b,)(H。一h o)a(I n b。一I n b,)K o M(b，一b)(H。一H)二(I n b:一I n b)K,M(一b 2)(H一h o g)b 二 ba一二)(l n b一I n b,)b,一戈 口得1 a 6,-(b,-b 2)n、一。】(鲁 一)4 结语 本文建立了涌砂前管涌的理论模型，确定 了管涌临界面的形状及随江水位上涨临界面的发展趋势;根据水流的连续性条件，导出了在一定江水位和涌水流量条件下涌砂的影响范围。由于作者目前未见有关涌砂影响范围确定方面的报导，故本文仅是一种估算，在具体计算时，K o,K，以及b,从值的大小均会影响涌砂影响范围值的大小，今后尚需进一步研究完善。b;-一。，Kb,式中各参数 a,b,、b,、H 、h,h,、K o、K,(7)参考文献已知或可求，其意义如图2 示，求出 x.涌砂在堤防方向上影响范围即为 L二a一二。t地下水动力学北京:地质出版社 t泥沙运动力学.北 京:科学出版社 _.荆江大堤堤基管涌破坏长江科学院院报，涌砂影响范围内平均渗透系数 K，的估算，可根据试验确定。在管涌 口的堤防一侧布置若干钻薛禹群，朱学愚钱宁，万兆惠.王理芬，曹敦履1 9 9 1,8(2)陈建生。李兴文与探侧 方法研究赵维炳.堤防管涌产生集中洽翻通道机理水利学报，2 X)，(9).D 阅2 年 第4期工程勘察G e o l e c h n i c a l I n v e s i l g a u o n 遥 S u r v ryi n g 3 1万方数据