1.引言
根据国土资源部发出的《全国部分省地质灾害情况通报》，严重的地质灾害发生时段相对集中，主要发生在7-9月汛期的暴雨期间。造成地质灾害发生的主要原因仍以自然因素为主，特别是突发性的地质灾害，绝大部分都与大气降雨有着十分密切的关系。由此可见，水对边坡稳定的影响是很大的，有时甚至是灾难性的。因此，从事边坡治理工作的人都知道这样一个原则：治坡先治水。
三峡库区年均降水量1100mm左右，时空分布不均：4—10月降水占全年的80％以上；5—9月常出现暴雨。多年平均年暴雨日数为3—7天，最大24小时降雨量>200mm，暴雨持续时间一般为一天左右，约有l/5的暴雨可持续2天。暴雨是诱发边坡失稳的主要因素之一。目前随着三峡库区移民工程建设热火朝天地进行，大量的人工高边坡正在形成；在高边坡的治理过程中，降雨形成的地表水和地下水就必须受到工程界的高度重视。
2.地下水和地表水影响边坡稳定的机理
一般而言，对边坡稳定造成不利影响的水荷载主要来源于地表水和地下水，而地表水和地下水的形成主要是降雨。在地形相对平缓，雨水渗入边坡岩体后难于排泄的地区，地表水对地下水补给的作用是很明显的。降雨对边坡稳定的影响主要是降低岩土体强度，并抬高地下水位。地下水位的升高，水荷载就会增大，显然对边坡的稳定是不利的。地下水位较高的边坡，在削坡卸载以后，如果没有采取适当的排水措施，就有可能失去原有的平衡状态，或者达到新的平衡状态，在降雨的催化作用下，仍然会失去平衡，造成边坡失稳。
对于边坡稳定来讲，岩体中的结构面的强度起着控制性的作用。但是由于水对岩体中硬质结构面的强度影响不大，但会降低岩体中软弱结构面强度。因此，软弱结构面对边坡的稳定起着关键性的作用。软弱结构面遇水后，充填的软弱物进一步软化，其抗剪强度降低。但是根据笔者参加奉节县的高边坡治理的体会，频繁的降雨并不一定会造成边坡立即失稳，而是突然性的暴雨会对边坡造成很大的威胁。这就说明结构面充填物含水量在降雨前后相差较大的情况下，软弱结构面充填物迅速软化，其抗剪强度有大幅度的降低。因此，在边坡治理中，就必须充分考虑突发性的降雨对边坡稳定的影响。
降雨对山体的地下水位有着较为密切的关系，但是降雨并不一定会使地下水位变化很大。这主要是因为地下水位升高的幅度还与水文地质条件有很大的关系。当山体不是特别雄厚，山体较缓，且地下水位在弱风化层以上时，由于岩体空隙率较大，裂隙发育，岩石破碎，渗透系数较大，水位升高后容易排走，因此地下水位变化幅度不大。此时，地下水对边坡稳定的影响就不是很大。但是，当地下水位较深，而且在地下水以上裂隙发育程度随着深度增加而减弱，雨水从地表渗入裂隙很容易，而在深部岩体排走十分困难，就会在山体地下水位以上形成饱和区，随着降雨形成的地下水增多，边坡内空隙水压力也就越来越大，就会对边坡稳定造成不良影响，从而成为控制边坡变形的主要因素。
地下水位较高的边坡，在削坡卸载以后，边坡就可能在动水压力和潜蚀的作用下，失去原有的平衡状态，如果没有采取适当的排水措施，边坡便可能失去稳定。因此就必须采取正确的排水系统，对地下水进行排泄，以降低孔隙压力，从而有利于边坡的稳定。
3.边坡防渗排水体系
为了减小地表水和地下水对边坡稳定的影响，在边坡治理中，必须根据边坡所在地区的降雨情况、水文地质条件以及与生态环境建设相结合的原则选择并采取相应的工程防渗排水措施。
3.1坡面防渗排水
3.1.1截水排水沟
为了减少地表径流汇入边坡，在距离稳定性欠佳的边坡或老滑坡后缘最远处裂缝5m以外的稳定斜坡面上设置外围截水排水沟。断面尺寸以该地区最大降雨强度时水流不漫沟为标准。沟底高程和沟底比降以顺利排除拦截地表水为原则。平面上依地形而定，多呈“人”字形展布。
3.1.2喷射混凝土护面
地下水位较低或者不受地下水位影响的边坡，为了减少雨水渗入边坡，在截水排水沟以内的天然地表及开挖坡面可以采用喷射混凝土防护的方法，其厚度一般8~15cm。风化较为严重的部位可以采取挂网喷射混凝土的防护方法。在喷射混凝土防护区域，每隔2~5m设置一个排水孔，孔深50~200cm，直径50mm~100mm。排水孔排出的水汇集到坡面纵横向排水沟排走。
3.1.3空心砖植草护面
在边坡治理中，大量工程实践证明：大面积封闭式防护措施，往往不仅因排水不畅造成开裂破坏，而且与周围环境不协调，不符合人们日益增长的对生态环境保护的要求。
当边坡的山体较为平缓，地下水位在弱风化层以上，且地下水的补给源又无法切断时，此时如果坡面防护采取喷射混凝土防护，就显然是对地下水的排泄起围堵作用，地下水不能排泄出去，地下水位就会升高，水压力就会增大，对边坡的稳定就会造成很大的影响。因此，喷射混凝土防护措施是不可取的。很显然，空心砖植草护面是一个明智的选择。因为，空心砖植草护面既能对坡面起防护作用，又不影响地下水的排泄，而且保护整个边坡的生态环境。为了，保证地下水排泄顺畅，可以在适当的部位钻排水孔，其位置和深度视地下水的位置和埋深情况而定。
3.1.4坡面排水孔体系
坡面的排水孔体系在上面已经提到。在喷射混凝土和空心砖植草护面两种工程措施中，一般都要配以排水孔，其深度的和直径根据坡面排水状况而定。
3.2地下排水体系
根据边坡或滑坡所在山坡流域水文地质结构及地下水动态特征，选用隧洞排水、钻孔排水或者盲沟排水等地下排水方案。
3.2.1排水洞
为拦截滑坡体后山和滑坡体后部深层地下水及降低滑坡体内地下水位，横向拦截排水隧洞修于滑坡体后缘滑动面以下，与地下水流向基本垂直；纵向排水疏干隧洞可建在滑坡体（或老滑坡）内，两侧设置与地下水流向基本垂直的分支截排水隧洞仰斜排水孔。
3.2.2排水盲沟
当滑坡体内有积水湿地和泉水露头时，可将排水沟上端做成渗水盲沟，伸进湿地内，达到疏干湿地内上层滞水的目的。渗水盲沟用不含泥的块石、碎石填实，两侧和顶部做反滤层。
3.2.3排水孔幕
排水洞钻设排水孔幕，以降低地下水位，减少地下水渗压力。针对不同的岩区，排水孔幕可采用不同的布置形式：对于一般岩段，可用一排铅直孔；对于地下水富集地带，可采用两或两排以上排水孔。为了保证排水效果，尽量采用仰孔。排水孔直径均为50～100mm，孔深约为5～30m。
4.结论
滑坡多发生在雨季当然是水对边坡的作用，因此必须重视水对边坡稳定影响的研究。
在边坡防渗排水工程措施的选择上，一定要注意将边坡所在地区的降雨情况、水文地质条件以及生态环境建设等相结合的原则进行选择，并要将各种防渗排水措施相结合，不能单一使用某一种或某两种。一般来讲，边坡首先要有截排水沟，其次就是坡面防护措施，如喷射混凝土护面、空心砖植草护面、坡面排水孔体系等，在有地下水需要排泄的边坡中还要采用排水洞、排水盲沟和排水孔幕等措施。
钢花管边坡支护与排水方法探讨
详细介绍了利用钢花管喷浆加固边坡,以及利用一部分钢花管进行边坡内部排水处理的方法,并对施工技术、质量要求和效果以及施工安全监测进行分析,使其对于加固含水量较高的土质边坡可以达到良好的效果。
关键词:钢花管;边坡加固;排水
1 钢花管边坡支护与排水的原理与方法
1.1 钢花管支护与排水的原理
一般的钢花管支护基本原理是借助于加固材料在主动区(滑动区)所产生的拉力传到阻抗区,以增加滑动面上的垂直应力,进而提高土层的抗剪强度;并且在滑动面上加固材料可借助于土层提供的被动土压力,产生剪力和弯矩以抵抗主动区的滑动,达到加固边坡的目的。钢花管的注浆可以使破碎岩体及软弱土体提高强度,而钢花管本身留在土体内部也可以起到加筋的作用。如果将一部分钢花管注浆,而将另一部分不注浆,则不注浆的钢花管便可用作排水管道,周围土体的积水可以通过排水孔进入排水钢花管,再通过排水钢花管排出,既起到了加筋加固的效果,又可以起到土体内部排水的效果。
1.2 钢花管支护与排水的方法
1.2.1 工程地质勘察
工程施工前首先要对该工程的地质情况进行取样勘探和技术分析,得出地质勘探与分析报告,确定工程地段土体中黏性土、粉沙土、破碎岩体等各类物质的大体分布情况及其性质。同时得到该边坡地段的地下水位以及降水量等数据,估算大体的排水范围和排水量大小,从而确定钢花管用于排水部分的分布。
1.2.2 边坡的大体修整
为了便于各种技术的应用和施工方便,在地质勘察与分析结束后,首先要对边坡进行一次大体的修整。把过于突出及凹陷处修平并清除坡面虚土,但不能过分整修,否则会影响边坡的稳定,只要不会对施工过于影响即可。1.2.3 加工管材
选用两批不同管径的钢管,用于灌浆加固的钢材管径稍大些,一般采用50mm钢管;用于排水加固的钢材管径稍小些,一般采用40mm钢管。灌浆加固钢材采用无缝钢管,沿轴向每隔5cm开一对直径为4mm的出浆孔,梅花状布置。两截钢管的连接,采用lOcm长的螺纹套管连接,接缝处采用焊接,保证其强度和封闭性。钢花管尾部100cm内不设置出浆孔,而钢花管头部出浆孔直径增大,一般采用5-6mm孔径,并要将头部削尖,并焊缝密实,便于打管。排水加固钢材也采用无缝钢管,沿轴向每隔5cm开一对直径为3mm的排水孔,梅花状布置。两截钢管的连接,与灌浆管相同,采用lOcm长的螺纹套管连接,接缝处采用焊接,保证其强度和封闭性。钢花管尾部100cm内不设置排水孔,而钢花管头部排水孔直径略微增大,一般采用4mm孔径即可,同时也需将头部削尖,并焊缝密实,便于打管。灌浆钢花管和排水钢花管的每个开孔处都需要焊接一小块角钢板,构成孔前倒刺以及保护块,利于灌浆和排水,不让松散土质被压入钢花管内。
1.2.4 放线定位
坡面修正检查合格后,进行放线定锚孔位置。一般在土质边坡工程中,采用纵距为3m、横距为2m的压力注浆钢花管,由于该方法钢花管中有一部分是用于排水,并不灌浆,故边坡工程中的钢花管分布应当相应缩短间距,采用纵距为2.5m、横距为1.5m的梅花状排列。每一排钢花管采用灌浆钢花管和排水钢花管交错排列。整体布置看作灌浆钢花管沿斜线多排分布,也可看作四个排水钢花管沿斜线多排分布,每一斜排灌浆钢花管和排水钢花管交错有序,两种钢花管分布均匀,各自能充分发挥自己的加固作用,从而保证工程的质量。
1.2.5 打管
打管时需先打灌浆钢花管,利用压力锤击打管尾,将灌浆钢花管按设计角度打入指定贯入深度。打灌浆钢花管时需注意要先用轻锤以一定压力将管头部打入一定深度,约为0.5-1米左右,检查管头是否发生偏移,确定管头不发生偏移后再逐渐加大压力。打管入土时速度应均匀,连续施打,锤间间歇时间不要过长,一根管最好一气呵成。打管如发现落锤反弹过大,则表示管尖可能遇到障碍,需要换轻锤慢慢锤击,打过这一段,再换重锤。钢花管的尾部击锤处加一个弹性衬垫更好,使锤击施力更均匀,打管效果更好。如果打管完毕后发现钢花管打斜了,则对原钢花管不做特殊处理,而在原钢花管旁边再打一根,确保该处加固稳定。
1.2.6 压力灌浆
灌浆钢花管和排水钢花管打管质量验收完毕后,进行灌浆钢花管的压力灌浆。其中注浆泵要选用额定压力6MPa以上的可进浆压力的注浆泵,且泵上的压力表一定要安装正确,能正常显示准确读数。还要有额定压力为20MPa的高压注浆胶管若干米,洗孔用的喷水头及搅拌池等设备。灌浆前先要对管壁进行洗壁注浆,对钢花管内壁进行低浓度水泥浆清洗,当管口冒浆浓度与注浆浓度差不多时,则停止洗壁。然后用带喷头的洗孔水管插入到钢花管底部,用高压水边冲洗边上提,冲洗留在钢花管内的水泥浆,以疏通出浆孔。清洗完毕后开始正式灌浆,灌浆分多次,灌浆压力依次提高,初始压力一般控制在0.5MPa左右,每注完一定量(大约10 kg/m)的水泥浆,需要休息片刻,然后继续灌注。一般注5次左右,水泥用量约水泥用量约200kg/m左右,每次灌注完需要休息半小时左右,再用压力水冲洗管壁,再进行下依次灌浆。
灌浆顺序一般采用间隔灌注,但由于本设计中每两根灌浆钢花管中均有一根排水钢花管,所以依次灌注即可。
排水钢花管虽然不用灌浆,但也需要清洗管内壁,用带喷头的洗孔水管插入到排水钢花管底部,用高压水边冲洗边上提,排出打管时进入管内的杂质,并起到清洗排水孔的作用,利于排水。在施工过程中还需将在边坡底部修一条排水明沟将边坡上流下的水排入指定集水坑。
1.2.7 挂网和喷浆
钢花管全部施工完毕并验收通过后,进行边坡表面的挂网和喷浆。用Φ6的钢筋编成@250 mm×250mm 的网片,并通过插入土中的钢筋固定,并用加固钢筋与钢花管焊接固定,布满整个边坡。然后用C20 细石混凝土垂直于坡面自下而上喷射,喷射厚度不小于80 mm,其中保护层厚度不小于20 mm。 2 施工监测措施
采用全站仪和水准仪联合观测的方法,在坡脚、坡顶埋置足够的控制点和水准点,进行现场监测。监测内容主要包括坡顶水平移位、垂直位移和坡顶土体变形以及边坡各部分的倾斜变形等。每完成一道工序都必须确定土体变形具体数据后再进行下一部。喷射的水泥浆和混凝土必须做抗压强度,确保水泥浆和混凝土的质量,外部喷射完混凝土后要进行外观检查,确保无漏喷、离鼓、钢筋网外露等现象。施工结束后,要对边坡进行长期的安全
看作灌浆钢花管沿斜线多排分布,也可看作四个排水钢花管沿斜线多排分布,每一斜排灌浆钢花管和排水钢花管交错有序,两种钢花管分布均匀,各自能充分发挥自己的加固作用,从而保证工程的质量。
1.2.5 打管
打管时需先打灌浆钢花管,利用压力锤击打管尾,将灌浆钢花管按设计角度打入指定贯入深度。打灌浆钢花管时需注意要先用轻锤以一定压力将管头部打入一定深度,约为0.5-1米左右,检查管头是否发生偏移,确定管头不发生偏移后再逐渐加大压力。打管入土时速度应均匀,连续施打,锤间间歇时间不要过长,一根管最好一气呵成。打管如发现落锤反弹过大,则表示管尖可能遇到障碍,需要换轻锤慢慢锤击,打过这一段,再换重锤。钢花管的尾部击锤处加一个弹性衬垫更好,使锤击施力更均匀,打管效果更好。如果打管完毕后发现钢花管打斜了,则对原钢花管不做特殊处理,而在原钢花管旁边再打一根,确保该处加固稳定。
1.2.6 压力灌浆
灌浆钢花管和排水钢花管打管质量验收完毕后,进行灌浆钢花管的压力灌浆。其中注浆泵要选用额定压力6MPa以上的可进浆压力的注浆泵,且泵上的压力表一定要安装正确,能正常显示准确读数。还要有额定压力为20MPa的高压注浆胶管若干米,洗孔用的喷水头及搅拌池等设备。灌浆前先要对管壁进行洗壁注浆,对钢花管内壁进行低浓度水泥浆清洗,当管口冒浆浓度与注浆浓度差不多时,则停止洗壁。然后用带喷头的洗孔水管插入到钢花管底部,用高压水边冲洗边上提,冲洗留在钢花管内的水泥浆,以疏通出浆孔。清洗完毕后开始正式灌浆,灌浆分多次,灌浆压力依次提高,初始压力一般控制在0.5MPa左右,每注完一定量(大约10 kg/m)的水泥浆,需要休息片刻,然后继续灌注。一般注5次左右,水泥用量约水泥用量约200kg/m左右,每次灌注完需要休息半小时左右,再用压力水冲洗管壁,再进行下依次灌浆。
灌浆顺序一般采用间隔灌注,但由于本设计中每两根灌浆钢花管中均有一根排水钢花管,所以依次灌注即可。
排水钢花管虽然不用灌浆,但也需要清洗管内壁,用带喷头的洗孔水管插入到排水钢花管底部,用高压水边冲洗边上提,排出打管时进入管内的杂质,并起到清洗排水孔的作用,利于排水。在施工过程中还需将在边坡底部修一条排水明沟将边坡上流下的水排入指定集水坑。
1.2.7 挂网和喷浆
钢花管全部施工完毕并验收通过后,进行边坡表面的挂网和喷浆。用Φ6的钢筋编成@250 mm×250mm 的网片,并通过插入土中的钢筋固定,并用加固钢筋与钢花管焊接固定,布满整个边坡。然后用C20 细石混凝土垂直于坡面自下而上喷射,喷射厚度不小于80 mm,其中保护层厚度不小于20 mm。 2 施工监测措施
采用全站仪和水准仪联合观测的方法,在坡脚、坡顶埋置足够的控制点和水准点,进行现场监测。监测内容主要包括坡顶水平移位、垂直位移和坡顶土体变形以及边坡各部分的倾斜变形等。每完成一道工序都必须确定土体变形具体数据后再进行下一部。喷射的水泥浆和混凝土必须做抗压强度,确保水泥浆和混凝土的质量,外部喷射完混凝土后要进行外观检查,确保无漏喷、离鼓、钢筋网外露等现象。施工结束后,要对边坡进行长期的安全下载本文
