CN104727319B - 一种边坡自排水锚杆及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种边坡自排水锚杆及施工方法，自排水锚杆包括中空锚管、锚具、垫板和虹吸管；中空锚管一端开口、一端封闭，外围包裹滤网、开口端设螺纹、中后部开设透水孔、后段与出浆管垂直连接，出浆管端部套有袖阀和土工袋，出浆管两侧用抱箍将土工袋夹持固定在中空锚管上；中空锚管下倾斜放置于坡体内，保持中空锚管的管口与管底相对高差小于7m，浆体在土工袋内凝固锚固于稳定土体内，锚具将中空锚管前段锚固于垫板上；虹吸管的吸水管插入中空锚管内并伸至底部，在坡面通过接头弯管与排水管和平衡出水器连接，吸水管的进水口和平衡出水器出水口高程相同。本发明结构简单，能同时实现锚固与排水，并具有良好效果，施工简便，造价低廉。

Description

一种边坡自排水锚杆及施工方法

技术领域

本发明属于岩土锚固工程技术领域，具体涉及一种边坡自排水锚杆及施工方法。

背景技术

边坡是自然或人工形成的斜坡,是人类工程活动中最基本的地质环境之一,也是工程建设最常见的工程形式。作为全球性三大地质灾害(地震、洪水、滑坡崩塌泥石流)之一的边坡失稳滑塌严重危及到国家财产和人们的安全。降雨入渗和地下水位上升使得坡体抗剪强度较低、下滑力增大，是诱发滑坡的主要因素之一。因此，支档和排水是防治失稳滑塌的主要措施。

目前，支档和排水加固坡体的主要方法有:（1）锚杆与排水分离法，相应结构形式为：锚杆加固坡体，坡面布设排水沟、截水沟和地下采用盲沟、集水井、排水孔等。这种方法组合形式多样，但存在的主要问题为:（a）坡面排水措施对坡体环境要求较高，许多边坡受地形条件限制，导致难以保证排水措施的有效性;（b）地下排水盲沟、排水孔建设，集水井抽水费用居高不下，施工难度大；（c）锚固与排水不能一体化，结构功能单一，不能满足工程要求。（2）锚杆与排水一体化法，结构形式为：锚杆与排水通道集合于一体，如：申请号为201020521134.5的专利公开了一种排水锚杆，杆体的中部装有透水套筒，利用带滤布的透水套筒，可以有效地将岩土体中的水排出；申请号为201110119283.8的专利公开了一种排水锚杆及既有边坡挡护工程修复加固构造，通过连接构件形成轴向可拆卸对接的排水管和锚固管的排水锚杆；申请号为201310383960.6公开了一种排水锚杆，通过锚索外套有土工袋，土工袋内和土工袋外分别浇筑有不透水混凝土和透水混凝土，达到了排水和锚固功能。方法（2）所述的这几种锚杆均是由锚头至锚杆底端向上倾斜，水分在重力作用下沿排水通道排出，同时具备锚固和排水功能，构造形式简单，排水效果较好，施工简单，工程造价低，然而边坡失稳是滑动土体沿滑移面向下滑移，锚杆向上倾斜时锚固力方向与滑移面法向夹角大，锚固力沿滑面法向的分力小，故抗滑力较小，为了保证安全性，只能增大锚固体直径和锚杆长度，这样既不经济，又不安全。另外由于水分沿锚杆倾斜方向向外排出，产生渗透力促进滑动。而锚杆向下倾斜锚固力与滑移面法向夹角小，锚固力沿滑面法向的分力大，明显增加滑动土体与稳定土体之间的法向正应力，锚杆向下倾斜抗滑力显著增大。因此，锚杆向上倾斜不能将其优势充分发挥，锚固效果没有向下倾斜好。由此可知，现有的锚杆与排水一体化加固坡体的方法是利用重力作用将表层水排出，不能将坡体内深部水排出，同时水分渗流促进滑动，而且锚杆的锚固效果不能充分发挥。

虹吸技术是一种利用液面高度差的作用力，在管内产生负压将水从高位管口吸入，产生一定扬程，从低位管口排出，具有无动力和流动过程由液位变化自动控制的物理特性，已在水利、农田灌溉、边坡排水中得到广泛应用。如申请号为201110147021.2的专利公开了一种边坡倾斜钻孔自平衡虹吸排水方法，虹吸管一端通过下倾斜孔进入边坡的深部，一端设定在坡面位置，当地下水位上升时，通过虹吸管将坡体内部水排出到坡外。然而虹吸技术只能排水不能锚固，并且在坡面位置虹吸管弯折严重，造成局部水头损失急剧增加，影响排水效果。本发明首先结合现有锚固技术和虹吸技术的优点，并解决了集合时存在的技术难题，提出一种新型边坡自排水锚杆及施工方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种同时具有锚固和排水功能的边坡自排水锚杆及施工方法。

本发明是一种边坡自排水锚杆及施工方法，一种边坡自排水锚杆，包括中空锚管1、锚具15、垫板16和虹吸管；中空锚管1的一端开口、一端封闭，外围包裹滤网2、开口端设螺纹3、中后部开设透水孔4、后段与出浆管5垂直连接，出浆管5的端部套有袖阀6和土工袋7，土工袋7内的纤维绳8绑扎在中空锚管1上，出浆管5的两侧用抱箍9将土工袋7夹持固定在中空锚管1上；虹吸管由吸水管10通过接头弯管11与排水管12的一端连接，排水管12的另一端与平衡出水器13连接构成；中空锚管1下倾斜放置于坡体内，保持中空锚管1的管口与管底有一相对高差，注浆管17向中空锚管1内压力注浆，浆体14在土工袋7内凝固锚固于稳定土体内，锚具15将中空锚管1前段锚固于垫板16上；虹吸管的吸水管10插入中空锚管1内并伸至底部，在坡面通过接头弯管11与排水管12和平衡出水器13连接，使吸水管10的进水口和平衡出水器13出水口高程相同；在中空锚管1内注水，用抽气机从平衡出水器13抽气、使水流入平衡出水器13，启动初始虹吸；中空锚管1内水位上升时，实时排水。

本发明的一种边坡自排水锚杆的施工方法，其步骤为：

（1）调查分析边坡21地质条件，水文气象条件，了解边坡21地表和地下水的补给、径流和排泄方式，进行工程地质勘探和设计，分析确定滑坡的潜在滑动面20位置；

（2）制作中空锚管1：根据步骤（1）确定中空锚管1的长度，土工袋7的个数；钢管前端加工螺纹3，后端用实体封闭，钢管后段间隔0.8～1.2m钻孔，并垂直焊接出浆管5；在管壁上半圆面开设孔径为5~10mm的透水孔4，出浆管5的左右0.1~0.15m范围内和钢管封闭端与相邻一个出浆管5之间不开设透水孔4；钢管内外壁面喷刷防腐漆，出浆管5上先套袖阀6，纤维绳8绑扎在钢管上，出浆管5两侧再用抱箍9将土工袋7固定于钢管上，钢管外围包裹2~3层滤网2；

（3）钻孔：根据工程设计深度和角度，在边坡21上钻孔；

（4）安装自排水锚杆：（a）将中空锚管1安置在坡面的孔内，且透水孔4的半圆面朝上，用注浆管17进行分段注浆，每段注浆长度为注浆步距，注浆步距与中空锚管1上的出浆管5间距相同，即步距为0.8~1.2m，注浆压力根据不同的地层状况确定；注浆过程，每次同时进行同一横截面的两个袖阀6注浆，从中空锚管1底端依次向前端注浆，每完成一次注浆，向上移动注浆管17一个步距长度；注浆完成后，在中空锚管1前段套上垫板16，张拉中空锚管1，用锚具15锚固在垫板16上；并在中空锚管1前端安装一中心开孔的圆形防护网；（b）根据中空锚管1底端的高程确定平衡出水器13的出水口高程，在坡面施工平衡出水器13安放台座；平衡出水器13安置在台座上，并与排水管12密封连接；将吸水管10穿过防护网中心孔进入中空锚管1底端，用接头弯管11将排水管12与吸水管10连接，形成虹吸管；

（5）实现初始虹吸过程：中空锚管1内注入一定量的水，平衡出水器13外接抽气机，抽气水通过吸水管10到排水管12，再进入平衡出水器13，启动初始虹吸，停止抽气。

本发明的有益效果是：本发明集合锚固技术和虹吸排水技术于一体形成中边坡自排水锚杆，解决了锚固与排水同时实现的尖锐矛盾，提升滑坡的治理水平。主要优点为：（1）橡皮袖阀和土工袋实现了注浆锚固，而且不影响排水。注浆管向中空锚管内压力注浆时，让浆液通过橡皮袖阀进入土工袋内，土工袋内的水和颗粒难以进入中空锚管内，达到注浆的单向阀作用；注浆结束，在止浆塞的作用下，中空锚管内不残留浆液，干净不影响排水；土工袋将浆体包裹，既实现了锚固，又避免浆液四处流动和封堵透水孔。（2）中空锚管一端封闭，管壁上半圆面开设透水孔，坡面降雨入渗坡体中的水分通过透水孔沿下管壁流入中空锚管底端，而且地下水位上升时，边坡深部水分渗过透水孔也能进入中空锚管储水段。（3）虹吸管无需任何外部动力，也无需经常性管理维护，可以自动高效地将坡面和坡体深部水分排出，能控制边坡地下水位在安全水位面以下；接头弯管弯折角度大，减轻了虹吸排水时的局部水头损失。（4）滤网能够防止透水孔被土体阻塞，防腐漆能够避免中空锚管锈蚀而失去锚固功能。（5）结构简单，功能强大，施工方法简便，既有良好的锚固效果，又有稳定的排水性能，适应性强，造价低廉。

附图说明

图1是本发明自排水锚杆的示意图，图2是图1中的中空锚管的示意图，图3是本发明施工注浆过程的示意图，图4是本发明在边坡支护工程中实施的示意图。

附图标记说明：中空锚管1、滤网2、螺纹3、透水孔4、出浆管5、袖阀6、土工袋7、纤维绳8、抱箍9、吸水管10、接头弯管11、排水管12、平衡出水器13、浆体14、锚具15、垫板16、注浆管17、止浆塞18、注浆花管19、潜在滑动面20、边坡21、控制水位22。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明特征作更进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。在阅读本发明后，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进均应包含于本发明的保护范围以内。

如图1、2、3、4所示，本发明是一种边坡自排水锚杆及施工方法，自排水锚杆包括中空锚管1、锚具15、垫板16和虹吸管；中空锚管1一端开口、一端封闭，外围包裹滤网2、开口端设螺纹3、中后部开设透水孔4、后段与出浆管5垂直连接，出浆管5端部套有袖阀6和土工袋7，土工袋7内的纤维绳8绑扎在中空锚管1上，出浆管5两侧用抱箍9将土工袋7夹持固定在中空锚管1上；虹吸管由吸水管10通过接头弯管11与排水管12的一端连接，排水管12的另一端与平衡出水器13连接构成；中空锚管1下倾斜放置于坡体内，保持中空锚管1的管口与管底有一相对高差，注浆管17向中空锚管1内压力注浆，浆体14在土工袋7内凝固锚固于稳定土体内，锚具15将中空锚管1前段锚固于垫板16上；虹吸管的吸水管10插入中空锚管1内并伸至底部，在坡面通过接头弯管11与排水管12和平衡出水器13连接，使吸水管10的进水口和平衡出水器13出水口高程相同；在中空锚管1内注水，用抽气机从平衡出水器13抽气、使水流入平衡出水器13，启动初始虹吸；中空锚管1内水位上升时，实时排水。

如图1、2、3所示，中空锚管1内外涂刷防腐漆，防止长期锈蚀、老化，直径60~80mm；滤网2为密目纱布或塑料网，防止土颗粒堵塞透水孔4。

如图1、2、3所示，透水孔4是间隔开设在中空锚管1的管壁上半圆面，并在出浆管5的左右0.1~0.15m之内不开设透水孔4，中空锚管1封闭端与相邻一个出浆管5之间也不开设透水孔4，透水孔4直径为5~10mm；坡体水分通过透水孔4进入中空锚管1内，并沿壁面流至底端封闭处。

如图1、2、4所示，出浆管5在中空锚管1的同一横截面上对称布置，出浆管5在中空锚管1轴向间距为0.8～1.2m，出浆管5直径为10～15mm。

如图3所示，注浆管17上设置有两个止浆塞18和注浆花管19，注浆花管19长度为0.1~0.15m；仅针对有出浆管5的位置注浆，不会影响其余位置，且注浆完毕，不会在中空锚管1内残留浆体14。

如图1、4所示，吸水管10、排水管12内径≤6mm；接头弯管11的弯折角度为120°~150°。

如图1所示，中空锚管1的管口与管底的相对高差小于7m。

如图1所示，袖阀6为橡皮袖阀。

如图1、2、3、4所示，本发明一种边坡自排水锚杆的施工方法，其步骤为：

（1）调查分析边坡21地质条件，水文气象条件，了解边坡21地表和地下水的补给、径流和排泄方式，进行工程地质勘探和设计，分析确定滑坡的潜在滑动面20位置；

（2）制作中空锚管1：根据步骤（1）确定中空锚管1的长度，土工袋7的个数；钢管前端加工螺纹3，后端用实体封闭，钢管后段间隔0.8～1.2m钻孔，并垂直焊接出浆管5；在管壁上半圆面开设孔径为5~10mm的透水孔4，出浆管5的左右0.1~0.15m范围内和钢管封闭端与相邻一个出浆管5之间不开设透水孔4；钢管内外壁面喷刷防腐漆，出浆管5上先套袖阀6，纤维绳8绑扎在钢管上，出浆管5两侧再用抱箍9将土工袋7固定于钢管上，钢管外围包裹2~3层滤网2；

（3）钻孔：根据工程设计深度和角度，在边坡21上钻孔；

（4）安装自排水锚杆：（a）将中空锚管1安置在坡面的孔内，且透水孔4的半圆面朝上，用注浆管17进行分段注浆，每段注浆长度为注浆步距，注浆步距与中空锚管1上的出浆管5间距相同，即步距为0.8~1.2m，注浆压力根据不同的地层状况确定；注浆过程，每次同时进行同一横截面的两个袖阀6注浆，从中空锚管1底端依次向前端注浆，每完成一次注浆，向上移动注浆管17一个步距长度；注浆完成后，在中空锚管1前段套上垫板16，张拉中空锚管1，用锚具15锚固在垫板16上；并在中空锚管1前端安装一中心开孔的圆形防护网；（b）根据中空锚管1底端的高程确定平衡出水器13的出水口高程，在坡面施工平衡出水器13安放台座；平衡出水器13安置在台座上，并与排水管12密封连接；将吸水管10穿过防护网中心孔进入中空锚管1底端，用接头弯管11将排水管12与吸水管10连接，形成虹吸管；

（5）实现初始虹吸过程：中空锚管1内注入一定量的水，平衡出水器13外接抽气机，抽气水通过吸水管10到排水管12，再进入平衡出水器13，启动初始虹吸，停止抽气。

本发明坡体内水分的流动及控制过程：当边坡21表层土体含量水升高或深部地下水位上升时，水流过透水孔4进入中空锚管1内，并沿壁面流至底端封闭处，待中空锚管1内的水位高于平衡出水器13的出水口时，虹吸过程发生，利用虹吸原理排出积聚在中空锚管1内的水，实现中空锚管1内的水位下降，逐渐将边坡21中水排出坡外，直到中空锚管1内的水位与平衡出水器13的出水口水位相同，达到目标设定的控制水位22，虹吸过程暂时停止；此时平衡出水器13和中空锚管1内均保留有稳定水位，下一次降雨或其他因素使边坡21内水分增加时，重复上述过程，中空锚管1内水位上升后，虹吸过程再次重复，使中空锚管1内始终处于较低的水位状态。

Claims (9)

1.一种边坡自排水锚杆，其特征在于：该锚杆包括中空锚管（1）、锚具（15）、垫板（16）和虹吸管；中空锚管（1）的一端开口、一端封闭，外围包裹滤网（2）、开口端设螺纹（3）、中后部开设透水孔（4）、后段与出浆管（5）垂直连接，出浆管（5）的端部套有袖阀（6）和土工袋（7），土工袋（7）内的纤维绳（8）绑扎在中空锚管（1）上，出浆管（5）的两侧用抱箍（9）将土工袋（7）夹持固定在中空锚管（1）上；虹吸管由吸水管（10）通过接头弯管（11）与排水管（12）的一端连接，排水管（12）的另一端与平衡出水器（13）连接构成；中空锚管（1）下倾斜放置于坡体内，保持中空锚管（1）的管口与管底有一相对高差，注浆管（17）向中空锚管（1）内压力注浆，浆体（14）在土工袋（7）内凝固锚固于稳定土体内，锚具（15）将中空锚管（1）前段锚固于垫板（16）上；虹吸管的吸水管（10）插入中空锚管（1）内并伸至底部，在坡面通过接头弯管（11）与排水管（12）和平衡出水器（13）连接，使吸水管（10）的进水口和平衡出水器（13）出水口高程相同；在中空锚管（1）内注水，用抽气机从平衡出水器（13）抽气、使水流入平衡出水器（13），启动初始虹吸；中空锚管（1）内水位上升时，实时排水。

2.根据权利要求1所述的边坡自排水锚杆，其特征在于：中空锚管（1）内外涂刷防腐漆；滤网（2）为密目纱布或塑料网。

3.根据权利要求1所述的边坡自排水锚杆，其特征在于：透水孔（4）是间隔开设在中空锚管（1）的管壁上半圆面，并在出浆管（5）的左右0.1~0.15m之内不开设透水孔（4），中空锚管（1）封闭端与相邻一个出浆管（5）之间也不开设透水孔（4），透水孔（4）直径为5~10mm。

4.根据权利要求1所述的边坡自排水锚杆，其特征在于：出浆管（5）在中空锚管（1）的同一横截面上对称布置，出浆管（5）在中空锚管（1）轴向间距为0.8～1.2m，出浆管（5）直径为10～15mm。

5.根据权利要求1所述的边坡自排水锚杆，其特征在于：注浆管（17）上设置有两个止浆塞（18）和注浆花管（19），注浆花管（19）长度为0.1~0.15m。

6.根据权利要求1所述的边坡自排水锚杆，其特征在于：吸水管（10）、排水管（12）内径≤6mm；接头弯管（11）的弯折角度为120°~150°。

7.根据权利要求1所述的边坡自排水锚杆，其特征在于：中空锚管（1）的管口与管底的相对高差小于7m。

8.根据权利要求1所述的边坡自排水锚杆，其特征在于：袖阀（6）为橡皮袖阀。

9.边坡自排水锚杆的施工方法，其步骤为：

（1）调查分析边坡（21）地质条件，水文气象条件，了解边坡（21）地表和地下水的补给、径流和排泄方式，进行工程地质勘探和设计，分析确定滑坡的潜在滑动面（20）位置；

（2）制作中空锚管（1）：根据步骤（1）确定中空锚管（1）的长度，土工袋（7）的个数；钢管前端加工螺纹（3），后端用实体封闭，钢管后段间隔0.8～1.2m钻孔，并垂直焊接出浆管（5）；在管壁上半圆面开设孔径为5~10mm的透水孔（4），出浆管（5）的左右0.1~0.15m范围内和钢管封闭端与相邻一个出浆管（5）之间不开设透水孔（4）；钢管内外壁面喷刷防腐漆，出浆管（5）上先套袖阀（6），纤维绳（8）绑扎在钢管上，出浆管（5）两侧再用抱箍（9）将土工袋（7）固定于钢管上，钢管外围包裹2~3层滤网（2）；

（3）钻孔：根据工程设计深度和角度，在边坡（21）上钻孔；

（4）安装自排水锚杆：（a）将中空锚管（1）安置在坡面的孔内，且透水孔（4）的半圆面朝上，用注浆管（17）进行分段注浆，每段注浆长度为注浆步距，注浆步距与中空锚管（1）上的出浆管（5）间距相同，即步距为0.8~1.2m，注浆压力根据不同的地层状况确定；注浆过程，每次同时进行同一横截面的两个袖阀（6）注浆，从中空锚管（1）底端依次向前端注浆，每完成一次注浆，向上移动注浆管（17）一个步距长度；注浆完成后，在中空锚管（1）前段套上垫板（16），张拉中空锚管（1），用锚具（15）锚固在垫板（16）上；并在中空锚管（1）前端安装一中心开孔的圆形防护网；（b）根据中空锚管（1）底端的高程确定平衡出水器（13）的出水口高程，在坡面施工平衡出水器（13）安放台座；平衡出水器（13）安置在台座上，并与排水管（12）密封连接；将吸水管（10）穿过防护网中心孔进入中空锚管（1）底端，用接头弯管（11）将排水管（12）与吸水管（10）连接，形成虹吸管；

（5）实现初始虹吸过程：中空锚管（1）内注入一定量的水，平衡出水器（13）外接抽气机，抽气水通过吸水管（10）到排水管（12），再进入平衡出水器（13），启动初始虹吸，停止抽气。