本發(fā)明涉及水利水電工程領(lǐng)域，尤其涉及一種高陡土體變形邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)及施工方法。
背景技術(shù)：
土料場邊坡治理主要目的確保邊坡穩(wěn)定并為土料開采提供安全保障。高陡土料場邊坡一旦開采不當(dāng)，極易導(dǎo)致土體變形及破壞，從而影響土料開采，影響水電工程施工，甚至導(dǎo)致水電工程停工，如土石壩可能因無土料供應(yīng)導(dǎo)致大壩不能填筑。因此土料場邊坡治理不同于一般工程邊坡。土體工程邊坡出現(xiàn)變形時，采用清除、削坡減載、錨索錨固、甚至抗滑樁等常規(guī)措施進(jìn)行加固，這樣往往工期較長。而變形土料場邊坡由于料場開采需要，不允許邊坡治理工期較長，需要快速對邊坡進(jìn)行臨時治理，確保土料開采，然后再實(shí)施永久邊坡治理。變形邊坡臨時治理比較有效的方法為鋼管樁支護(hù)，但其理論計算不成熟，不能用于永久邊坡。因此迫切需要發(fā)明一種永久支護(hù)與臨時處理相結(jié)合的變形邊坡防治方法，做到既保證了土料場開采安全、變形邊坡臨時穩(wěn)定，又能確保土料場邊坡永久穩(wěn)定。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有變形邊坡防治技術(shù)工期較長，影響料場開采等不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種臨時處理與永久支護(hù)相結(jié)合的變形邊坡防治結(jié)構(gòu)和方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：高陡土體變形邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在土體變形范圍外部上方的鋼管樁，所述鋼管樁包括多個，且橫向均勻間隔布置，所述鋼管樁下方的土體，在進(jìn)行削坡減載后采用錨索框格梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固防護(hù)。
進(jìn)一步的是，所述鋼管樁進(jìn)入土體滑面或潛在滑面的長度大于滑面以上樁長的二分之一，并進(jìn)入穩(wěn)定地層。
進(jìn)一步的是，所述鋼管樁包括2～3排，布置于土體變形范圍外10～20m，鋼管樁直徑取130mm～168mm，鋼管壁厚5～10mm，鋼管樁間距0.5～2m。
進(jìn)一步的是，所述鋼管樁下方土體在按照邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.0～1.05的邊坡坡比從上至下進(jìn)行削坡減載后再進(jìn)行錨索框格梁加固，削坡高度不大于2倍鋼管樁長度。
高陡土體變形邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：
a、地質(zhì)勘察：對變形邊坡進(jìn)行地質(zhì)勘察，查明邊坡土體物質(zhì)組成，厚度及空間分布，各土層物理力學(xué)特性；
b、分析計算：根據(jù)變形現(xiàn)象，分析邊坡變形原因，變形機(jī)制，并對變形邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計算，分析邊坡穩(wěn)定性；
c、對邊坡進(jìn)行應(yīng)急處理：根據(jù)步驟b得出的結(jié)論，采用在土體變形范圍外打入鋼管樁鎖口方式防止變形擴(kuò)展，待邊坡穩(wěn)定后，對鋼管樁下面的變形土體進(jìn)行削坡減載；
d、對邊坡進(jìn)行永久處理：在步驟c的應(yīng)急處理后，對鋼管樁下方的邊坡采用錨索框格梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行永久支護(hù)。
進(jìn)一步的是，在步驟c中進(jìn)行鋼管樁鎖口操作時，鋼管樁進(jìn)入滑面或潛在滑面的長度大于滑面以上樁長的二分之一，并進(jìn)入穩(wěn)定地層，操作時根據(jù)步驟b中得出的結(jié)論來確定具體實(shí)施位置，鋼管樁應(yīng)布置于變形范圍外10～20m，鋼管樁直徑取130mm～168mm，鋼管壁厚5～10mm，鋼管樁間距0.5～2m，根據(jù)具體情況布置2～3排。
進(jìn)一步的是，鋼管樁布置完成后需要對土體進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在鋼管樁上方的土體中，當(dāng)監(jiān)測到土體還在變形時，對鋼管樁進(jìn)行加密或增加鋼管樁排數(shù)，直到不再變形時再進(jìn)行削坡減載。
進(jìn)一步的是，在對變形土體進(jìn)行去除時，按照邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.0～1.05的邊坡坡比從上至下進(jìn)行削坡減載，削坡高度不大于2倍鋼管樁長度。
進(jìn)一步的是，削坡減載操作完成及錨索框格梁支護(hù)完成后可對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測，如邊坡還在變形，則加密錨索框格梁支護(hù)，直到邊坡穩(wěn)定為止。
本發(fā)明的有益效果是：通過采用鋼管樁對變形邊坡進(jìn)行臨時擋護(hù)，然后進(jìn)行削坡減載，最后進(jìn)行錨索框格梁支護(hù)，本方法既可以快速臨時治理高陡土料場變形邊坡又能永久保證料場變形邊坡穩(wěn)定，適用于水電工程中高陡土料場變形邊坡治理，能確保土料場邊坡變形后土料開采基本不受影響，同時又為永久邊坡治理贏得寶貴時間，該方法施工方便，操作簡單，效果顯著，可以最大限度確保水電工程順利施工。
附圖說明
圖1是本發(fā)明邊坡治理施工示意圖。
圖中標(biāo)記為，1-母巖，2-基覆界線，3-變形土體，4-變形裂縫，5-地面線，6-鋼管樁，7-開挖線，8-錨索框格梁，9-監(jiān)測點(diǎn)，10-監(jiān)測點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
以下通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括設(shè)置在土體變形范圍外部上方的鋼管樁，所述鋼管樁包括多個，且橫向均勻間隔布置，所述鋼管樁下方的土體，在進(jìn)行削坡減載后采用錨索框格梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固防護(hù)。
進(jìn)一步的，所述鋼管樁進(jìn)入土體滑面或潛在滑面的長度大于滑面以上樁長的二分之一，并進(jìn)入穩(wěn)定地層，即鋼管樁6下端必須插入到母巖1中，目的是使鋼管樁6不會隨著土體的變形而移動，能夠穩(wěn)定有效的對土體進(jìn)行擋護(hù)。
在具體操作時應(yīng)根據(jù)之前分析計算得出的結(jié)論來確定鋼管樁的具體實(shí)施位置，鋼管樁應(yīng)布置于變形范圍外10～20m，鋼管樁直徑取130mm～168mm，鋼管壁厚5～10mm，鋼管樁間距0.5～2m，根據(jù)具體情況布置2～3排。鋼管樁6布置完成后需要對土體進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)9設(shè)置在鋼管樁上方的土體中，當(dāng)監(jiān)測到土體還在變形時，需對鋼管樁6進(jìn)行加密或增加鋼管樁排數(shù)，直到不再變形時再進(jìn)行削坡減載。因為利用鋼管樁支護(hù)的理論計算不成熟，不能保證一次施工后土體不再變形，需要進(jìn)行一段時間的檢測分析，只有上方的土體不再變形后才能對下方的土體進(jìn)行削坡處理。
在對變形土體進(jìn)行去除時，按照邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.0～1.05的邊坡坡比從上至下進(jìn)行削坡減載，削坡高度不大于2倍鋼管樁長度。在削坡時，如果去除的土體較多，也會影響鋼管樁和上方土體的穩(wěn)定性，經(jīng)過理論計算和試驗，再結(jié)合以往經(jīng)驗，按照邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.0～1.05的坡比進(jìn)行削坡，且削坡高度不大于2倍鋼管樁長度，這樣既可保證邊坡穩(wěn)定，又能得到足夠多的土料。
為了保險起見，削坡減載操作完成及錨索框格梁支護(hù)完成后可對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測，如邊坡還在變形，則加密錨索框格梁支護(hù)，直到邊坡穩(wěn)定為止。監(jiān)測點(diǎn)10可設(shè)置在削減后邊坡的中部位置，錨索框格梁8應(yīng)覆蓋住邊坡的邊緣和絕大部分面積，必要時可設(shè)置一些排水設(shè)施。
高陡土體變形邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：
a、地質(zhì)勘察：對變形邊坡進(jìn)行地質(zhì)勘察，查明邊坡土體物質(zhì)組成，厚度及空間分布，各土層物理力學(xué)特性；
b、分析計算：根據(jù)變形現(xiàn)象，分析邊坡變形原因，變形機(jī)制，并對變形邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計算，分析邊坡穩(wěn)定性；
c、對邊坡進(jìn)行應(yīng)急處理：根據(jù)步驟b得出的結(jié)論，采用在土體變形范圍外打入鋼管樁鎖口方式防止變形擴(kuò)展，待邊坡穩(wěn)定后，對鋼管樁下面的變形土體進(jìn)行削坡減載；
d、對邊坡進(jìn)行永久處理：在步驟c的應(yīng)急處理后，對鋼管樁下方的邊坡采用錨索框格梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行永久支護(hù)。
如圖1所示，在對變形邊坡進(jìn)行地質(zhì)勘察時，需要繪制出土體的具體結(jié)構(gòu)信息，包括母巖1、基覆界線2、變形土體3、變形裂縫4、地面線5等，并對方量大小、摩擦力、穩(wěn)定性等進(jìn)行計算。隨后分析邊坡變形原因，一般情況都是由于下部切腳開采導(dǎo)致料場邊坡變形，如果不對邊坡進(jìn)行及時防護(hù)，容易導(dǎo)致山體滑坡等重大事故。為了快速防止變形擴(kuò)展，在變形土體范圍外的上方打入鋼管樁6，鋼管樁6承受住上方土體向下的壓力，使上方土體不再繼續(xù)滑動變形，然后便可以對鋼管樁6下方的土體進(jìn)行削坡減載，在削坡前需要確定開挖線7的位置，削坡處理既得到了工程需要的土料，又能減少邊坡負(fù)載，使邊坡穩(wěn)定。最后為確保邊坡永久穩(wěn)定及防止邊坡長期受雨水沖刷繼續(xù)變形，對邊坡采用錨索框格梁8進(jìn)行永久支護(hù)，最終形成鋼管樁6加錨索框格梁8聯(lián)合支護(hù)的結(jié)構(gòu)形式。
進(jìn)一步的，在步驟c中進(jìn)行鋼管樁鎖口操作時，鋼管樁6進(jìn)入滑面或潛在滑面的長度大于滑面以上樁長的二分之一，并進(jìn)入穩(wěn)定地層，即鋼管樁6下端必須插入到母巖1中，目的是使鋼管樁6不會隨著土體的變形而移動，能夠穩(wěn)定有效的對土體進(jìn)行擋護(hù)。操作時應(yīng)根據(jù)步驟b中得出的結(jié)論來確定具體實(shí)施位置，鋼管樁應(yīng)布置于變形范圍外10～20m，鋼管樁直徑取130mm～168mm，鋼管壁厚5～10mm，鋼管樁間距0.5～2m，根據(jù)具體情況布置2～3排。
鋼管樁6布置完成后需要對土體進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)9設(shè)置在鋼管樁上方的土體中，當(dāng)監(jiān)測到土體還在變形時，對鋼管樁6進(jìn)行加密或增加鋼管樁排數(shù)，直到不再變形時再進(jìn)行削坡減載。因為利用鋼管樁支護(hù)的理論計算不成熟，不能保證一次施工后土體不再變形，需要進(jìn)行一段時間的檢測分析，只有上方的土體不再變形后才能對下方的土體進(jìn)行削坡處理。
在對變形土體進(jìn)行去除時，按照邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.0～1.05的邊坡坡比從上至下進(jìn)行削坡減載，削坡高度不大于2倍鋼管樁長度。在削坡時，如果去除的土體較多，也會影響鋼管樁和上方土體的穩(wěn)定性，經(jīng)過理論計算和試驗，再結(jié)合以往經(jīng)驗，按照邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.0～1.05的坡比進(jìn)行削坡，且削坡高度不大于2倍鋼管樁長度，這樣既可保證邊坡穩(wěn)定，又能得到足夠多的土料。
為了保險起見，削坡減載操作完成及錨索框格梁支護(hù)完成后可對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測，如邊坡還在變形，則加密錨索框格梁支護(hù)，直到邊坡穩(wěn)定為止。監(jiān)測點(diǎn)10可設(shè)置在削減后邊坡的中部位置，錨索框格梁8應(yīng)覆蓋住邊坡的邊緣和絕大部分面積，必要時可設(shè)置一些排水設(shè)施。
實(shí)施例：
長河壩水電站湯壩土料場坡高400余米，坡度較陡，達(dá)30～40°，由于下部切腳開采，導(dǎo)致開口線附近出現(xiàn)變形，并迅速擴(kuò)展到開口線以上120m高，滑坡邊界近貫通，嚴(yán)重影響下方土料開采安全，影響大壩填筑。出現(xiàn)變形后立即進(jìn)行地質(zhì)勘察，查明邊坡土體物質(zhì)組成，厚度及空間分布，各土層物理力學(xué)特性。調(diào)查了變形現(xiàn)象，查明了料場邊坡變形范圍，分析了變形原因和變形機(jī)制，認(rèn)為土料場邊坡變形是由于下部土料切腳開采，導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)牽引式變形，隨著下部料場開采不斷進(jìn)行，上部土體邊坡不斷被牽引變形，最后滑坡邊界近貫通。因此邊坡應(yīng)急處理首先要控制變形邊坡不被向上擴(kuò)展，同時停止下部土體切腳開采，在變形邊界范圍外10m處快速施打2排鋼管樁，樁徑168mm，鋼管壁厚10mm，間排距1.5m，深度30m并進(jìn)入穩(wěn)定基巖。施打鋼管樁后，經(jīng)監(jiān)測確認(rèn)鋼管樁及以上邊坡無變形時，立即實(shí)施削坡減載。實(shí)施前立即對變形邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計算，采用不考慮鋼管樁情況下臨時穩(wěn)定坡比進(jìn)行削坡減載，經(jīng)計算，湯壩土料場采用1：1.2坡比，在坡高50m情況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.0。在削坡減載過程中同步在已開挖邊坡上實(shí)施錨索加框格梁支護(hù)。實(shí)施鋼管樁+錨索+框格梁綜合防治后，高陡土料場邊坡變形得以控制及防治，基本未影響料場開采及大壩填筑，并確保了施工安全。目前長河壩水電站大壩已填筑完畢，料場在變形情況下順利開采610萬m3土料，該項技術(shù)為大壩填筑順利進(jìn)行提供了強(qiáng)大技術(shù)支撐。
本申請采用高陡土料場變形邊坡綜合防治技術(shù)科學(xué)合理，簡便易行，既可以快速臨時治理高陡土料場變形邊坡又能永久保證料場變形邊坡穩(wěn)定的綜合防治技術(shù)，能確保土料場邊坡變形后土料開采基本不受影響，同時又為永久邊坡治理贏得寶貴時間。該方法施工方便，操作簡單，效果顯著，可以最大限度確保水電工程順利施工。