巖質邊坡破裂面置換治理方法與流程
本發明涉及一種高陡巖質邊坡破裂面置換治理方法，屬于山區公路、國防洞庫道路、城市人行通道地質災害、邊坡防治及病害結構加固領域。
背景技術：
我國是一個多山的國家，山地丘陵占國土總面積的2/3以上，是世界上高陡巖質邊坡災害最為發育的國家之一，尤其是四川、重慶、青海、西藏、甘肅等西部地區，交通干線、礦山及城鎮區域內存在數百萬個具有嚴重安全隱患的高陡巖質邊坡，其破裂面的形成和貫穿是高陡巖質邊坡破壞的根本原因。
高陡巖質邊坡往往發育于峽谷地帶，受河流地質歷史的沖刷作用，在河谷兩側發育高陡巖質邊坡，并經卸荷風化作用，在邊坡后緣產生近于直立的后緣破裂面，而治理該類邊坡的關鍵在于破裂面強度參數的改善。目前，高陡巖質邊坡治理技術尚未成熟，尤其是破裂面的整治技術仍是薄弱環節。迄今已研發的注漿、支撐、錨固、清除、格構錨索等高陡巖質邊坡防治技術均依托破裂面進行，而針對性較強的技術僅有注漿方法。注漿是在結構面附近打孔，然后注入水泥砂漿的一種破裂面治理技術。
隨著工程技術的發展，注漿技術問題凸顯，主要表現在三個方面，一是結構面難以獲取精確位置，通常采用多打孔的方法進行，破壞了巖體的整體性，加劇了邊坡的危險性；二是多數結構面為封閉結構面，并且結構面細小，現有的水泥砂漿難以注入其中；三是漏漿問題，現場工程發現，多數結構面具有深、寬、延伸較遠的特點，水泥砂漿注入其中往往流入其他結構面內，起不到注漿加固結構面的效果。因此，針對高陡巖質邊坡破裂面的整治技術尚不成熟，技術方面仍較落后。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服現有技術存在的上述問題，提供一種巖質邊坡破裂面置換治理方法。采用本發明能夠增大高陡邊坡穩定性，具有施工周期短、經濟投入小、加固效果顯著、環保等特點，且具有防災減災屬性。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：
一種巖質邊坡破裂面置換治理方法，其特征在于：采用打孔方式取出邊坡破裂面內的軟化夾層，并置換為強度參數較高的水泥砂漿。
所述方法具體包括如下步驟：
a、針對具體的巖質邊坡，通過現場勘查確定邊坡破裂面深度l、邊坡破裂面面積s、邊坡破裂面最大寬度和破裂面傾角β，邊坡破裂面深度l即為鉆孔深度l，破裂面傾角β即為鉆孔傾角β，并且破裂面抗剪強度參數、水泥砂漿抗剪強度參數已知；
b、根據巖質邊坡防護等級確定安全系數fs，計算等效內摩擦角φs與等效粘結力cs之間的關系，并按照等效內摩擦角φs和等效粘結力cs在破裂面抗剪強度參數和水泥砂漿抗剪強度參數之間選取的原則，確定最終的等效內摩擦角φs與等效粘結力cs；
c、通過確定的等效內摩擦角φs和等效粘結力cs，結合破裂面抗剪強度參數和水泥砂漿抗剪強度參數，計算邊坡破裂面置換率n，并由邊坡破裂面面積s，得到邊坡置換面積ns；
d、按照1.2~1.5倍邊坡破裂面最大寬度選取合適的鉆孔直徑d，結合邊坡置換面積ns、邊坡破裂面深度l，計算鉆孔數量n；
e、由邊坡破裂面面積s、邊坡破裂面置換率n、鉆孔數量n、邊坡破裂面深度l和鉆孔直徑d，確定鉆孔間距a；
f、根據邊坡置換面積ns、鉆孔深度l、鉆孔傾角β、鉆孔數量n、鉆孔直徑d和鉆孔間距a，打孔取出邊坡破裂面內的軟化夾層并置換為強度參數較高的水泥砂漿。
所述步驟a中，破裂面抗剪強度參數包括破裂面粘結力c0和破裂面內摩擦角φ0，水泥砂漿抗剪強度參數包括水泥砂漿粘結力c1和水泥砂漿內摩擦角φ1。
所述步驟b中，等效內摩擦角φs與等效粘結力cs之間的關系通過下式確定：
其中，fs為安全系數，由邊坡安全等級確定；g為邊坡重力，單位kn；β為邊坡破裂面傾角，單位°；φs為等效內摩擦角，單位°；cs為等效粘結力，單位kpa。
所述步驟b中，將等效內摩擦角φs在破裂面內摩擦角φ0和水泥砂漿內摩擦角φ1之間任意選取后，通過式（1）計算得出等效粘結力cs。
所述步驟b中，將等效粘結力cs在破裂面粘結力c0和水泥砂漿粘結力c1之間任意選取后，通過式（1）計算得出等效內摩擦角φs。
所述步驟c中，置換率n由下式計算：
所述步驟d中，鉆孔的數量n由下式計算：
所述步驟e中，鉆孔間距a由下式確定：
所述步驟e中，具體施工方法如下：
1）人工清除邊坡頂部破裂面附近的表面浮土，防止浮土進入孔內；
2）針對已確定的邊坡破裂面，從邊坡破裂面兩側向中間打孔，采用分段打孔的方式進行，打孔完成后即注入水泥砂漿，打孔過程中盡量避免邊坡巖體的擾動；
3）完成一段打孔注漿后，等待該段水泥砂漿與破裂面充分凝固粘結后再進行下一分段的打孔作業；
4）鉆孔注漿凝固完成后，將浮土覆蓋邊坡頂部。
所述水泥砂漿標號為m15或m20，砂石粒徑小于0.5mm。
采用本發明的優點在于：
本發明適用于頂部較平整后緣具有明顯破裂面的高陡巖質邊坡加固工程，采用打孔取出破裂面內軟弱夾層并置換為強度較高的水泥砂漿,以此增大高陡邊坡穩定性,具有施工周期短、經濟投入小、加固效果顯著、環保等特點，具有防災減災屬性。
附圖說明
圖1為巖質邊坡示意圖；
圖2為鉆孔灌漿置換破裂面剖面示意圖；
圖3為鉆孔灌漿置換破裂面立面圖；
圖4為鉆孔灌漿置換破裂面俯視圖。
具體實施方式
實施例1
一種巖質邊坡破裂面置換治理方法，包括：采用打孔方式取出邊坡破裂面內的軟化夾層，并置換為強度參數較高的水泥砂漿。
所述方法具體包括如下步驟：
a、針對具體的高陡巖質邊坡，通過現場勘查確定邊坡破裂面深度l、邊坡破裂面面積s、邊坡破裂面最大寬度和破裂面傾角β，邊坡破裂面深度l即為鉆孔深度l，破裂面傾角β即為鉆孔傾角β，并且破裂面抗剪強度參數、水泥砂漿抗剪強度參數已知；
b、根據高陡巖質邊坡防護等級確定安全系數fs，計算等效內摩擦角φs與等效粘結力cs之間的關系，并按照等效內摩擦角φs和等效粘結力cs在破裂面抗剪強度參數和水泥砂漿抗剪強度參數之間選取的原則，確定最終的等效內摩擦角φs與等效粘結力cs；
c、通過確定的等效內摩擦角φs和等效粘結力cs，結合破裂面抗剪強度參數和水泥砂漿抗剪強度參數，計算邊坡破裂面置換率n，并由邊坡破裂面面積s，得到邊坡置換面積ns；
d、按照1.2~1.5倍邊坡破裂面最大寬度選取合適的鉆孔直徑d，結合邊坡置換面積ns、邊坡破裂面深度l，計算鉆孔數量n；
e、由邊坡破裂面面積s、邊坡破裂面置換率n、鉆孔數量n、邊坡破裂面深度l和鉆孔直徑d，確定鉆孔間距a；
f、根據邊坡置換面積ns、鉆孔深度l、鉆孔傾角β、鉆孔數量n、鉆孔直徑d和鉆孔間距a，打孔取出邊坡破裂面內的軟化夾層并置換為強度參數較高的水泥砂漿。
所述步驟a中，破裂面抗剪強度參數包括破裂面粘結力c0和破裂面內摩擦角φ0，水泥砂漿抗剪強度參數包括水泥砂漿粘結力c1和水泥砂漿內摩擦角φ1。
所述步驟b中，等效內摩擦角φs與等效粘結力cs之間的關系通過下式確定：
其中，fs為安全系數，由邊坡安全等級確定；g為邊坡重力，單位kn；β為邊坡破裂面傾角，單位°；φs為等效內摩擦角，單位°；cs為等效粘結力，單位kpa。
所述步驟b中，將等效內摩擦角φs在破裂面內摩擦角φ0和水泥砂漿內摩擦角φ1之間任意選取后，通過式（1）計算得出等效粘結力cs。
所述步驟b中，將等效粘結力cs在破裂面粘結力c0和水泥砂漿粘結力c1之間任意選取后，通過式（1）計算得出等效內摩擦角φs。
所述步驟c中，置換率n由下式計算：
所述步驟d中，鉆孔的數量n由下式計算：
所述步驟e中，鉆孔間距a由下式確定：
所述步驟e中，具體施工方法如下：
1）人工清除邊坡頂部破裂面附近的表面浮土，防止浮土進入孔內；
2）針對已確定的邊坡破裂面，根據獲取的相關數據，從邊坡破裂面兩側向中間打孔，采用分段打孔的方式進行，打孔完成后即注入水泥砂漿，打孔過程中盡量避免邊坡巖體的擾動；
3）完成一段打孔注漿后，等待該段水泥砂漿與破裂面充分凝固粘結后再進行下一分段的打孔作業；
4）鉆孔注漿凝固完成后，將浮土覆蓋邊坡頂部，可取得良好的環保效果。
所述水泥砂漿標號為m15或m20，砂石粒徑小于0.5mm。
實施例2
本實施例結合附圖對本發明做進一步說明。
高陡巖質邊坡形成初期，由于卸荷作用在后緣產生近于直立的破裂面，經過長期物理力學風化作用破裂面轉化為軟化夾層，破裂面抗剪強度降低，邊坡穩定系數減小，隨著邊坡破裂面參數的進一步降低將導致高陡邊坡沿后緣破裂面發生突發性破壞。
在邊坡后緣破裂面采用打孔方式取出邊坡破裂面內的軟化夾層，并置換為強度參數較高的水泥砂漿，可增加破裂面整體力學性能，從而加大邊坡穩定系數，達到治理高陡巖質邊坡的效果。
本發明適用于邊坡后緣較平整、含豎向破裂面的中型或大型高陡巖質邊坡治理工程，如圖1。在圖中，主控結構面即破裂面。
該發明涉及到在破裂面內鉆孔并注入水泥砂漿置換高陡巖質邊坡軟弱面的布置方法及其工程設計和施工方法，如圖2~圖4所示。
鉆孔注入水泥砂漿置換破裂面在平面上沿破裂面頂部布置，鉆孔傾角為β，長度為l，如圖1所示。可由破裂面深度確定，鉆孔直徑為d，間距為a，如圖3~圖4所示。
本實施例的優選實施方式為，鉆孔內水泥砂漿標號為m15或m20，砂石粒徑小于0.5mm。
本實施例中，等效內摩擦角φs與等效粘結力cs之間的關系由下式（1）確定：
其中，fs為安全系數，由邊坡安全等級確定，按現有標準執行；g為邊坡重力（kn）；β為邊坡破裂面傾角（°）；φs為等效內摩擦角（°）；cs為等效粘結力（kpa）；等效內摩擦角φs與等效粘結力cs可在邊坡破裂面強度參數與水泥砂漿強度參數之間選取。
邊坡破裂面面積s已知，置換率為n，則置換面積為ns，置換率n由下式（2）計算：
式中，c0和c1分別為破裂面和水泥砂漿粘結力（kpa）；φ0和φ1分別為破裂面和水泥砂漿內摩擦角（°），其他物理意義同上。
鉆孔直徑d一般為邊坡破裂面最大寬度的1.2~1.5倍，鉆孔的數量n由下式（3）計算：
鉆孔間距由下式（4）確定：
上述具體實施方式用以解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都應落入本發明的保護范圍。
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