CN109853507A - 一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***，包括测斜管，测斜管竖直放置于测斜孔内，测斜孔开设于岩质边坡结构内；测斜管包括依次连通的下段、中段和上段，其中下段测斜管的底部安装有底盖，中段测斜管的管壁间隔开设若干过流孔；在下段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内灌注注浆液；中段测斜管的管段位置与岩质边坡的泥化层上的破碎带对应，中段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内填充细砂土；上段测斜孔的外壁与测斜孔之间的缝隙内灌注注浆液。本发明还提供了一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***施工方法。本发明的有益效果为：所述测斜***既可用于监测岩体深部水平位移，也可以监测地下水位，实现岩质边坡中测斜孔和地下水位管孔合二为一。
Description
技术领域
本发明属于工程施工领域，具体涉及一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***及其施工方法。
背景技术
岩体边坡软弱夹层通常分为泥化层和破碎带，泥化层是不透水层，破碎带透水性较好，这种特殊结构使得地下水易聚集在泥化面上，形成静水压力；同时泥化层遇水软化，性状变差。因此，在软弱夹层与边坡面构成不利组合时，泥化层一般为潜在滑移面，故深部软弱夹层位移和孔隙水压均为监测的重要项目。
深部位移监测可通过在边坡钻孔中埋设测斜管，再将活动式测斜仪放入管内连续测试测斜管的倾角，换算得到边坡深部位移。为了保证岩体与测斜管的协同变形，测斜管与钻孔壁之间空隙需要注浆固结。孔隙水压监测同样需要钻孔和安装水位管，再采用水位测量仪器测量管内地下水头，换算得到岩体中孔隙水压力。
现有技术条件下，岩质边坡中测斜孔和地下水孔是通常独立布置的。不同于土体中测斜管壁与孔壁可以直接填充渗透性好的砂土，岩体中测斜管和钻孔壁之间间隙需要灌水泥浆，固结后渗透性很低，阻断了测斜管内水与地下水之间的连通，造成测管水头代表不了被监测体的实际水头；若全部采用渗透性大的砂体填充料，可使测斜管内的水头能代表被监测岩体水头，但松散砂体与岩体之间刚度差别大，两者协同变形差，影响位移测试效果。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***及其施工方法，在保证岩体边坡软弱夹层变形测试的同时，还可测试软弱夹层孔隙水压。
本发明采用的技术方案为：一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***，包括测斜管，测斜管竖直放置于测斜孔内，测斜孔开设于岩质边坡结构内；所述测斜管包括依次连通的下段测斜管、中段测斜管和上段测斜管，其中下段测斜管的底部安装有底盖，中段测斜管的管壁间隔开设若干过流孔；在下段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内灌注注浆液；所述中段测斜管的管段位置与岩质边坡的泥化层上的破碎带对应，中段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内填充细砂土；所述上段测斜孔的外壁与测斜孔之间的缝隙内灌注注浆液。
按上述方案，在中段测斜管的外壁包裹有一层无纺布。
按上述方案，中段测斜管的外壁与测斜孔之间的细砂土上部铺设一层膨润土。
按上述方案，所述测斜孔内设有竖直的量管。
按上述方案，在测斜孔的外壁两侧分别设置第一注浆管和第二注浆管，其中第一注浆管伸入下段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内；第二注浆管伸入上段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内。
本发明还提供了一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***施工方法，包括以下步骤：
步骤一、钻测斜孔并选取长度合适的权利要求1所述的测斜管；
步骤二、安装测斜管；
步骤三、下放测斜管，直至底盖位于测斜孔的底部；采用管盖封闭测斜管的管口；
步骤四、利用第一注浆管，在下段测斜管与测斜孔之间的间隙内灌浆，当注浆液的液面高度达到中段测斜管的下端时停止灌浆；
步骤五、在中段测斜管与测斜孔之间的间隙内填入细砂土，当细砂土高度超过破碎带高度后，改填膨润土并压实，直至膨润土的顶面达到上段测斜管的下端；
步骤六、利用第二注浆管，在上段测斜管与测斜孔之间的间隙内灌浆，直至注浆液的液面到达测斜孔孔口处；
步骤七、清理施工现场。
按上述方案，在步骤四中，灌浆之前计算灌浆量，灌浆之后在测斜孔内下放量管再取出，利用量管表面附着的注浆液位置判断注浆液的液面高度。
按上述方案，在步骤五中，利用量管的下端面压实土体；根据量管下放过程中受到阻力时的深度判断细砂土顶面高度。
按上述方案，在步骤二中，测斜管的组装方法为：在下段测斜管的下端安装底盖，并绑扎第一注浆管后一起放入测斜孔内；再依次安装中段测斜管和上段测斜管；在中段测斜管的外壁包裹一层无纺布，在上段测斜管的外壁绑扎第二注浆管，使第一注浆管的下端口位于下段测斜管与测斜孔之间的间隙内，第二注浆管的下端口位于上段测斜管与测斜孔之间的间隙内。
按上述方案，在步骤五中，膨润土的厚度h(m)大于凝固时间t(s)内注浆液在膨润土中下渗的厚度，满足下式关系h>(K·hw·t)1/2，式中，K为膨润土的渗透系数，m/s；i为水力梯度，hw为注浆液最大高度，m。
本发明的有益效果为：本发明所述测斜管设计为分段式结构，一方面利用活动式测斜仪放入管内连续测试测斜管的倾角，换算即可得到边坡深部位移；另一方面中段测斜管位于岩体破碎带处，中段测斜管上开设有过流孔，地下水经细砂土和过流孔进入中段测斜孔，其水头利用水文仪器测量，本发明所述测斜***既可以用于监测岩体深部水平位移，也可以监测地下水位，实现岩质边坡中测斜孔和地下水位管孔合二为一，大大降低了工作量，降低了施工成本，提高了施工效率；在测斜孔内的细砂土表面铺设膨润土，可有效防止上部的注浆液渗入细砂土的地下水联通段内，保持细砂土的渗透性，保证地下水正常进入中段测斜管；中段测斜管的外壁包裹一层无纺布，可有效防止细砂土随地下水进入中段测斜管，影响测量效果；利用量管测量注浆液及细砂土的高度，保证测量的准确性；本发明设计合理，操作方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1、泥化层；2、破碎带；3、底盖；4、下段测斜管；5、中段测斜管；6、第一注浆管；7、第二注浆管；8、注浆液；9、细砂土；10、量管；11、测斜孔；12、上段测斜管。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明。
如图1所示的一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***，包括测斜管，测斜管竖直放置于测斜孔11内，测斜孔11开设于岩质边坡结构内；所述测斜管包括依次连通的下段测斜管4、中段测斜管5和上段测斜管12，其中下段测斜管4的底部安装有底盖3，中段测斜管5的管壁间隔开设若干过流孔；在下段测斜管4的外壁与测斜孔11之间的缝隙内灌注注浆液8；所述中段测斜管5的管段位置与岩质边坡的泥化夹层上破碎带2对应，中段测斜管5的外壁与测斜孔11之间的缝隙内填充细砂土9；所述上段测斜孔11的外壁与测斜孔11之间的缝隙内灌注注浆液8。
优选地，在中段测斜管5的外壁包裹有一层无纺布。
优选地，中段测斜管5的外壁与测斜孔11之间的细砂土上部铺设一层膨润土，防止上部的灌浆液渗入砂土中，保持细砂土9的渗透性。
优选地，膨润土的厚度h(单位为m)应大于凝固时间t(单位为s)内浆液在膨润土中下渗的厚度，即:
h>V·t (1)
V＝K·i＝K·hw/h (2)
上式中，V为注浆液8的渗透速率，m/s；K为膨润土的渗透系数，m/s；i为水力梯度(无量纲)，hw为注浆液8的最大高度，m。
公式(2)代入公式(1)，可得到
h>(K·hw·t)1/2 (3)
优选地，中段测斜管5上的过流孔可为花孔、方孔或圆孔。本实施例中过流孔为直径4～6mm的圆孔，错位布置，穿透管壁；相邻圆孔边界之间的距离不少于2.5倍孔径(半径)，避免圆孔开孔时相互影响，以保证测斜管的强度。
优选地，所述测斜孔11内设有竖直的量管10，用于检测注浆液8的液面和砂土填料的高度。
优选地，在测斜孔11的外壁两侧分别设置第一注浆管6和第二注浆管7，其中第一注浆管6伸入下段测斜管4的外壁与测斜孔11之间的缝隙内，用于该空间内灌浆；第二注浆管7伸入上段测斜管12的外壁与测斜孔11之间的缝隙内，用于该空间内灌浆。
本发明中，所述测斜管为分段式结构，其中上段测斜管12与中段测斜管5之间、中段测斜管5与下段测斜管4之间均分别通过标准接头连接；其中上段测斜管12的上端超出测斜孔11，中段测斜管5由标准测斜管开孔加工而成，其位置与泥化夹层上破碎带2对应。所述底盖3用于安装时导向并置于测斜孔11的底部。量管10为分段式结构，由若干1.2m长的不锈钢钢管依次首尾连接而成(螺纹连接)。上段测斜管12、中段测斜管5和下段测斜管4均由若干标准测斜管连接而成，标准测斜管为Φ70mm铝管，管长3m；底盖3均可为标准件。
一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***施工方法，包括以下步骤：
步骤一、钻测斜孔11并选取测斜管：在岩体上开钻测斜孔11，根据测斜孔11的深度及岩体破碎层位置，选取长度合适的上段测斜管12、中段测斜管5和下段测斜管4，并确定中段测斜管5下端面距离测斜孔11孔底的高度；
步骤二、安装测斜管：在下段测斜管4的下端安装底盖3，并绑扎第一注浆管6后一起放入测斜孔11内；再依次安装中段测斜管5和上段测斜管12；在中段测斜管5的外壁包裹一层无纺布，在上段测斜管12的外壁绑扎第二注浆管7，保证第一注浆管6的下端口位于下段测斜管4与测斜孔11之间的间隙内，第二注浆管7的下端口位于上段测斜管12与测斜孔11之间的间隙内；
步骤三、下放测斜管，直至底盖3位于测斜孔11的底部；采用管盖封闭测斜管的管口；
步骤四、计算灌浆量，利用第一注浆管6，在下段测斜管4与测斜孔11之间的间隙内灌浆，并利用量管10检测注浆液8的液面高度(量管10下放孔内再取出后，观测表面附着的浆液位置判断液面高度)；当注浆液8的液面高度达到中段测斜管5的下端时停止灌浆；
步骤五、在中段测斜管5与测斜孔11之间的间隙内填入细砂土9，同时下放量管10，利用量管10的下端面压实土体；根据量管10下放过程中受到阻力时深度判断细砂土9顶面高度，当细砂土9高度超过破碎带2高度后，改填膨润土并压实，直至膨润土的顶面达到上段测斜管12的下端；
步骤六、利用第二注浆管7，在上段测斜管12与测斜孔11之间的间隙内灌浆，直至注浆液8的液面到达测斜孔11孔口处；
步骤七、清理施工现场。
实施例：长江某岸坡为顺向坡，地质条件较差，发育顺坡向软弱夹层。考虑地质条件的复杂性、岩体性态的不确定性影响，对周边岩体进行了安全监测，监测项目中包括测斜管孔和地下水头管孔监测。地质调查发现，边坡基岩为灰岩、角砾岩，沿软弱角砾岩层发育有一泥化夹层，在坡面上出露，暴雨过后有地下水渗漏。局部泥化夹层上方岩层滑移后形成裸露的基岩面，因此判断该层位泥化夹层为边坡滑移面。
1、钻测斜孔11，测斜孔11的孔径为Φ110mm，深度为40m；通过岩性编录、钻孔摄像揭示孔深17～20m发育黑灰色角砾岩层，较破碎，厚度为3m，角砾夹层底部出现黄褐色泥化带，厚度为50cm；波速测试显示钻测斜孔11内角砾层为波速异常区，根据边坡岩层走向、倾向，分析得到钻测斜孔11内角砾层中泥化夹层的位置与坡面上出露的滑面属于同一层位；
2、根据钻孔中破碎带2厚度(3m)及泥化层1位置(距孔底20m)，选择长度为3m的中段测斜管5，长度为20m的下段测斜管4。
3、准备标准测斜管，也即14根Φ70mm的长度为3m的铝管，相同材质的标准接头共14个，1个标准底盖；中段测斜管5采用标准测斜管加工，长度3m，四周密布Φ6mm圆孔，错位布置，圆孔穿透管壁；同时准备螺钉、固定扳手、塑料扎带、无纺布、注浆管、钢管等安装辅助工具和材料。
4、安装标准底盖和标准测斜管，并与第一注浆管6的根部绑扎在一起，从孔口往下放至管口离地面0～50cm时，按结构图和设计深度采用标准接头依次连接标准测斜管和开设有过流孔的测斜管、标准测斜管，边连接边从孔口下放，并在上段测斜管12再绑扎第二注浆管7；直至标准底盖***到测斜孔11底部，所述测斜管安装完成。
5、灌浆。先计算好泥化层1下部的下段测斜管4与测斜孔11之间的间隙内注浆液8的量，利用第一注浆管6注浆固结至20m高；再在中段测斜管5与测斜孔11之间的间隙回填3m高的细砂土9，并在细砂土9的表面铺设一层10cm厚膨润土；最后利用第二注浆管7在上段测斜管12与测斜孔11之间的间隙内灌注注浆液8。上述注浆液8的液面和砂土填料高度均通过下放不锈钢钢管组成的量管10测定。
6、至此完成测斜管的安装和埋设工作，并对孔口进行常规保护。
全部安装完成后进行监测，测斜管孔采用测斜仪观测，地下水头采用人工水位计进行测量。与传统的独立布置的测斜管相比，位移差别在测斜仪误差范围内，测得水位稍高于江水位，并与江水位变化规律一致。经试验，本发明所述测斜***既可以用于监测岩体深部水平位移，也可以监测地下水位，实现岩质边坡中测斜孔11和地下水位管孔合二为一。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***，其特征在于，包括测斜管，测斜管竖直放置于测斜孔内，测斜孔开设于岩质边坡结构内；所述测斜管包括依次连通的下段测斜管、中段测斜管和上段测斜管，其中下段测斜管的底部安装有底盖，中段测斜管的管壁间隔开设若干过流孔；在下段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内灌注注浆液；所述中段测斜管的管段位置与岩质边坡的泥化层上的破碎带对应，中段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内填充细砂土；所述上段测斜孔的外壁与测斜孔之间的缝隙内灌注注浆液。
2.如权利要求1所述的可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***，其特征在于，在中段测斜管的外壁包裹有一层无纺布。
3.如权利要求1所述的可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***，其特征在于，中段测斜管的外壁与测斜孔之间的细砂土上部铺设一层膨润土。
4.如权利要求1所述的可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***，其特征在于，所述测斜孔内设有竖直的量管。
5.如权利要求1所述的可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***，其特征在于，在测斜孔的外壁两侧分别设置第一注浆管和第二注浆管，其中第一注浆管伸入下段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内；第二注浆管伸入上段测斜管的外壁与测斜孔之间的缝隙内。
6.一种可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、钻测斜孔并选取长度合适的权利要求1所述的测斜管：
步骤二、安装测斜管；
步骤三、下放测斜管，直至底盖位于测斜孔的底部，封闭测斜管的管口；
步骤四、利用第一注浆管，在下段测斜管与测斜孔之间的间隙内灌浆，当注浆液的液面高度达到中段测斜管的下端时停止灌浆；
步骤五、在中段测斜管与测斜孔之间的间隙内填入细砂土，当细砂土高度超过破碎带高度后，改填膨润土并压实，直至膨润土的顶面达到上段测斜管的下端；
步骤六、利用第二注浆管，在上段测斜管与测斜孔之间的间隙内灌浆，直至注浆液的液面到达测斜孔孔口处；
步骤七、清理施工现场。
7.如权利要求6所述的可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***施工方法，其特征在于，在步骤四中，灌浆之前计算灌浆量，灌浆之后在测斜孔内下放量管再取出，利用量管表面附着的注浆液位置判断注浆液的液面高度。
8.如权利要求6所述的可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***施工方法，其特征在于，在步骤五中，利用量管的下端面压实土体；根据量管下放过程中受到阻力时的深度判断细砂土顶面高度。
9.如权利要求6所述的可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***施工方法，其特征在于，在步骤二中，测斜管的组装方法为：在下段测斜管的下端安装底盖，并绑扎第一注浆管后一起放入测斜孔内；再依次安装中段测斜管和上段测斜管；在中段测斜管的外壁包裹一层无纺布，在上段测斜管的外壁绑扎第二注浆管，使第一注浆管的下端口位于下段测斜管与测斜孔之间的间隙内，第二注浆管的下端口位于上段测斜管与测斜孔之间的间隙内。
10.如权利要求6所述的可测试孔隙水压的岩质边坡测斜***施工方法，其特征在于，在步骤五中，膨润土的厚度h大于凝固时间t内注浆液在膨润土中下渗的厚度，满足下式关系h>(K·hw·t)1/2，上式中，V为注浆液的渗透速率，m/s；K为膨润土的渗透系数，m/s；i为水力梯度，hw为浆液最大高度，m。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190607 |