工程斜坡中的仰斜排水孔设置

在地下水富集地工程斜坡病害治理中,为有效疏排坡体地下水,降低坡体水压力和含水率,提高坡体有效应力和促使坡体排水固结等,仰斜排水孔的设置是工程中最为常见的一类地下水疏排工程措施。它施工简单快捷,工程造价低,成为排出坡下地下水中最为常用的一类排水工艺。
仰斜排水孔由于孔径较小,渗透半径有限,故其排水不以渗透排水为主,而以疏排坡体中具有一定地下水位线的裂隙水、承压水、潜水等为主。
仰斜排水孔多采用孔径为90~110mm的钻孔后,内置直径为80~100mm的排水材料形成。为方便地下水的顺利快速排水,一般情况下仰斜排水孔向上设置5~10度的倾角,水平向间距多采用6~9m左右设置。当然,仰斜排水孔也可以在边坡开挖后针对坡面上的出水点,进行加密或加宽设置,而不必拘泥于所谓的间距要求。而对仰斜排水孔的长度,一般以孔底置于隔水层以下2~3m为宜,,且长度不宜小于15m。
对于路堑边坡来说,由于开挖形成的临空面必然造成地下水渗流场的改变。即:
对于由均质岩土体构成的坡体来说,地下水位线为适应坡体应力场的变化而降低坡面的出水点。因此,此类坡体仰斜排水孔的设置宜尽量设置于坡脚附近,从而加大地下水的疏排范围和有效降低坡体地下水位。不宜在各级边坡上均设置仰斜排水孔而形成多级排水工程。因此,有些技术人员在多级边坡上逐级设置仰斜排水孔可能是欠合理的。
图1 坡脚附近设置的仰斜排水孔
对于由结构面或存在明显隔水层岩土体构成的坡体来说,坡体开挖后将造成地下水从结构面或隔水层部位渗流出坡成。因此,此类坡体仰斜排水孔的设置宜向上穿过结构面或隔水层。当然,在边坡的坡脚附近同样也应设置一排仰斜排水孔,以降低可能的地下水位线。对于滑坡来说,滑面作为一种特殊的结构面或隔水层,仰斜排水孔就应置于滑面以下2~3m为宜。
当然需要说明的是,仰斜排水孔设置后并不一定要求每个孔都能有地下水流出。工程中一般情况下以30%的孔中出水就认为是工程设置较好。对于存在50%以上的孔中出水,那就认为是工程效果相当好了。因为,有些人认为仰斜排水孔没有达到每个孔出水,就判定有些仰斜排水孔存在设置不合理的情况是欠合理的。
当坡体中存在丰富的深层地下水时,为更为有效降低坡体的地下水位,将仰斜排水孔与盲洞、集水井结合使用,有效截断坡体后部地下水进入工程斜坡的途径,从而可大幅提高工程斜坡的稳定性,并往往可达到事半功倍的效果。
如重庆万梁高速公路张家坪滑坡,在滑坡后部设置一排截水盲洞后,通过在洞中向上设置的高角度仰斜排水孔挑坡上部的隔水滑面,将地下水通过仰斜排水孔集流于盲洞。在此基础上通过提高滑面内摩擦角的参数,大幅度的将滑坡下滑力由近5000KN/m降低为2200KN/m,大幅降低了工程造价,也确保了滑坡的长治久安。
图2 截水盲洞工后效果
再如广东西部沿海高速K21滑坡,在滑坡后部设置8孔间距为45m的大型集水井(各井之间在底部串联),通过在井中设置倾角为6度的仰斜排水孔,有效拦截了汇入滑坡区的地下水,并将地下水通过仰斜排水孔集流于集水井而自由流出。在此基础上通过提高滑面内摩擦角的参数,大幅度的将滑坡下滑力由近3000KN/m降低为1500KN/m2200KN/m,大幅降低了工程造价,也确保了滑坡的长治久安。
图3 集水井工后效果
对于仰斜排水孔的制作,上世纪九十年代以前通过采用PVC管打孔后缠绕土工布制作。但由于现场打孔繁琐,土工布缠绕质量和下孔时容易脱落等缺点,尤其是其使用几年就多会出现堵孔而丧失排水效果。故上世纪九十年代以后,国内逐渐采用软式透水进行替换,是目前仰斜排水孔制作的最主要材料。
软式透水管是一种具有倒滤透(排)水作用的管材。以防锈弹簧圈支撑管体形成抗压软式结构,无纺布内衬过滤,使泥砂杂质不能进入管内,从而达到净渗水的功能。涤纶丝外绕被覆层具有优良吸水性,能迅速收集孔壁周边的水份。它利用“毛细”现象和“虹吸”原理、集吸水、透水、排水为一体,具有耐压、透水及反滤作用,达到排放洁净水的效果,具有很好的全方位透水功能。
软式透水管具有全方位透水,渗透性好;抗压耐拉强度高,使用寿命长;耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好;整体连续性好,接头少,衔接方便;质地柔软,与土结合性好等优点。其排水效果、使用年限等明显优于打孔PVC管,且工程造价与其相当,故一经推出,就迅速在全国推广应用,成为目前国内仰斜排水孔的主要制作材料。
在此,有的技术人员软式透水易压扁是不合理的。这是因为软式透水管具有防锈弹簧圈支撑管体形成抗压软式结构,且仰斜排水孔的孔径一般均较小,钻孔具有一定的自稳性。当然,开挖成隧道那么大的排水除外

图4 软式透水管材料

随着近年来我国材料工艺的发展。在2010s左右,国内出现了采用高密度聚乙烯(HDPE)为主要原料,经高温挤出机曲向摇摆挤出,再冷却后而成型的一种具有一边密封(俗称不透水层),而另一边具有均匀密集小孔(俗称透水层)的管材,即硬式透水管。其具有重量轻,易于运输及操作;抗老化优越,使用寿命长;优良的抗冲击能力和抗化学腐蚀能力;集水能力极强的特点。且其工程造价与软式透水管相仿,因此,推出后在国内仰斜排水孔的制作材料中也逐渐占有了一席之地。

图5 硬式透水管材料

综上,仰斜排水孔及其组合产品在工程斜坡排水工程中具有良好的应用,它可以有效改善构成坡体的岩土体力学性质,提高坡体的自身稳定性。因此,“治坡先治水”理念工程斜坡病害治理中具优先设置的地位。对于仰斜排水孔的材料,不应再采用落后的打孔PVC管缠绕土工布工艺制作,哪怕是最新出版的规范也不应再继续推荐采用打孔PVC管缠绕土工布工艺制作仰斜排水孔

,而宜采用软式透水管或硬式透水管制作,从而有效提高仰斜排水管的排水效果和使用年限。

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