一种基于电渗法的边坡自排水锚杆支护结构及施工方法

一种基于电渗法的边坡自排水锚杆支护结构及施工方法

王江江许乐陈孝柱

安徽省安徽理工大学安徽淮南232001

摘要：申请号为201510157562.1[1]，名称为一种边坡自排水电渗锚杆及施工方法的专利公开了一种边坡自排水电渗锚杆及施工方法，其特征为该自排水电渗锚杆由两根电动土工袋、锚具、垫板和虹吸管构成；中空管套入电动土工袋内并伸至底部，袖阀与电动土工袋上的预留孔相扣，袋囊的左右两侧用塑料夹将电动土工袋从外侧绑扎在中空管上；浆体凝固锚固于稳定坡体内，锚具将电动土工袋前段锚固于垫板上；坡面土体内埋设水分感控开关，坡体外安放太阳能电池，导线依次将阳极、水分感控开关、太阳能电池，阴极串联起来；在阴极的中空管内插入吸水管，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。该发明构造具有锚固、排水和加速固结功能。

关键词：电渗法；边坡自排水；锚杆；支护

一、背景技术

滑坡常常给工程建设和生命财产造成重大的损失，而滑坡通常受降雨影响明显，雨水入渗坡面使得土体强度降低，且降雨会导致地下水位上升导致滑坡体产生上浮力，这促使下滑力增大，坡体容易产生滑坡现象，尤其在我国的东部沿海地区，软土地层分布广泛，土体含水率高、物理力学性质差，使得深基坑稳定性与锚固技术之间的矛盾变得非常紧迫而突出。然而，对于软弱土坡的治理不应只局限于提高支护结构承载力，提高土体力学特性同样值得重视，深基坑降水设计是基坑施工前重点考虑的关键问题之一，是提高土体力学强度的有效措施。因此，将扩大头锚固技术与排水技术相结合，是一种提高深基坑工程稳定性的较为有效的支护措施。

一般的粘土颗粒带有负电荷，粘土中的水分子显示正极性，当在含饱和水的粘土中插入电极时，电流从阳极流向阴极，粘土颗粒向阳极移动的现象称为电泳；同时，带有极性的水分子会向阴极流动，这种现象称为电渗。电渗法是一种利用电流的作用，使得泥土地基中的含水率迅速降低的方法。

二、发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，利用锚固技术、电渗技术的原理，提供一种具有锚固、排水和固结功能的一种基于电渗法的边坡自排水锚杆支护结构，以用来解决强降雨地区和软土地区坡体失稳问题。

基于电渗法的边坡自排水锚杆及施工方法，其基于电渗法的边坡自排水锚杆包括中空锚管、垫板、锚具、止浆塞、堵桨塞、连杆式活动链接装置、机械联动装置、电渗装置、供电装置和排水装置。

所述的中空锚管首端封闭，尾端开口，其外围包裹滤网，开口端设螺纹，中空锚管的中前段下侧与泄桨管垂直连接，泄浆管的端部套有袖阀；中空管的上侧为凹槽，在中空管的中前段开设偶数个数的内外连通口，在凹槽上装上连杆式活动链接装置。

而连杆式活动链接装置包括滑轨槽、托臂、悬臂、滑块和转轴等；连杆式活动链接装置中，滑轨槽的宽度和高度要小于凹槽的，将滑轨槽安装在中空锚管上侧的凹槽内，使得滑轨的上端低于中空锚管表面，减少锚杆在土壤中运行时的阻力。所述托臂一端与滑轨槽通过铆钉固定，另一端与悬臂通过转轴连接，悬臂的另一端与滑块通过转轴连接，滑块安装在滑轨槽内部，滑块可在外力的推动下沿着滑轨槽自由滑动，滑块的滑动继而带动着悬臂的转动；此外，托臂与滑块连接，两者相对转动并不受到限制，托臂头端做细化处理，减小其在土壤中运行的阻力。

机械联动装置为折线推杆，其一端与连杆式活动链接装置的滑块相接触，当受到推力后，滑块在推杆的推动下在滑轨槽内滑动，悬臂在滑块的推动下通过转轴带动托臂插进土内，此推杆与滑块接触后再通过折杆避开托臂与悬臂，再继续与下一个滑块相接触，折线推杆的末端止于靠近中空锚管首端的滑块。

三、有益效果

本发明具有以下有益效果：本发明集合锚固技术、电渗技术和虹吸技术于一体形成了一种边坡自排水电渗锚杆，解决强降雨地区和软土地区边坡失稳。主要优点为：

（1）功能多：同时具有锚固、排水和加速固结土层等功能，且功能之间互不影响；锚固方面：锚杆本身具有锚固作用，再加上锚杆下侧的土工袋注浆后桨体固化后可增强锚杆的锚固作用，此外插进土层中的悬臂和托臂也可增强本锚杆的锚固作用；排水方面：本自排水锚杆不仅可以将坡面水分排出，而且能将破内深部水分排出；固结方面：本自排水锚杆能够将整个坡体内的土颗粒间难以排出的水分在电渗作用下排出，可大大降低土体含水率、增加土的物理力学性质，极大地增强了坡体的稳定性；

（2）选材得当：本自排水锚杆中的排水导电电极选用的是EKG电极，具有以下优点：能消除或减弱传统电渗法采用金属电极带来的电蚀问题；EKG电极既能作为阴极，也可以用作阳极，故能方便的实现现场应用中电极的转换；EKG电极本身提供反滤层和排水的功能，与传统的电渗法不同，不需要在阴极处另设反滤/排水体；加速孔压消散，加速土体固结；

（3）节约电能：不同于传统的自排水锚杆，均选用相邻的两根锚杆作为电极，本自排水锚杆的两根电极设置在同一根锚杆上，当土中含水率减小时两电极间的电阻增大不明显，排水效率降低幅度较小，节省电能；

（4）结构构造形式巧妙：橡皮袖阀单向导通，注浆完成后浆液不能流入中空管内；折线推杆安装在锚杆上表面的凹槽内，给推杆施加推力后，可推动悬臂和托臂插入土中；

（5）自动化程度高：太阳能供电、水分感控开关能够根据实际情况自动控制电渗是否进行，虹吸技术在无需任何外动力作用下能够自动进行排水；均不需要人工监控；

（6）施工方法简便、可操作性强，锚固效果好，排水性能稳定，拥有较好的应用前景，易于市场推广应用。

四、工作原理

本发明的工作原理是：当坡体内的水分含量未达到水分感控开关的含水率临界值时，水分感控开关自动断开，本锚杆的电渗功能不启动，通过凝固于土工袋内的浆体和插在土层内的钢臂（悬臂和托臂）将不稳定土体锚固于稳定区；当坡体内的水分含量上升到水分感控开关的含水率临界值，水分感控开关闭合，EKG电极通上电，通电后两电极之间产生电场，在电场的作用下，土壤中的水向阴极转移，水分透过阴极上的EKG电极和中空锚管上侧的渗水孔流向中空锚管内，在顺着中空锚管流向锚管的首端，中空锚管内的水位升高，当高于平衡出水器的出水口时，虹吸过程发生，利用虹吸原理排出积聚在中空将积聚在中空锚管内的水，实现中空管内的水位下降，不断将坡体内的水分排出，随着排水固结的不断进行，坡体内水分含量降至低于水分感控开关的含水率，水分感控开关断开，虹吸管将水不断排出，直到中空锚管内的水位与平衡出水器的出水口水位相同，达到目标设定的控制水位，虹吸过程暂时停止，平衡出水器和中空锚管内均保留有稳定水位；在电渗过程中，坡体内水分不断排出，土体不断被固化；下一次降雨或其他因素使坡体内水分上升时，电渗、虹吸过程再次重复，使坡体固结处于较低的水位状态。

参考文献

[1]董建华，董旭光，朱彦鹏，王永胜，何天虎，王雪浪.一种边坡自排水电渗锚杆及施工方法[P].中国：201510157562.1，2015-04-07.