一種潮濕環(huán)境土遺址滑塌病害柔性排水竹纖桿加固方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種潮濕低洼環(huán)境下地下土遺址滑塌病害加固治理技術(shù)方法，尤其涉 及一種純物理可逆性土遺址加固補強方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 潮濕低洼環(huán)境下土遺址，由于地質(zhì)成因及特殊的賦存環(huán)境，從環(huán)境地質(zhì)、巖土力學(xué) 的角度看，遺址土具有"黏粒含量高、含水率高、滲透性低、不排水強度低、流變性高"的典型 軟粘土特征。由于賦存于地勢低洼環(huán)境，底線水位高，遺址土多處于軟塑甚至流塑狀態(tài)。隨 著發(fā)掘坑(槽）的加深及公開展示的需要，坑內(nèi)降水及季節(jié)性的地下水位的升降，坑壁內(nèi)外 的遺址土產(chǎn)生一定的水力梯度，從而附加的滲透力作用。遺址土在地下滲流力及應(yīng)力狀態(tài) 調(diào)整的雙重作用下，坑壁(及坑道底部)、隔梁等部位常出現(xiàn)局部蠕變-流滑-坍塌病害(簡 稱滑塌病害)，成為了潮濕低洼環(huán)境下地下土遺址的變形破壞的一種主要病害形式。
[0003] 土遺址的滑塌病害是造成南方潮濕環(huán)境下地下土遺址發(fā)掘出土后難以長期保持 的主要病害原因。潮濕低洼環(huán)境地下土遺址發(fā)掘調(diào)查完成后，常采取覆土等措施恢復(fù)地下 土遺址原有的賦存狀態(tài)，這是長久保存地下土遺址的最好方法；然而，覆土掩埋法難以對地 下土遺址進行公開展示、難以發(fā)揮土遺址應(yīng)用的科學(xué)、人文、藝術(shù)價值。因此，在不破壞地下 土遺址原貌、最大限度符合巖土遺址加固保護的前提下，為公開展示地下土遺址發(fā)揮其應(yīng) 用的價值，采用適當(dāng)?shù)募庸瘫Ｗo技術(shù)手段加固治理滑塌病害，是巖土文物加固保護領(lǐng)域凾 待解決的問題。
[0004] 針對潮濕環(huán)境地下土遺址滑塌病害，目前常采用的措施治理及優(yōu)缺點如下： 方法一：降低周邊環(huán)境地下水位法。為考古發(fā)掘、公開展示的需要，通過降低地下土遺 址坑(槽）內(nèi)外的地下水位法或者止水(截斷土遺址周邊地下水位水的補充路徑）方法，使得 地下土遺址處于低地下水位賦存環(huán)境，隨著遺址土含水率的降低其抗剪強度、坑壁穩(wěn)定性 提高，可減小或消除地下土遺址的滑塌型失穩(wěn)破壞；但這種方法明顯地改變了土遺址既有 的賦存地質(zhì)環(huán)境，使得土遺址暴露于大氣環(huán)境下，大氣環(huán)境溫濕度的劇烈改變使得土遺址 坑壁干縮開裂病害突出，同時風(fēng)化病害(粉化、剝落、掉塊）明顯加劇，加速了地下土遺址的 消亡，不符合地下土遺址加固保護的原則和目的。
[0005] 方法二：化學(xué)加固材料表面防護?；瘜W(xué)加固是目前國際上普遍認可的土遺址加固 的科學(xué)方法?；瘜W(xué)加固材料與土遺址所處地質(zhì)環(huán)境的長期適宜性、化學(xué)加固材與大氣環(huán)境 的長期適宜性，這是化學(xué)材料加固保護土遺址歷來都重視的問題。長期以來，我國在加固保 護北方干旱環(huán)境下土遺址方面卓有成效，開發(fā)研宄出了系列化學(xué)加固材進行土遺址表明防 風(fēng)化加固，取得了一定效果；但對潮濕低洼環(huán)境下由于雨水及地下水較多，多家文物保護單 位進行了多種化學(xué)加固材的開發(fā)研宄及應(yīng)用研宄，仍然沒有取得令人滿意的效果。如敦煌 研宄院研制開發(fā)的PS化學(xué)加固材在北方干旱地區(qū)應(yīng)用效果較好，但對潮濕低洼環(huán)境下土 遺址表層防護時，加固與防護效果不甚理想。另外，土遺址表層進行化學(xué)防護加固處理后， 由于表層遺址土物理力學(xué)性質(zhì)的改變，常出現(xiàn)加固層與未加固層剝離的新病害的問題；而 且化學(xué)加固屬于不可逆的加固措施，難以滿足巖土遺址加固"不改變原貌""可逆性修復(fù)"加 固的基本原則。
[0006] 方法三：巖土錨桿錨固技術(shù)。常采用巖土錨桿(索）技術(shù)進行大體量巖土遺址的加 固和穩(wěn)定，一般采用鉆孔設(shè)備鉆孔，然后孔內(nèi)設(shè)錨桿并使用灌漿設(shè)備灌漿，漿體硬化后起到 加固穩(wěn)定遺址巖土體的作用，這種錨桿技術(shù)的主要技術(shù)指標為：i)鉆孔設(shè)備根據(jù)巖土體的 性質(zhì)，大多米用電動鉆、風(fēng)鉆，所對應(yīng)的鉆孔直徑一般為90 mm~ 130 mm ;最小孔徑一般均大 于40mm; ii)根據(jù)銷固體的性質(zhì)，鉆孔深度5. 0m~20. 0m，一般不小于2. 0m; iii)灌衆(zhòng)設(shè)備 通常采用壓力灌漿，灌漿壓力一般為〇? 2MPa~0. 6MPa。這種錨桿技術(shù)具有孔徑大、錨固深、 間距大、灌漿壓力大的特點，應(yīng)用于大體量的巖土遺址的加固是可行的，從設(shè)計到加固計算 理論已趨成熟；但潮濕環(huán)境下地下土遺址的滑塌病害是一種遺址土蠕變-流動-滑塌型破 壞，其病害機理完全不同于大體量危巖體的變形破壞機理。傳統(tǒng)巖土錨固技術(shù)應(yīng)用于潮濕 環(huán)境地下土遺址滑塌病害加固治理時，主要存在如下不足或者缺陷： i) 鉆孔直徑大，在遺址表明易留下明顯痕跡，影響外觀； ii) 在潮濕低洼環(huán)境下地下土遺址多處于軟塑-流塑狀態(tài)，在其中進行鉆孔對土遺址 擾動大、鉆孔振動易造成遺址土體結(jié)構(gòu)強度的降低，不但加速了滑塌病害的發(fā)展且鉆孔極 易縮徑塌孔，難以進行錨桿錨固施工； iii) 傳統(tǒng)的錨桿注漿技術(shù)，注漿壓力大，由于注漿在流塑狀態(tài)的遺址土中增加了劈裂 壓力，易加劇蠕變-滑塌病害的發(fā)展；且注漿材料在硬化過程中和遺址土相互作用，易生成 新的可溶鹽，可溶鹽分的在土遺址中的迀移是遺址土風(fēng)化的主要誘因； iv) 灌漿錨桿錨固體與遺址土強度、剛度相差懸殊，與土遺址滑塌病害變形協(xié)調(diào)性差， 屬于不可逆性物理化學(xué)加固技術(shù)，不符合土遺址加固"適當(dāng)干預(yù)""可逆性修復(fù)"的原則。
[0007] 可見，傳統(tǒng)錨桿灌漿技術(shù)加固潮濕低洼環(huán)境下土遺址的滑塌病害存在明顯的不相 適宜性；針對潮濕環(huán)境下地下土遺址坑壁滑塌病害力學(xué)機理，開發(fā)研宄與滑塌病害特征相 適宜又能較好地符合土遺址加固保護基本原則的專門錨固技術(shù)，是潮濕環(huán)境地下土遺址發(fā) 掘保護凾待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種潮濕低洼環(huán)境下地下土遺址坑壁滑塌落病害的專門 加固防護方法，以解決傳統(tǒng)錨固技術(shù)加固潮濕環(huán)境地下土遺址滑塌病害技術(shù)中的如下幾個 問題：（i)鉆孔直徑大對土遺址外觀的影響問題；（ii)鉆孔振動對土遺址滑塌病害的加 劇及縮徑塌孔問題；（iii)傳統(tǒng)注漿技術(shù)注漿壓力大對土遺址滑塌病害的加劇問題及漿液 固化生成可容鹽分對土遺址的病害加劇問題；（iv)傳統(tǒng)錨固技術(shù)與滑塌病害強度、剛度不 協(xié)調(diào)及不可逆性加固問題。
[0009] 本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案，一種潮濕環(huán)境土遺址滑塌病害柔性排水竹纖桿加固 方法，其特征在于步驟如下： (1)將竹桿材料加工成為直徑"的竹纖桿作為柔性排水竹纖桿的芯材， 長度根據(jù)滑塌病害特征可設(shè)定為〇. 5m~2. Om等；并根據(jù)需要進行適當(dāng)?shù)姆栏牢g處理(如 瀝青煮、化學(xué)溶液法等）；調(diào)整長細比，使得竹纖桿線剛度足夠小，具有良好的適應(yīng)彎曲變形 的柔度和足夠的抗拉強度； (2) 土工織物/布排水結(jié)構(gòu)層：以竹纖桿為芯材由里到外包裹三層土工織物/布 作為排水結(jié)構(gòu)層；三層土木織物/布構(gòu)造設(shè)置及作用分別為：最內(nèi)層的土工布(厚度約 0. 5mm)，采用環(huán)氧樹脂等粘結(jié)劑與竹纖桿牢固粘貼，目的是增加界面握裹力；中間層 采用具有良好透水性(水平及垂直滲透系數(shù)約KTkKTWs)的無紡型土工織物(厚度約 2mm)，目的是在軟塑-流塑性遺址土中起到適當(dāng)排水減壓、提高遺址土體本身的不排水抗 剪切強度的作用；最外層土木織物為具有一定的垂直向滲透性和過濾性性的土工織物，目 的是即可透水減壓又可以增加與遺址土界面的表面摩阻力。
[0010] (3)在潮濕環(huán)境地下土遺址開挖過程、或公開展示期間，根據(jù)遺址土滑塌病害的規(guī) 模和特征，將柔性排水竹纖桿以一定間距、長度、角度靜力人工插入遺址土；無鉆孔、灌漿施 工工藝和環(huán)節(jié)；露出在遺址土表面的柔性排水竹纖桿可采用遺址土涂敷做舊處理。
[0011] 進一步優(yōu)選，柔性排水竹纖桿三層排水結(jié)構(gòu)層總厚度約;總直徑約為 ;長度根據(jù)滑塌病害規(guī)模可設(shè)計加工為0. 5m~2. 0m。
[0012] 柔性排水竹纖桿通過"適當(dāng)排水-適當(dāng)補強"作用可有效治理遺址土滑塌病害； 是一種采用天然材料的無污染、純物理、可逆性加固技術(shù)；根據(jù)潮濕環(huán)境地下土遺址發(fā)掘進 程、公開展示過程中的穩(wěn)定性的動態(tài)變化，以及土遺址加固保護技術(shù)和理念的更新，可抽出 柔性排水竹纖桿，這種可逆性修復(fù)加固技術(shù)為土遺址的長期保護留有空間和余地，能夠夠 很好地符合土遺址加固"最小干預(yù)""可逆性修復(fù)"的基本原則。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點： i) 無鉆孔擾動：柔性排水竹纖桿總直徑約l〇mm~18mm，采用人工靜力直接插入遺址土 體，無鉆孔機具對土遺址本體的振動擾動； ii) 無灌漿污染：柔性排水竹纖桿無需灌漿工藝，無灌漿材料固化反應(yīng)對遺址土的此 生污染病害； iii) 純天然材料：柔性排水竹纖桿采用天然竹材加工制作，同鋼筋水泥材料等人造材 料相比，其線剛度足夠小，與遺址土具有良好的變形協(xié)調(diào)能力和環(huán)境適宜性； iv) 適當(dāng)排水-適當(dāng)補強相結(jié)合：柔性排水竹纖桿將排水-補強功能集合于一體，通過 排水結(jié)構(gòu)層的"適當(dāng)排水減壓"功能能適