一种用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆.pdf

本实用新型提供了一种用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆，其特征在于，包括一根由竹杆材料加工而成的竹纤维芯，在竹纤维芯上包裹土工织物/布作为排水结构层，所述排水结构层分为三层，最内层为土工布，采用粘结剂与竹纤维芯牢固粘贴，中间层采用具有良好透水性的无纺型土工织物；最外层土木织物为具有一定的垂直向渗透性和过滤性的土工织物。本实用新型用于潮湿环境土遗址加固，可有效解决传统锚固技术扰动大、污染大、不可逆、变形协调适宜性差等不足。

权利要求书
1.  一种用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆，其特征在于，包括一根由竹杆材料加工而成的竹纤维芯，在竹纤维芯上包裹土工织物/布作为排水结构层。

2.  根据权利要求1所述的用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆，其特征在于，所述排水结构层分为三层，最内层为土工布，采用粘结剂与竹纤维芯牢固粘贴，中间层采用无纺型土工织物；最外层为土工织物。

3.  根据权利要求1所述的用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆，其特征在于，所述竹纤维芯的直径为6-10mm，长度为0.5m~2.0m。

4.  根据权利要求2所述的用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆，其特征在于，柔性排水竹纤杆三层排水结构层总厚度约3mm~5mm；总直径约为10mm~18mm。

说明书一种用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆
技术领域
本实用新型涉及一种土遗址加固装置，尤其涉及一种用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆。
背景技术
潮湿低洼环境下土遗址，由于地质成因及特殊的赋存环境，从环境地质、岩土力学的角度看，遗址土具有“黏粒含量高、含水率高、渗透性低、不排水强度低、流变性高”的典型软粘土特征。由于赋存于地势低洼环境，底线水位高，遗址土多处于软塑甚至流塑状态。随着发掘坑（槽）的加深及公开展示的需要，坑内降水及季节性的地下水位的升降，坑壁内外的遗址土产生一定的水力梯度，从而附加的渗透力作用。遗址土在地下渗流力及应力状态调整的双重作用下，坑壁（及坑道底部）、隔梁等部位常出现局部蠕变-流滑-坍塌病害（简称滑塌病害），成为了潮湿低洼环境下地下土遗址的变形破坏的一种主要病害形式。
土遗址的滑塌病害是造成南方潮湿环境下地下土遗址发掘出土后难以长期保持的主要病害原因。潮湿低洼环境地下土遗址发掘调查完成后，常采取覆土等措施恢复地下土遗址原有的赋存状态，这是长久保存地下土遗址的最好方法；然而，覆土掩埋法难以对地下土遗址进行公开展示、难以发挥土遗址应用的科学、人文、艺术价值。因此，在不破坏地下土遗址原貌、最大限度符合岩土遗址加固保护的前提下，为公开展示地下土遗址发挥其应用的价值，采用适当的加固保护技术手段加固治理滑塌病害，是岩土文物加固保护领域凾待解决的问题。
针对潮湿环境地下土遗址滑塌病害，目前常采用的措施治理及优缺点如下：
方法一：降低周边环境地下水位法。为考古发掘、公开展示的需要，通过降低地下土遗址坑（槽）内外的地下水位法或者止水（截断土遗址周边地下水位水的补充路径）方法，使得地下土遗址处于低地下水位赋存环境，随着遗址土含水率的降低其抗剪强度、坑壁稳定性提高，可减小或消除地下土遗址的滑塌型失稳破坏；但这种方法明显地改变了土遗址既有的赋存地质环境，使得土遗址暴露于大气环境下，大气环境温湿度的剧烈改变使得土遗址坑壁干缩开裂病害突出，同时风化病害（粉化、剥落、掉块）明显加剧，加速了地下土遗址的消亡，不符合地下土遗址加固保护的原则和目的。
方法二：化学加固材料表面防护。化学加固是目前国际上普遍认可的土遗址加固的科学方法。化学加固材料与土遗址所处地质环境的长期适宜性、化学加固材与大气环境的长期适宜性，这是化学材料加固保护土遗址历来都重视的问题。长期以来，我国在加固保护北方干旱环境下土遗址方面卓有成效，开发研究出了系列化学加固材进行土遗址表明防风化加固，取得了一定效果；但对潮湿低洼环境下由于雨水及地下水较多，多家文物保护单位进行了多种化学加固材的开发研究及应用研究，仍然没有取得令人满意的效果。如敦煌研究院研制开发的PS化学加固材在北方干旱地区应用效果较好，但对潮湿低洼环境下土遗址表层防护时，加固与防护效果不甚理想。另外，土遗址表层进行化学防护加固处理后，由于表层遗址土物理力学性质的改变，常出现加固层与未加固层剥离的新病害的问题；而且化学加固属于不可逆的加固措施，难以满足岩土遗址加固“不改变原貌”“可逆性修复”加固的基本原则。
方法三：岩土锚杆锚固技术。常采用岩土锚杆（索）技术进行大体量岩土遗址的加固和稳定，一般采用钻孔设备钻孔，然后孔内设锚杆并使用灌浆设备灌浆，浆体硬化后起到加固稳定遗址岩土体的作用，这种锚杆技术的主要技术指标为：i) 钻孔设备根据岩土体的性质，大多采用电动钻、风钻，所对应的钻孔直径一般为90 mm~ 130 mm；最小孔径一般均大于40mm;ii) 根据锚固体的性质，钻孔深度5.0m~20.0m，一般不小于2.0m;iii) 灌浆设备通常采用压力灌浆，灌浆压力一般为0.2MPa~0.6MPa。这种锚杆技术具有孔径大、锚固深、间距大、灌浆压力大的特点，应用于大体量的岩土遗址的加固是可行的，从设计到加固计算理论已趋成熟；但潮湿环境下地下土遗址的滑塌病害是一种遗址土蠕变-流动-滑塌型破坏，其病害机理完全不同于大体量危岩体的变形破坏机理。传统岩土锚固技术应用于潮湿环境地下土遗址滑塌病害加固治理时，主要存在如下不足或者缺陷：
i)                    钻孔直径大，在遗址表明易留下明显痕迹，影响外观；
ii)                  在潮湿低洼环境下地下土遗址多处于软塑-流塑状态，在其中进行钻孔对土遗址扰动大、钻孔振动易造成遗址土体结构强度的降低，不但加速了滑塌病害的发展且钻孔极易缩径塌孔，难以进行锚杆锚固施工；
iii)                传统的锚杆注浆技术，注浆压力大，由于注浆在流塑状态的遗址土中增加了劈裂压力，易加剧蠕变-滑塌病害的发展；且注浆材料在硬化过程中和遗址土相互作用，易生成新的可溶盐，可溶盐分的在土遗址中的迁移是遗址土风化的主要诱因；
iv)                灌浆锚杆锚固体与遗址土强度、刚度相差悬殊，与土遗址滑塌病害变形协调性差，属于不可逆性物理化学加固技术，不符合土遗址加固“适当干预”“可逆性修复”的原则。
可见，传统锚杆灌浆技术加固潮湿低洼环境下土遗址的滑塌病害存在明显的不相适宜性；针对潮湿环境下地下土遗址坑壁滑塌病害力学机理，开发研究与滑塌病害特征相适宜又能较好地符合土遗址加固保护基本原则的专门锚固技术，是潮湿环境地下土遗址发掘保护凾待解决的技术问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆，以解决传统锚固技术加固潮湿环境地下土遗址滑塌病害技术中的如下几个问题：(i) 钻孔直径大对土遗址外观的影响问题；(ii) 钻孔振动对土遗址滑塌病害的加剧及缩径塌孔问题；(iii) 传统注浆技术注浆压力大对土遗址滑塌病害的加剧问题及浆液固化生成可容盐分对土遗址的病害加剧问题；(iv) 传统锚固技术与滑塌病害强度、刚度不协调及不可逆性加固问题。
本实用新型采用了下述技术方案，一种用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆，其特征在于，包括一根由竹杆材料加工而成的竹纤维芯，在竹纤维芯上包裹土工织物/布作为排水结构层。
作为优选，所述排水结构层分为三层，最内层为土工布，采用粘结剂与竹纤维芯牢固粘贴，中间层采用具有良好透水性的无纺型土工织物；最外层土木织物为具有一定的垂直向渗透性和过滤性性的土工织物/布。
所述竹纤维芯的直径为6-10mm，长度为0.5m~2.0m。
柔性排水竹纤杆三层排水结构层总厚度约3mm~5mm；总直径约为10mm~18mm。
最内层的土工布（厚度约0.1mm~0.5mm），采用环氧树脂等粘结剂与竹纤杆牢固粘贴，目的是增加界面握裹力；中间层采用具有良好透水性（水平及垂直渗透系数约10-1~10-2cm/s）的无纺型土工织物（厚度约2mm），目的是在软塑-流塑性遗址土中起到适当排水减压、提高遗址土体本身的不排水抗剪切强度的作用；最外层土木织物为具有一定的垂直向渗透性和过滤性性的土工织物，目的是即可透水减压又可以增加与遗址土界面的表面摩阻力。
与现有技术比较，采用本实用新型进行潮湿环境土遗址加固具有如下优点：
i)                    无钻孔扰动：采用人工静力直接插入遗址土体，无钻孔机具对土遗址本体的振动扰动；
ii)                  无灌浆污染：柔性排水竹纤杆无需灌浆工艺，无灌浆材料固化反应对遗址土的此生污染病害；
iii)                纯天然材料：柔性排水竹纤杆采用天然竹材加工制作，同钢筋水泥材料等人造材料相比，其线刚度足够小，与遗址土具有良好的变形协调能力和环境适宜性；
iv)                适当排水-适当补强相结合：柔性排水竹纤杆将排水-补强功能集合于一体，通过排水结构层的“适当排水减压”功能能适当提高遗址土体的不排水抗剪切强度，发挥遗址土体本身的自稳能力；竹纤杆芯材具有良好的顺纹（纵向）抗拉强度，能够起到加筋效果；“适当排水-适当补强”的效果符合土遗址加固中增强体强度与遗址土本体强度刚度不宜过于悬殊的加固保护理念；
v)                  可逆性纯物理加固：柔性排水竹纤杆能够根据遗址土体的动态稳定性和加固技术理念的更新，可随时拆除进行更进一步的加固保护，这种可逆性纯物理加固技术能够较好的符合土遗址加固“可逆性”加固保护的原则。
附图说明
图1为本实用新型所述柔性排水竹纤杆的横断面图。
图2为本实用新型所述柔性排水竹纤杆的纵断面图
在图中 ：1. 竹纤维芯   2. 土工布   3. 无纺型土工织物   4. 土工织物   5. 柔性排水竹纤杆。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施方式对本实用新型作进一步阐明。
如图1和图2所示，一种用于潮湿环境土遗址加固的柔性排水竹纤杆包括一根由竹杆材料加工而成的竹纤维芯1，在竹纤维芯1上包裹土工织物/布作为排水结构层，所述排水结构层分为三层，最内层为土工布2，采用粘结剂与竹纤维芯1牢固粘贴，中间层采用具有良好透水性的无纺型土工织物3；最外层土木织物为具有一定的垂直向渗透性和过滤性性的土工织物4。
为调整长细比，使得竹纤维芯1刚度足够小，具有良好的适应弯曲变形的柔度和足够的抗拉强度，所述竹纤维芯的直径为6-10mm，长度为0.5m~2.0m。还可根据需要作防腐防蚀处理。
最内层的土工布厚度约0.1mm~0.5mm，采用环氧树脂等粘结剂与竹纤杆牢固粘贴，目的是增加界面握裹力；中间层采用具有良好透水性（水平及垂直渗透系数约10-1~10-2cm/s）的无纺型土工织物（厚度约2mm），目的是在软塑-流塑性遗址土中起到适当排水减压、提高遗址土体本身的不排水抗剪切强度的作用；最外层土木织物为具有一定的垂直向渗透性和过滤性性的土工织物，目的是即可透水减压又可以增加与遗址土界面的表面摩阻力。
柔性排水竹纤杆5三层排水结构层总厚度约3mm~5mm；总直径约为10mm~18mm。
在潮湿环境地下土遗址开挖过程、或公开展示期间，根据遗址土滑塌病害的规模和特征，将柔性排水竹纤杆5以一定间距、长度、角度静力人工插入遗址土；无钻孔、灌浆施工工艺和环节；露出在遗址土表面的柔性排水竹纤杆5可采用遗址土涂敷做旧处理。
柔性排水竹纤杆5通过“适当排水-适当补强”作用可有效治理遗址土滑塌病害；是一种采用天然材料的无污染、纯物理、可逆性加固技术；根据潮湿环境地下土遗址发掘进程、公开展示过程中的稳定性的动态变化，以及土遗址加固保护技术和理念的更新，可抽出柔性排水竹纤杆，这种可逆性修复加固技术为土遗址的长期保护留有空间和余地，能够够很好地符合土遗址加固“最小干预”“可逆性修复”的基本原则。