发明内容
本发明的目的在于提供一种高陡岩质边坡的综合防护方法,旨在解决现有高陡岩质边坡绿化结构崩塌、掉块、植物生长的基土无法在边坡上存留、边坡运土、覆土困难的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种高陡岩质边坡的综合防护方法,包括以下步骤:
步骤一:清理高陡岩质边坡坡面
清除高陡岩质边坡坡面的植被、松动土石和堆积层;
步骤二:打设锚钉和铺设菱形钢丝网
(1)打设锚钉
打出安装孔,将锚钉一端钉入所述安装孔的深度为50cm,相邻锚钉间距为1.2m,向所述安装孔内灌注水泥浆以固定锚钉,锚钉的外露部分涂刷防锈漆,锚钉采用“L”型螺纹钢;
(2)铺设菱形钢丝网
从高陡岩质边坡顶部自上而下顺着坡势下铺菱形钢丝网,上下搭接时,下面的菱形钢丝网在底层,相邻两块菱形钢丝网搭接区域横向长度不小于10cm,纵向搭接长度不小于15cm,所述搭接区域用铁丝间隔50cm绑扎连接,铺设时,拉紧铺平菱形钢丝网,采用铁丝将菱形钢丝网与锚钉锁定;
步骤三:绑扎植生带
用无纺布缝制的筒,直径为10cm,长为1.5m~2m,筒内灌装基土,在所述菱形钢丝网上绑扎植生带;
步骤四:安装锚杆
打安装孔后,安装锚杆,锚杆端部套丝长度20cm,每一根所述锚杆的一端伸出所述岩质坡体之外的长度范围为10~18cm,另一端固定于所述岩质坡体中,锚杆纵向间距、横向间距分别为3.3m、4m,安装锚杆后,再注浆以固定锚杆,注浆时注浆管插至距所述安装孔底部50-100mm处,随砂浆的注入均速拔出;
步骤五:安装主动防护网
所述锚杆注浆14天后安装主动防护网和锚垫板,相邻主动防护网重叠1~2个网孔宽度,重叠处采用直径为8mm的镀锌铁丝进行缝合,将缝合成整体的防护网拉平、张紧,将与锚杆对应处的主动防护网用铁丝固定在锚杆端部,边界钢丝绳在对应锚杆位置沿纵向与横向穿在主动防护网孔眼内,边界钢丝绳固定时先将一个端头用两个绳卡锁定,挂在锚杆上,然后交替穿过主动防护网孔眼,在另一端用力收紧,并用两个绳卡将其末端固定在对应锚杆上,边界钢丝绳与主动防护网连接成整体后,安装预应锚杆和锚垫板,并进行应力锁定,使应力值达到25KN,并使主动防护网与高陡岩质边坡的岩面贴合,锚垫板以先安装低凹处,再安装突出处的顺序进行,主动防护网未覆盖坡面时,在所述边坡凹坑处加设锚杆、锚垫板,以使主动防护网扣合于坡面;
步骤六:喷播植生,所述喷播植生包括第一层喷射改良土壤、配制混合基材、第二层喷射混合基材
(1)第一层喷射改良土壤
第一次喷射改良土壤,以作为基质土,要求改良土壤喷射均匀,平顺均匀覆盖坡面,凹凸部位要喷射平整,喷射的改良土壤能覆盖主动防护网,主动防护网下无空洞,主动防护网无外露;
(2)配制混合基材
将各种混合基材原料充分混和,所述混合基材原料包括:土壤、蘑菇肥、纸浆、肥料、保水剂、水泥、石膏、多花牵牛、狗牙根、大翼豆、银合、欢山毛豆,在搅拌机中混合搅拌时间至少1分钟,搅拌均匀;
(3)第二层喷射混合基材
第二次喷射所述混合基材原料,调节液压泵送式湿喷机的输送压力、出风量,使混合的基材原料均匀喷射至高陡岩质边坡坡面,采用自上而下、从左到右顺序实施喷播,喷混植生施工适宜的温度为20~30℃,湿度60%~70%,植物的成活率高;
步骤七:覆盖及养护管理
第二层喷射混合基材后,覆盖绿色无纺布,每天早晚浇水以保持土壤湿润,养护期为三个月,直至植被覆盖率达到90%以上。
进一步的,所述菱形钢丝网铁丝是直径2.2mm~2.8mm的镀锌铁丝,幅宽为2m~3m,网孔尺寸为5cm×5cm。
进一步的,所述植生带施工中,植生带采用铁丝或塑料绑带按20cm~30cm间距捆绑在所述菱形钢丝网上。
进一步的,所述锚杆施工中用长度为2.5m的Φ25mm镀锌钢筋锚杆。
进一步的,所述安装主动防护网中的边界钢丝绳为直径16mm的热镀锌钢丝绳,每根长度不超过40m。
进一步的,所述混合基材中每平方米各原料的使用量为:土壤0.05m3、有机质0.05m3、蘑菇肥30kg、纸浆100g、肥料0.05kg、保水剂0.006kg、水泥5-8kg、多花牵牛5g、狗牙根10g、大翼豆15g、银合15g、欢山毛豆5g和适量的石膏。
进一步的,所述第二层喷射混合基材的喷播厚度不小于4cm。
进一步的,所述锚钉、菱形钢丝网、植生带、锚杆、主动防护网和锚垫板均采用滑轨装置运输。
所述综合防护方法的原理是:在所述边坡上用锚钉固定菱形钢丝网,再在菱形钢丝网上绑扎植生带,然后在所述边坡上布设锚杆,通过锚杆端部的锚垫板以及边界钢丝绳将高强钢丝网张紧固定、覆盖于所述边坡上,对所述边坡起到有效加固和防护作用。主动防护网固定完成后进行湿式液压泵送喷播植生,通过调整土料、水泥、基肥、草籽、树种配比,使绿化类型适应不同气候环境和所述边坡条件,最终达到所述边坡加固和绿化的综合防护目的和效果。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明所述主动防护网作为一种边坡柔性支护方式重点解决岩石边坡的崩塌、掉块问题,而且工艺简单、施工速度快。
2、本发明通过锚钉固定菱形钢丝网,在所述钢丝网上绑扎植生带,植生带间用喷射机喷土填平的方法重点解决了岩质边坡绿化植物所需的基土固土问题,提高了喷播土在高陡岩质边坡上的附着力和抗雨水冲刷能力,为所述边坡绿化提供基本条件。
3、本发明采用湿式液压泵送喷播植生技术,将粘土在所述边坡下方搅拌成泥浆状,并在土中掺加植物种子、肥料、保水剂、水泥等填料,通过液压泵喷射到所述边坡坡面上,解决了百米以上所述边坡喷混植生作业的技术难题,有效地使了岩质边坡的绿化效果。
4、本发明针对百米以上所述边坡采用滑轨装置运输,根据边坡形状设计弧线滑轨,减少了轨道摩擦、提高了滑动小车的稳定性。运输简单可行,施工成本低,操作灵活方便,解决了高陡边坡施工材料运输难题。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示,本发明所述一种高陡岩质边坡的综合防护方法包括以下步骤:
步骤一:清理高陡岩质边坡坡面
清除高陡岩质边坡坡面的植被、松动土石和堆积层;
步骤二:打设锚钉和铺设菱形钢丝网
(1)打设锚钉
用手风钻或电钻打出安装孔,将锚钉一端钉入所述安装孔的长度为50cm,间距为1.2m,向所述安装孔内灌注水泥浆以固定锚钉,锚钉的外露部分涂刷防锈漆,锚钉采用“L”型螺纹钢;
(2)铺设菱形钢丝网
从高陡岩质边坡顶部自上而下顺着坡势下铺菱形钢丝网,所述菱形钢丝网铁丝是直径2.2mm~2.8mm的镀锌铁丝,幅宽为2m~3m,网孔尺寸为5cm×5cm,上下搭接时,下面的菱形钢丝网在底层,相邻两块菱形钢丝网搭接区域横向长度不小于10cm,纵向搭接长度不小于15cm,所述搭接区域用铁丝间隔50cm绑扎连接,铺设时,拉紧铺平菱形钢丝网,采用铁丝将菱形钢丝网与锚钉锁定;
步骤三:绑扎植生带
植生带是用无纺布缝制的筒,筒内灌装基土,直径为10cm,长为1.5m~2m,将所述植生带用铁丝或塑料绑带按20cm~30cm间距绑扎在所述菱形钢丝网上;
步骤四:安装锚杆
用手风钻打安装孔后,安装锚杆,所述锚杆施工中用长度为2.5m的Φ25mm镀锌钢筋锚杆,锚杆端部套丝长度20cm,每一根所述锚杆的一端伸出所述岩质坡体之外的长度范围为10~18cm,另一端固定于所述岩质坡体中,锚杆纵向间距、横向间距分别为3.3m、4m,,安装锚杆后,再注浆以固定锚杆,注浆时注浆管插至距所述安装孔底部50-100mm处,随砂浆的注入均速拔出;
步骤五:安装主动防护网
所述锚杆注浆达到14天后安装主动防护网和锚垫板,相邻主动防护网重叠1~2个网孔宽度,重叠处采用直径为8cm的镀锌铁丝进行缝合,将缝合成整体的防护网拉平、张紧,将与锚杆对应处的主动防护网用铁丝固定在锚杆端部,安装主动防护网中的边界钢丝绳为16cm热镀锌钢丝绳,每根长度不超过40m,所述边界钢丝绳在对应锚杆位置沿纵向与横向穿在主动防护网孔眼内,边界钢丝绳固定时先将一个端头用两个绳卡锁定,挂在锚杆上,然后交替穿过主动防护网孔眼,在另一端用力收紧,并用两个绳卡将其末端固定在对应锚杆上,边界钢丝绳与主动防护网连接成整体后,安装预应锚杆和锚垫板,并进行应力锁定,使应力值达到25KN,并使主动防护网与高陡岩质边坡的岩面贴合,主动防护网未覆盖坡面时,在边坡凹坑处加设辅助锚杆、锚垫板,锚垫板扣合于坡面,锚垫板以先安装低凹处,再安装突出处的顺序进行,主动防护网未能覆盖坡面时,在所述边坡凹坑处加设锚杆,锚垫板扣合于坡面;
步骤六:喷播植生,所述喷播植生包括第一层喷射改良土壤、配制混合基材、第二层喷射混合基材
(1)第一层喷射改良土壤
第一次喷射改良土壤,作为基质土。要求改良土壤喷射均匀,不留死角,平顺均匀覆盖坡面。凹凸部位要喷射平整。基质土壤的喷射要能覆盖主动防护网,主动防护网下无空洞,主动防护网无外露。
(2)配制混合基材
按照喷混植生混合基材的配比表,将各种原料等充分混和,搅拌均匀。基材原料在搅拌机中混合搅拌时间≥1分钟。深圳地铁工程喷混植生混合基材配比见表1所示,其它地区应根据边坡性质、土质、气候等条件对基材配比进行调整;
表1喷混植生混合基材配比表
(3)第二层喷射混合基材
第二次喷射所述混合基材原料,调节液压泵送式湿喷机输送压力、出风量,使混合的基材原料均匀喷射至高陡岩质边坡坡面,采用自上而下、从左到右顺序实施喷播,喷混植生施工适宜的温度为20~30℃,湿度60%~70%,植物的成活率高,所述第二层喷射混合基材的喷播厚度不小于4cm;
步骤七:覆盖及养护管理
第二层喷射混合基材后,覆盖绿色无纺布,每天早晚浇水以保持土壤湿润,养护期为三个月,直至植被覆盖率达到90%以上。
所述锚钉、所述菱形钢丝网、所述植生带、所述锚杆、所述主动防护网、所述锚垫板均采用滑轨装置运输。
所述滑轨运输装置采用普通架子管做滑轨,螺纹钢筋锚入岩石做支撑,锚固深度50cm。钢筋支撑外露部分即净高不超过70cm,间距1.0m。卷扬机采用额定拉力为0.5吨的卷扬机,电动机功率3KW,钢丝绳直径11.5mm,卷筒直径180mm,卷筒容绳量45m,钢丝绳额定速度35m/min,整机重量200kg。动力采用Y112M-4型电动机。
所述滑轨运输在卷扬机启动时滑轨和卷扬机受力最大,以此进行力学演算和稳定计算。滑轨稳定计算时平台水平段滑轨和斜坡段滑轨分开计算,其结果更贴近实际,计算项目主要为滑轨的抗弯强度和支撑架稳定性计算。卷扬机稳定性计算主要是卷扬机的抗倾覆性计算和抗滑移性计算以及钢丝绳的拉力验算。以计算结果评定滑轨的安全性并制定配套的安全管理方案,保障运行安全。
计算过程如下:
(1)滑轨稳定性验算
吊篮每次运输10根架子管,每根长6m,壁厚3.0mm,单位重量:3.33kg/m;
吊篮为连根6m长架子管和12.8mΦ20mm钢筋制成;
每次运输吊篮和架子管总重为:
F=(6×10×3.33+6×2×3.33+12.8×2.47)×10=2713.76N,
边坡坡面倾斜度约为55°,垂直运输时吊篮对单根斜坡滑轨的垂直压力:
F垂1=F1/2×cos55°=2713.76÷2×0.574=778.85N,
钢丝绳的最大拉力为启动时的瞬间拉力,此时拉力为卷扬机的额定拉力500kg,垂直运输时吊篮对单根斜坡滑轨的垂直压力:
F垂2=F2/2×cos55°=500×10÷2×0.574=1435N,
斜坡滑轨稳定性计算时垂直运输时吊篮对单根斜坡滑轨的垂直压力取F垂1和F垂2之中的大值,即:F垂=1435N。
吊篮与滑轨之间采用黄油做润滑剂,钢材与钢材之间有润滑时滑动摩擦系数为0.05~0.1,吊篮与滑轨之间是架子管与架子管圆弧面接触,接触面小,本次计算滑动摩擦系数取0.07,滑动摩擦力:F′=0.07×2713.76=189.96N。
1)斜坡段滑轨抗弯强度和挠度验算
滑轨采用壁厚3.0mm、外径48mm的架子管,抗剪强度满足要求,仅对其进行弯矩和挠度进行验算。
①抗弯强度验算
弯矩验算按照三等跨连续梁进行计算,跨间距即钢筋支撑间距l=1.0m,动荷载系数取1.4,净荷载系数取1.2,当荷载位于跨中时弯矩和挠度最大。
架子管自重均布净荷载:q=3.33×10×cos55°=19.1N·m,
最大弯矩:M=0.08×1.2×q×l2+0.2×1.4×F垂×l=0.08×1.2×19.1×1×1+0.2×1.4×1435×1=403.6N·m。
抗弯强度:架子管截面抵抗矩W=4493mm3,σ=M/W=403.6×1000÷4493=89.83N/mm2<205N/mm2=f。
②挠度验算
挠度计算按照二等跨连续梁偏安全,容许长细比取150,钢材弹性模量E=206KN/mm2,架子管惯性矩I=10.78cm4,则:
ν=0.521×q×l4÷(100×E×I)+1.497×F垂×l3÷(100×E×I)=0.972mm<1000/150=6.67mm。
2)斜坡段支撑稳定性验算
滑轨支撑采用Φ22mm螺纹钢筋,入岩50cm,净高h=70cm,面积A=380.13mm2,惯性矩I=11499.01mm4,回转半径i=5.5mm,长度系数μ取1.5。
①对稳定性公式适用范围进行验算
柔度λ=μh/i=1.5×700÷5.5=190.9,小于钢结构支撑容许长细比[λ]=200。
②稳定性验算
由λ=190.9查得ψ=0.218,则:
Fˊ垂/(ψA)=(1435+19.1)÷(0.218×380.13)=17.55N/mm2<205N/mm2=f。
3)平台水平段滑轨弯矩和挠度验算
①最大弯矩
M=0.08×1.2×q×l2+0.2×1.4×F×l=0.08×1.2×33.3×1×1+0.2×1.4×1356.88×1=383.1N·m。
②抗弯强度
架子管截面抵抗矩W=4493mm3,则:
σ=M/W=383.1×1000÷4493=85.27N/mm2<205N/mm2=f。
②挠度验算
挠度计算按照二等跨连续梁偏安全,容许长细比取150,钢材弹性模量E=206KN/mm2,架子管惯性矩I=10.78cm4,则:
ν=0.521×q×l4÷(100×E×I)+1.497×F×l3÷(100×E×I)
=0.923mm<1000/150=6.67mm。
4)平台水平段稳定性验算
①对稳定性公式适用范围进行验算
柔度λ=μh/i=1.5×700÷5.5=190.9,小于钢结构支撑容许长细比[λ]=200,满足公式要求。
②稳定性验算
由λ=190.9查得ψ=0.218,则:F垂/(ψA)=1356.88÷(0.218×380.13)=16.37N/mm 2<205N/mm2=f,满足稳定性要求。
(2)卷扬机稳定性验算
卷扬机底座尺寸1.31m×0.96m,垂直钢丝绳方向长1.31m,平行钢丝绳方向长0.96m。卷扬机重量200kg,因为电动机装在底座偏后侧,卷扬机的重心偏后,为了偏于安全,假设卷扬机的重心在底座中心处。
钢丝绳的角度与水平的夹角55°,受力点在钢丝绳与滚筒相切处。钢丝绳的最大拉力为启动时的瞬间拉力,此时拉力为卷扬机的额定拉力500kg,卷扬机重力和钢丝绳拉力的力矩以底座底部外侧点B点为支点。
1)抗倾覆验算
F1=200×10=2000N,F2=500×10=5000N,则:
F1距B点的距离L1=0.48m,F1对B点的力矩:m1=F1×L1=2000×0.48=960N·m,
F2距B点的距离L2=0.07m,F2对B点的力矩:m2=F2×L2=5000×0.07=350N·m,
安全系数=m1/m2=2.743,而且底座四个角还有四根地锚增加抗倾覆性,满足抗倾覆要求。
2)抗滑移验算
在卷扬机底座的四个角做地锚,采用Φ22mm螺纹钢筋锚入地面不低于50cm,外露20cm。地锚的抗剪强度满足要求,需要进行验算的是土的抗剪强度,卷扬机和土的摩擦系数取0.4,则:提升时摩擦力:F摩=0.4×(2000+5000×sin55°)=2438.3N。
提升作业时钢丝绳拉力的水平分力,通过四根地锚对土体进行挤压破坏,每根地锚对土体的压力,则:F压=(cos55°F2-F摩)/4=(0.574×5000-2438.3)÷4=107.93N。
压力面积A压=0.022×0.5=0.011m2,地锚对土的压强:P=F压/A=9.812KPa,根据深云车辆段素填土粘聚力平均值Cq=23.8KPa,地锚对土的压强P=9.812KPa<素填土粘聚力平均值Cq=23.8KPa,满足卷扬机抗滑移稳定性要求。
3)钢丝绳拉力验算
卷扬机工作级别取M3,安全系数Kn取3.55。钢丝绳直径应满足如下公式:
d=钢筋直径,Fo=卷扬机额定拉力,取5000N,Kn=钢丝绳安全系数,取3.55,K'=钢丝绳最小破断拉力系数,取0.332,Ro=钢丝绳公称抗拉强度,取1400N/mm2,则:
卷扬机适配钢丝绳直径d=11.5mm>6.18mm,满足要求。
经过计算滑轨的抗弯强度、支撑架稳定性和卷扬机稳定性满足要求。
本发明选取深圳市城市轨道交通7号线深云车辆段场坪北、东、南三面均为岩质高边坡进行所述的防护方法,该高陡岩质边坡高度为146m,边坡坡率为1:0.5~1:1,经过施工,该项工程施工进度块、质量高、生态复绿效果好。
本发明选取安托山停车场的边坡进行所述的防护方法,该高陡岩质边坡高度为89m,经过施工,该边坡达到了生态防护及综合防护的效果。