CN109024486A - 一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，包括基础，基础设置在库岸边坡坡脚的河床，基础的顶面与河床顶面同高，XPS保温板和复合防排水板在库岸边坡的边坡坡面上自基础的顶面至顶部预设高度从内侧向外侧依次设置，复合防排水板的外侧自基础的顶面至浪涌高度设置有石笼挡墙，复合防排水板的外侧自浪涌高度至顶部预设高度设置有雷诺护垫，顶部预设高度大于浪涌高度，单向排水管在基础的顶面至顶部预设高度之间的库岸边坡的边坡坡面上呈梅花点阵布置。还公开了一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构的施工方法。本发明能有效提高寒区涉水边坡的抗冻和防冲刷能力。

Description

一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构及其施工方法

技术领域

本发明属于寒区涉水边坡、岸坡防护工程领域，具体涉及一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，还涉及一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构的施工方法，应用于寒区涉水边坡以抗冻和防冲刷为目的的防护工程。

背景技术

在寒冷地区的涉水边坡工程中，边坡的波浪冲刷破坏、冻融破坏等问题一直是防护的重点难题。

涉水边坡坡面长时间遭受波浪的冲刷和侵袭，在受冲刷部位会形成凹槽或空洞，引起上部边坡的垮塌和溜滑。

涉水边坡在冬季，边坡表面下一定深度会冻结。土在冻结过程中，未冻区的水分在冻结力的作用下会不断地向冻结锋面迁移，在冻结面聚集，凝结成冰。涉水边坡由于外界水渗入导致未冻区水分补给充足，因此在冻土中形成大量冰晶，甚至形成冰夹层或者冰透镜体，使边坡土体发生严重的冻胀。春融时，冻土中的冰融化成水，由于土的阻流，融水不能快速排出，形成较大的超孔隙水压力与软弱土夹层，造成岩土体抗剪强度大幅度下降常常导致边坡出现热融滑塌。

寒区涉水边坡暴露在自然环境中，由于涉水不断有水分补给到冻结面，冻结深度也会不断加深，同时低温冻胀加剧了对岩土体原有结构的破坏，边坡深部在春融时软化丧失强度，更加容易造成大型滑坡灾害，因此冻结深度越深，对边坡越不利。

现有技术中应用较多的是石笼防护，虽然能抵抗波浪的冲刷，但无法解决边坡结冻和融化引起的破坏。因此，针对寒区涉水边坡冻融破坏的原因和机理，本发明从阻隔、减少水分补给降低冻土含冰量和保温减小冻结深度的基本原理出发，提供了一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构及其施工方法，提高边坡的抗冻性能，解决现有技术的不足和缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，还提供一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构的施工方法，提高抗冻和抗冲刷性能，有效避免涉水边坡的冲刷破坏和冻融坡坏，并且施工简单、工程成本低廉。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，包括基础，基础设置在库岸边坡坡脚的河床，基础的顶面与河床顶面同高，XPS保温板和复合防排水板在库岸边坡的边坡坡面上自基础的顶面至顶部预设高度从内侧向外侧依次设置，

复合防排水板的外侧自基础的顶面至浪涌高度设置有石笼挡墙，

复合防排水板的外侧自浪涌高度至顶部预设高度设置有雷诺护垫，顶部预设高度大于浪涌高度，

单向排水管在基础的顶面至顶部预设高度之间的库岸边坡的边坡坡面上呈梅花点阵布置，单向排水管的进水段埋设在库岸边坡内，单向排水管的出水段贯穿XPS保温板和复合防排水板，单向排水管与复合防排水板之间通过密封套密封。

如上所述的基础在库岸边坡坡脚的河床沿库岸边坡坡脚呈多段设置，相邻段的基础之间设置沉降缝，沉降缝之间填充有沥青密封膏。

如上所述的复合防排水板包括复合土工膜、三维土工网芯、滤水土工布，复合土工膜一侧朝向坡外，滤水土工布一侧朝坡内。

如上所述的石笼挡墙包括沿复合防排水板的外侧自基础的顶面至浪涌高度水平错开叠放的水平石笼，水平石笼与复合防排水板之间的空隙设置有粒径为10～20cm的填充卵石；所述的雷诺护垫包括在复合防排水板外侧设置的坡面石笼，坡面石笼内填充有15～20cm的卵石。

如上所述的单向排水管的进水段设置进水花孔，滤水土工布包裹在单向排水管的进水段并通过绑丝绑扎，滤水土工布覆盖所有进水花孔。

如上所述的密封套包括管套和设置在管套一端的管套底座，单向排水管贯穿管套，单向排水管与管套之间设置有环氧树脂胶水，管套底座通过环氧树脂胶水与复合防排水板的位于外侧的复合土工膜连接。

一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、在枯水期施工，沿防护的库岸边坡延伸方向分成若干施工段；

步骤2、依次对每个施工段进行施工，具体为：

步骤2.1、在库岸边坡坡脚的河底开挖施工段的基础槽，在基础槽中浇筑基础，基础底面埋入河床，基础的顶面与河床顶面同高，相邻施工段的基础之间设置沉降缝，沉降缝内填充沥青密封膏；

步骤2.2、平整库岸边坡的坡面，在库岸边坡的坡面上自基础的顶面至顶部预设高度拼装铺设XPS保温板；

步骤2.3、在XPS保温板外侧自基础的顶面至顶部预设高度铺设复合防排水板，复合防排水板包括复合土工膜、三维土工网芯、滤水土工布，复合土工膜一侧朝向坡外，滤水土工布一侧朝坡内，不同施工段的复合防排水板横向搭接，同一施工段的复合防排水板横向搭接，搭接处采用热熔焊接；

步骤2.4、施工贯穿复合防排水板和XPS保温板并延伸至库岸边坡内的单向排水管钻孔，将单向排水管的进水段插入到单向排水管钻孔中，单向排水管与复合防排水板之间安装密封套；

步骤2.5、在基础的顶面至浪涌高度的高度范围内，沿复合防排水板外侧从下至上水平错开叠放水平石笼，每层水平石笼绑扎连接后在水平石笼中投放粒径为15～20cm的卵石，在水平石笼与复合防排水板之间的空隙设置粒径为10～20cm的填充卵石；

步骤2.6、在浪涌高度至顶部预设高度的高度范围内，在复合防排水板外侧安设坡面石笼，坡面石笼中投放直径15～20cm的卵石；

步骤2.7、在顶部预设高度处搭设顶部横梁模板并浇筑顶部横梁，复合防排水板的顶侧和雷诺护垫的顶侧浇筑进顶部横梁内。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

第一，本发明与现有石笼防护结构相比，增设了复合防排水板和单向排水管，达到了通过阻隔水分渗入边坡、减少边坡体含水率来提高边坡抗冻性的目的。复合防排水板和单向排水管能够将边坡土体中的水排出并防止外界水进入边坡，阻断水分补给能有效减少边坡冻结土的厚度和含冰量，防止春融期边坡滑塌灾害。

第二，与现有结构石笼防护结构相比，本发明增设了XPS保温板，可以起到保温隔热，降低边坡冻结深度的作用，能有效提高边坡抗冻性。

第三，该结构通过在直接浸水的边坡下部设置石笼挡墙，在非直接浸水的边坡上部设置雷诺护垫，增加了涉水边坡的抗冲刷能力和抗冻性，提高了涉水边坡坡脚的稳定性。石笼挡墙具有表面粗糙、孔隙大、透水性好的特点，将其设置在涌浪高度范围内的边坡外侧，能有效抵抗波浪对边坡的冲刷和侵蚀，避免波浪直接冲刷掏空坡体引起的边坡失稳破坏；另一方面，石笼挡墙和雷诺护垫的大孔隙结构和良好的协调变形性能使结构本身在边坡冻融变形过程中不会产生破坏，增加了结构的寿命，能够对边坡提供长久可靠的防护效果。再次，雷诺护垫的大孔隙结构能够减弱热传导，起到一定的保温隔热作用，增加边坡抗冻性。

第四，本发明的结构简单、经济合理、功能可靠、施工快捷、使用寿命长，能有效提高涉水边坡的抗冻性和防冲刷能力，大幅减弱边坡的冻融破坏，有利于涉水边坡的长期稳定。

附图说明

图1为本发明的结构断面图；

图2为水平石笼的结构示意图；

图3为坡面石笼的结构示意图；

图4为复合防排水板的结构示意图；

图5为单向排水管的结构示意图；

图6为密封套的结构示意图。

其中：1—基础，2—石笼挡墙，2A—水平石笼，3—填充卵石，4—XPS保温板，5—复合防排水板，5A—复合土工膜，5B—三维土工网芯，5C—滤水土工布，6—雷诺护垫，6A—坡面石笼，7—顶部横梁，8—单向排水管，8A—进水花孔，8B—绑丝，9—原地面线，10—密封套，10A—密封套套管，10B—密封套底座，h1—最低水位，h2—最高水位，h3—浪涌高度。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，包括基础1、XPS保温板4、复合防排水板5、石笼挡墙2、雷诺护垫6、顶部横梁7、单向排水管8。

所述的基础1由水泥混凝土建造，基础1设置在库岸边坡坡脚的河床，基础1的顶面与河床顶面同高。

基础1底面埋入河床，基础1高1m左右，基础1在库岸边坡坡脚的河床沿库岸边坡坡脚呈多段设置，相邻段的基础1之间设置沉降缝，沉降缝采用沥青密封膏密封，多段基础1可通过在库岸边坡坡脚的河床上沿库岸边坡坡脚开挖基础槽后分段浇筑。

XPS保温板4和复合防排水板5在库岸边坡的边坡坡面上自基础1的顶面至顶部预设高度（本实施例中顶部预设高度为浪涌高度h3+5m）从内侧向外侧依次设置，

复合防排水板5的外侧自基础1的顶面至浪涌高度h3设置有石笼挡墙2，

复合防排水板5的外侧自浪涌高度h3至顶部预设高度设置有雷诺护垫6，

XPS保温板4又称挤塑式聚苯乙烯隔热保温板，厚度30cm左右，每块1m×1m，相互拼接铺设，其具有极低的吸水性、低导热系数、高抗压性、高抗老化性的有优点，用以保温隔热，防止边坡冻结。

复合防排水板5，材料型号（兰普森LPS-1600），是一种集排水、防水功能与一体的新型防排水材料，其结构如图4所示，复合防排水板5包括复合土工膜5A、三维土工网芯5B、滤水土工布5C，具有横向快速导水性和纵向不透水性。复合土工膜5A一侧朝向坡外，滤水土工布5C一侧朝坡内，三维土工网芯5B位于复合土工膜5A和滤水土工布5C之间，使得边坡体内的水能够沿三维土工网芯5B流向低处的单向排水管，通过单向排水管排出，同时阻止边坡外的水渗入到边坡内，具有阻断边坡水分补给，降低边坡含水量的作用，可有效减弱边坡的冻结。

石笼挡墙2包括沿复合防排水板5的外侧自基础1的顶面至浪涌高度水平错开叠放的水平石笼2A，水平石笼2A与复合防排水板5之间的空隙设置有粒径为10～20cm的填充卵石3，各个水平石笼2A之间采用镀锌钢丝螺旋状绑扎。石笼挡墙2构成的墙状构筑物，属于柔性支护结构，能够产生一定的协调变形而不破坏，具有支挡坡脚、稳定边坡、防止水流冲刷的作用。

雷诺护垫6包括在复合防排水板5外侧设置的坡面石笼（6A），坡面石笼（6A）内填充有15～20cm的卵石。各个坡面石笼6A之间通过镀锌钢丝螺旋状绑扎。雷诺护垫6为厚度远小于长度和宽度的垫形工程构件，具有防护坡面和抗冲刷的作用。

水平石笼2A和坡面石笼6A，都是由机编双绞合六边形镀锌钢丝网面构成的内部填充碎石或卵石的箱型结构。其中水平石笼2A长2m，宽1.5m，厚1m，坡面石笼6A长2m，宽1.5m，厚0.3m。水平石笼2A和坡面石笼6A中的卵石粒径均为15～20cm。水平石笼2A和坡面石笼6A均采用镀锌钢丝制作，镀锌钢丝采用3～4mm的镀锌五铝钢丝，抗拉强度450N/mm²，延伸率不小于10%，双线绞合长度不小于3cm，网孔直径6cm。水平石笼2A和坡面石笼6A具有强度高、耐腐蚀，使用寿命长的特点。

单向排水管8，单向排水管8在基础1的顶面至顶部预设高度之间的库岸边坡的边坡坡面上呈梅花点阵布置，上下左右间隔1.5～2.5m。单向排水管8深入边坡3～5m，穿过XPS保温板4和复合防排水板5，单向排水管8和复合排水板5之间通过密封套10密封，用以实现边坡内向边坡外单向排水的功能，具有降低边坡的含水率，减弱边坡冻结的作用。单向排水管8如图5所示,可采用现有专利成果，专利号CN 204676505 U或CN 204343314 U。单向排水管8插入边坡内的部分为进水段，单向排水管8的进水段设置进水花孔8A，进水花孔8A直径为1cm，进水花孔8A在单向排水管8的进水段上周向均匀分布（优选进水花孔8A为4个），进水花孔8A沿单向排水管8的进水段的纵向间距为15cm。单向排水管8的进水段包裹滤水土工布5C，滤水土工布5C应覆盖所有进水花孔8A，并采用绑丝8B绑扎。

安装时，单向排水管8出水端依次穿过XPS保温板4和复合防排水板5，单向排水管8与复合防排水板5之间设置有密封套10，密封套10包括管套10A和设置在管套10A一端的呈帽沿状的管套底座10B，单向排水管8出水端穿过管套10A，单向排水管8与管套10A之间通过环氧树脂胶水粘结密封，管套底座10B通过环氧树脂胶水粘结在复合防排水板5的位于外侧的复合土工膜5A上。

在顶部预设高度处搭设顶部横梁模板并浇筑顶部横梁7，复合防排水板5的顶侧和雷诺护垫的顶侧浇筑进顶部横梁7内，用以保护XPS保温板4、复合防排水板5的顶侧，顶部横梁7与雷诺护垫6连接，使雷诺护垫6协调受力。

本发明还提供了一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、分段施工：应在枯水期施工，沿防护的库岸边坡延伸方向按设定长度（本实施例中为20m）分成若干施工段；

步骤2、依次对每个施工段进行施工，具体为：

步骤2.1、施工基础：在库岸边坡坡脚的河底开挖施工段的基础槽，在基础槽中浇筑基础1，基础1底面埋入河床，基础1的顶面与河床顶面同高，相邻施工段的基础1之间设置沉降缝，沉降缝内填充沥青密封膏；

步骤2.2、铺设XPS保温板4：平整库岸边坡的坡面，在库岸边坡的坡面上自基础1的顶面至顶部预设高度拼装铺设XPS保温板4；

步骤2.3、施工复合防排水板5：在XPS保温板4外侧自基础1的顶面至顶部预设高度铺设复合防排水板5，复合防排水板5包括复合土工膜5A、三维土工网芯5B、滤水土工布5C，复合土工膜5A一侧朝向坡外，滤水土工布5C一侧朝坡内，三维土工网芯5B位于复合土工膜5A与滤水土工布5C之间，不同施工段的复合防排水板5横向搭接20cm，同一施工段的复合防排水板5横向搭接20cm，搭接处采用热熔焊接；

步骤2.4、施工单向排水管8：施工贯穿复合防排水板5和XPS保温板4并延伸至库岸边坡内的单向排水管钻孔，将单向排水管8的进水段插入到单向排水管钻孔中，单向排水管8与复合防排水板5之间安装密封套10；

步骤2.5、施工石笼挡墙2：在基础1的顶面至浪涌高度的高度范围内，沿复合防排水板5外侧从下至上水平错开叠放水平石笼2A，每层水平石笼2A绑扎连接后在水平石笼2A中投放粒径为15～20cm的卵石，在水平石笼2A与复合防排水板5之间的空隙设置粒径为10～20cm的填充卵石3，然后再施工上一层水平石笼，直至施工完毕；

步骤2.6、施工雷诺护垫6：在浪涌高度至顶部预设高度的高度范围内，在复合防排水板5外侧安设坡面石笼6A，坡面石笼6A中投放直径15～20cm的卵石，绑扎连接各个坡面石笼6A；

步骤2.7、浇筑顶部横梁7：在顶部预设高度处搭设顶部横梁模板并浇筑顶部横梁7，复合防排水板5的顶侧10cm的部分和雷诺护垫的顶侧10cm的部分浇筑进顶部横梁7内。

将XPS保温板4、复合防排水板5和单向排水管8组合起来，并与雷诺护垫和石笼挡墙进行结合，形成了具有同时提高寒区涉水边坡抗冻性能和防冲刷性能的双重效果的防护结构，是本发明的主要创新点。

一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，通过设置复合防排水板5和单向排水管8，达到了通过阻隔水分渗入边坡、减少边坡体含水率来提高边坡抗冻性的目的。复合防排水板5和单向排水管8能够将边坡土体中的水排出并防止外界水进入边坡，阻断了水分补和降低了边坡含水率，能有效减少边坡冻结土的厚度和含冰量，弱化边坡冻结，减轻边坡冻融破坏作用。

通过设置XPS保温板4，可以起到良好的保温隔热效果，防止边坡冻融破坏的作用。

通过石笼挡墙2和雷诺护垫6达到了抗冲刷、抗冻和保温隔热的目的。首先，石笼挡墙具有表面粗糙、孔隙大、透水性好、整体性强的特点，将其作为涉水防护结构，能有效抵抗波浪对边坡的冲刷和侵袭，避免波浪直接冲刷掏空坡体导致的边坡失稳破坏；其次，石笼挡墙和雷诺护垫的大孔隙结构和良好的协调变形性能使结构本身在边坡冻融变形过程中不会产生破坏，增加了结构的寿命，能够对边坡提供长久可靠的防护效果；再次，雷诺护垫的大孔隙结构能够减弱热传导，起到一定的保温隔热作用，增加边坡抗冻性。

综上所述，通过以上实施方式，本发明能起到有效提高寒区涉水边坡的抗冻和防冲刷能力，大幅减弱边坡的冻融破坏，保障涉水边坡稳定、安全的有益作用。

以上所述的实施例仅用以说明本发明的技术思想而非限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对上述技术方案进行修改或者对其中部分技术特征进行同等替换。凡在本发明精神和构思的前提下，所作的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，包括基础（1），其特征在于，基础（1）设置在库岸边坡坡脚的河床，基础（1）的顶面与河床顶面同高，XPS保温板（4）和复合防排水板（5）在库岸边坡的边坡坡面上自基础（1）的顶面至顶部预设高度从内侧向外侧依次设置，

复合防排水板（5）的外侧自基础（1）的顶面至浪涌高度设置有石笼挡墙（2），

复合防排水板（5）的外侧自浪涌高度至顶部预设高度设置有雷诺护垫（6），顶部预设高度大于浪涌高度，

单向排水管（8）在基础（1）的顶面至顶部预设高度之间的库岸边坡的边坡坡面上呈梅花点阵布置，单向排水管（8）的进水段埋设在库岸边坡内，单向排水管（8）的出水段贯穿XPS保温板（4）和复合防排水板（5），单向排水管（8）与复合防排水板（5）之间通过密封套（10）密封。

2.根据权利要求1所述的一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，其特征在于，所述的基础（1）在库岸边坡坡脚的河床沿库岸边坡坡脚呈多段设置，相邻段的基础（1）之间设置沉降缝，沉降缝之间填充有沥青密封膏。

3.根据权利要求1所述的一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，其特征在于，所述的复合防排水板（5）包括复合土工膜（5A）、三维土工网芯（5B）、滤水土工布（5C），复合土工膜（5A）一侧朝向坡外，滤水土工布（5C）一侧朝坡内。

4.根据权利要求1所述的一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，其特征在于，所述的石笼挡墙（2）包括沿复合防排水板（5）的外侧自基础（1）的顶面至浪涌高度水平错开叠放的水平石笼（2A），水平石笼（2A）与复合防排水板（5）之间的空隙设置有粒径为10～20cm的填充卵石（3）；所述的雷诺护垫（6）包括在复合防排水板（5）外侧设置的坡面石笼（6A），坡面石笼（6A）内填充有15～20cm的卵石。

5.根据权利要求1所述的一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，其特征在于，所述的单向排水管（8）的进水段设置进水花孔（8A），滤水土工布（5C）包裹在单向排水管（8）的进水段并通过绑丝（8B）绑扎，滤水土工布（5C）覆盖所有进水花孔（8A）。

6.根据权利要求3所述的一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构，其特征在于，所述的密封套（10）包括管套（10A）和设置在管套（10A）一端的管套底座（10B），单向排水管（8）贯穿管套（10A），单向排水管（8）与管套（10A）之间设置有环氧树脂胶水，管套底座（10B）通过环氧树脂胶水与复合防排水板（5）的位于外侧的复合土工膜（5A）连接。

7.一种寒区涉水边坡抗冻防冲刷防护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、在枯水期施工，沿防护的库岸边坡延伸方向分成若干施工段；

步骤2、依次对每个施工段进行施工，具体为：

步骤2.1、在库岸边坡坡脚的河底开挖施工段的基础槽，在基础槽中浇筑基础（1），基础（1）底面埋入河床，基础（1）的顶面与河床顶面同高，相邻施工段的基础（1）之间设置沉降缝，沉降缝内填充沥青密封膏；

步骤2.2、平整库岸边坡的坡面，在库岸边坡的坡面上自基础（1）的顶面至顶部预设高度拼装铺设XPS保温板（4）；

步骤2.3、在XPS保温板（4）外侧自基础（1）的顶面至顶部预设高度铺设复合防排水板（5），复合防排水板（5）包括复合土工膜（5A）、三维土工网芯（5B）、滤水土工布（5C），复合土工膜（5A）一侧朝向坡外，滤水土工布（5C）一侧朝坡内，不同施工段的复合防排水板（5）横向搭接，同一施工段的复合防排水板（5）横向搭接，搭接处采用热熔焊接；

步骤2.4、施工贯穿复合防排水板（5）和XPS保温板（4）并延伸至库岸边坡内的单向排水管钻孔，将单向排水管（8）的进水段插入到单向排水管钻孔中，单向排水管（8）与复合防排水板（5）之间安装密封套（10）；

步骤2.5、在基础（1）的顶面至浪涌高度的高度范围内，沿复合防排水板（5）外侧从下至上水平错开叠放水平石笼（2A），每层水平石笼（2A）绑扎连接后在水平石笼（2A）中投放粒径为15～20cm的卵石，在水平石笼（2A）与复合防排水板（5）之间的空隙设置粒径为10～20cm的填充卵石（3）；

步骤2.6、在浪涌高度至顶部预设高度的高度范围内，在复合防排水板（5）外侧安设坡面石笼（6A），坡面石笼（6A）中投放直径15～20cm的卵石；

步骤2.7、在顶部预设高度处搭设顶部横梁模板并浇筑顶部横梁（7），复合防排水板（5）的顶侧和雷诺护垫的顶侧浇筑进顶部横梁（7）内。