CN110295614A - 冻土区边坡支护装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冻土区边坡支护装置及系统。其中，冻土区边坡支护装置包括：支护板、钢筋网和缓冲机构；冻土区边坡包括：相接触的冻融活动层和稳定层，支护板与将冻融活动层开挖后裸露的稳定层相连接；钢筋网的两端分别与支护板和缓冲机构一一对应地可拆卸连接，缓冲机构用于缓冲冻胀引起的坡体形变。本发明中，能够有效地保证支护装置的稳定性，持续对冻土区边坡进行支护，即使在季节变化引起的冻胀和连续性冻融的情况下也能保证对冻土区边坡面的支护，并且，缓冲机构的设置能够有效地对冻土区边坡在季节变化条件下因冻胀引起坡体的形状变化进行缓冲，从而更好地适应冻土区边坡季节变化导致的坡体变形，能够持续对冻土区边坡进行支护。

Description

冻土区边坡支护装置及系统

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体而言，涉及一种冻土区边坡支护装置及系统。

背景技术

高寒多年冻土区的线性工程是指市政道路、管道、铁路、公路等工程。随着国民经济建设、旅游业以及国防建设的发展，交通运输需求量的加大，国家加大了对铁路、公路、管道等建设的投资。在多年冻土地区，修筑线性工程都会受到冻土稳定性的影响，并且，冻胀、融沉以及由此带来的其它工程冻害问题必须得到重视，处理措施是否得当，直接关系到建筑物的运营安全。

公路工程边坡的传统支护方式的重点在于边坡的永久性支护，即基于锚固措施的边坡防护技术。然而，随着冻土层的季节性水分变化，在冻胀力的作用下，边坡土体由于水分在冻结和融化时的不均匀导致不透水层出现，这样一来，不透水交界面上由于融雪径流导致摩擦力减小，当上层土体重力大于交界面摩擦力时，土体出现滑动，加之，上层土体的冻胀量和冻裂均大于下部土体的冻胀量和冻裂，使得土体向沟道中的锚杆发生滑移、脱空，从而失去了对边坡上部骨架部分的拉结作用。因此，在多年冻土区的边坡支护工程中，使用基于锚固措施的边坡防护技术，其边坡面层的形式和结构本身并无支护功能，当锚杆 (锚索)在冻土季节性变化引起的冻胀和连续性冻融作用下，锚杆(锚索)一旦失效，边坡上的面层仅仅对坡面径流有一定阻滞作用，但是在强降水或外营力干扰下，边坡防护措施极易失去防护功能。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种冻土区边坡支护装置，旨在解决现有技术中多年冻土区的边坡支护中锚杆支护易失效的问题。本发明还提出了一种具有该冻土区边坡支护装置的冻土区边坡支护系统。

一个方面，本发明提出了一种冻土区边坡支护装置，该装置包括：支护板、钢筋网和缓冲机构；其中，冻土区边坡包括：相接触的冻融活动层和稳定层，支护板与将冻融活动层开挖后裸露的稳定层相连接；钢筋网的两端分别与支护板和缓冲机构一一对应地可拆卸连接，缓冲机构用于缓冲冻胀引起的坡体形变。

进一步地，上述冻土区边坡支护装置中，缓冲机构包括：多个缓冲组件；其中，各缓冲组件依次活动连接，并且，钢筋网与每个缓冲组件均可拆卸连接。

进一步地，上述冻土区边坡支护装置中，每个缓冲组件均包括：相互垂直的缓冲板和护板；其中，钢筋网与缓冲板可拆卸连接；任意相邻两个缓冲组件中的护板铰接连接。

进一步地，上述冻土区边坡支护装置还包括：与钢筋网并列设置的多个热管；其中，每个热管的第一端均与支护板相连接，每个热管的第二端均与缓冲机构相连接。

进一步地，上述冻土区边坡支护装置还包括：多个第一限位板；其中，各第一限位板与各热管一一对应，每个第一限位板均置于支护板与稳定层相连接的一侧且均与稳定层相连接；每个热管的第一端均穿设于支护板且均与对应的第一限位板相连接。

进一步地，上述冻土区边坡支护装置还包括：多个第二限位板；其中，各第二限位板与各热管一一对应，每个第二限位板均设置于对应的缓冲板，每个第二限位板与钢筋网分别置于对应的缓冲板相对的两侧；每个热管的第二端均穿设于对应的缓冲板且均与所对应的第二限位板相连接。

进一步地，上述冻土区边坡支护装置还包括：多个弹簧；其中，各弹簧与各热管一一对应，每个弹簧均套设于对应的热管置于支护板和缓冲机构之间的外部，并且，每个弹簧的两端分别与支护板和缓冲机构一一对应连接。

进一步地，上述冻土区边坡支护装置中，钢筋网与支护板为挂接连接；和 /或，钢筋网与缓冲机构为挂接连接。

本发明中，通过缓冲机构对冻土区边坡的表面进行支护，并通过钢筋网对冻土区边坡的冻融活动层进行支护，能够有效地保证支护装置的稳定性，持续对冻土区边坡进行支护，即使在季节变化引起的冻胀和连续性冻融的情况下也能保证对冻土区边坡面的支护，解决了现有技术中多年冻土区的边坡支护中锚杆支护易失效的问题，并且，缓冲机构的设置能够有效地对冻土区边坡在季节变化条件下因冻胀引起坡体的形状变化进行缓冲，从而更好地适应冻土区边坡季节变化导致的坡体变形，使得支护装置持续对冻土区边坡进行支护，避免支护失效。

另一方面，本发明还提出了一种冻土区边坡支护系统，该系统包括：多个并列设置的上述冻土区边坡支护装置。

进一步地，上述冻土区边坡支护系统还包括：多个导水管；其中，每个导水管均与冻土区边坡的边坡面相平行且穿设于冻土区边坡支护装置中的钢筋网，每个导水管的第一端的端壁均开设有多个进水孔，每个导水管的第二端均伸出至钢筋网的外部。

由于冻土区边坡支护装置具有上述效果，所以具有该冻土区边坡支护装置的冻土区边坡支护系统也具有相应的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的冻土区边坡支护装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的冻土区边坡支护装置中，缓冲机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的冻土区边坡支护装置中，热管的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

冻土区边坡支护装置实施例：

参见图1，图1为本发明实施例提供的冻土区边坡支护装置的结构示意图。如图所示，冻土区边坡支护装置设置于冻土区边坡，以对冻土区边坡进行支护。冻土区边坡包括：冻融活动层9和稳定层10，其中，冻融活动层9的表面形成了边坡面，稳定层10与冻融活动层9相接触。在设置冻土区边坡支护装置之前，需要将冻融活动层9进行开挖，以使稳定层10裸露出来。

冻土区边坡支护装置包括：支护板1、钢筋网2和缓冲机构3。其中，支护板1与稳定层10相连接，这时的稳定层10是将冻融活动层9开挖后呈裸露状态，更为具体地，支护板1置于冻融活动层9与稳定层10之间的界面处。支护板1与稳定层10之间的连接为固定连接，如通过多个锚固钉11将支护板 1与稳定层10相连接，当然也可以为其他方式，本实施例对此不做任何限制。支护板1呈整体状态，即为支护板1为一整块板。优选的，支护板1为XPS 隔热板制成。当然，支护板1也可以为其他材质，本实施例对此不做任何限制。

具体实施时，支护板1的宽度可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。在本实施例中，支护板1的宽度为10-20cm。

钢筋网2的两端分别与支护板1和缓冲机构3一一对应地可拆卸连接，具体地，缓冲机构3与支护板1并列设置，钢筋网2夹设于支护板1与缓冲机构 3之间，钢筋网2的第一端(图1所述的右端)与支护板1可拆卸连接，钢筋网2的第二端(图1所述的左端)与缓冲机构3可拆卸连接。

具体实施时，支护板1在稳定层10上呈倾斜状态，且与冻土区边坡的表面相平行。钢筋网2与稳定层10相垂直，即钢筋网2与冻土区边坡的表面相垂直。

缓冲机构3用于缓冲冻胀引起的坡体形变，也就是说，多年冻土地区边坡在季节变化条件下因冻胀会引起坡体的形状变化，缓冲机构3是对该坡体的形状变化进行缓冲，从而对冻土区边坡的表面进行支护。钢筋网2用于对冻土区边坡的冻融活动层9进行支护。

优选的，钢筋网2与支护板1为挂接连接，和/或，钢筋网2与缓冲机构3 为挂接连接。具体地，可以仅仅是钢筋网2与支护板1为挂接连接，也可以仅仅是，钢筋网2与缓冲机构3为挂接连接，还可以是，钢筋网2与支护板1为挂接连接，并且，钢筋网2与缓冲机构3为挂接连接。

具体地，钢筋网2的第一端与支护板1相挂接，则在支护板1上设置有多个挂放钢筋网2的挂钩，优选的，各挂钩为在支护板1上等间距设置。钢筋网 2的第二端与缓冲机构3相挂接，则在缓冲机构3上设置有多个挂放钢筋网2 的挂钩，优选的，各挂钩为在缓冲机构3上等间距设置。

可以看出，本实施例中，通过缓冲机构3对冻土区边坡的表面进行支护，并通过钢筋网2对冻土区边坡的冻融活动层9进行支护，能够有效地保证支护装置的稳定性，持续对冻土区边坡进行支护，即使在季节变化引起的冻胀和连续性冻融的情况下也能保证对冻土区边坡面的支护，解决了现有技术中多年冻土区的边坡支护中锚杆支护易失效的问题，并且，缓冲机构3的设置能够有效地对冻土区边坡在季节变化条件下因冻胀引起坡体的形状变化进行缓冲，从而更好地适应冻土区边坡季节变化导致的坡体变形，使得支护装置持续对冻土区边坡进行支护，避免支护失效。

参见图1和图2，上述实施例中，缓冲机构3可以包括：多个缓冲组件。其中，各缓冲组件依次活动连接，并且，钢筋网2与每个缓冲组件均可拆卸连接。具体地，各缓冲组件均与支护板1相平行，各缓冲组件连接在一起后与支护板1的长度和宽度均相匹配。各缓冲组件沿支护板1的长度方向依次相邻设置，并且，相邻两个缓冲组件之间为活动连接。

每个所述缓冲组件均可以包括：缓冲板31和护板32。其中，缓冲板31 和护板32垂直设置，即形成L型。钢筋网2与缓冲板31可拆卸连接，即钢筋网2的第二端与各缓冲组件中的缓冲板31相挂接。具体地，在各缓冲板31上等间距设置多个挂放钢筋网2的挂钩。各缓冲组件中的缓冲板31依次相邻设置，则形成一个整体，该整体的长度和宽度均与支护板1的长度和宽度相匹配，进而夹设钢筋网2。

具体实施时，缓冲板31的宽度与支护板1的宽度相等，在本实施例中，缓冲板31的宽度也为10-20cm。

任意相邻两个缓冲组件中的护板32铰接连接。具体地，每个缓冲组件中的护板32的长度略大于缓冲板31的长度，并且，在护板32的长度方向的两端均开设有螺栓孔，相邻两个护板32通过螺栓穿设螺栓孔后连接在一起以实现铰接连接。

具体实施时，护板32的宽度和长度均可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。在本实施例中，护板32的宽度为5-10cm，长度为 50-80cm。

具体实施时，缓冲板31和护板32均可以为玻纤板制成。当然，也可以为其他材质，本实施例对此不做任何限制。

可以看出，本实施例中，通过多个缓冲组件依次活动连接，使得各缓冲组件组合之后与支护板1相对应且相平行，这样能够与冻土区边坡的表面相匹配，对冻土区边坡进行支护，并且，便于钢筋网2的挂接。相邻两个缓冲组件之间的活动连接，使得各缓冲组件相互之间能够发生偏移，具体地是各护板和各缓冲板相互之间能够发生偏移，能够更好地适应多年冻土地区边坡在季节变化条件下因冻胀引起的坡体形状变化，使得支护装置持续对冻土区边坡进行支护。每个缓冲组件的结构简单，便于实施。

参见图1，上述各实施例中，冻土区边坡支护装置还可以包括：多个热管 4。其中，各热管4与钢筋网2并列设置，每个热管4的第一端(图1所述的右端)均与支护板1相连接，每个热管4的第二端(图1所述的左端)均与缓冲机构3相连接。具体地，各热管4均夹设于支护板1与缓冲机构3中的各个缓冲板31之间。各热管4与钢筋网2之间没有交叉，则将支护板1的宽度沿其长度方向分别左右两部分，钢筋网2对应于左边部分(或者右边部分)，各热管4对应于右边部分(或者左边部分)，也就是说，各热管4与钢筋网2并列置于支护板1板面上的两侧。

优选的，各热管4在支护板1上沿其长度方向均匀分布。

具体实施时，热管4的数量可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

参见图3，每个热管4均包括：管壳41和管芯42，其中，管芯42包括：蒸发段43、隔热段44和冷凝段45。管壳41内充入工作液体，管芯42设置于管壁，管芯42由毛细多孔材料构成。当蒸发段43受热时，管芯42中的工作液体受热蒸发形成蒸汽并带走热量，热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽在微小的压力差下经隔热段44流向冷凝段45，并释放出潜热，重新凝结成工作液体，工作液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段43，如此完成一个闭合循环，从而将大量的热量从蒸发段43传至冷凝段45。

具体实施时，在支护装置安全完成后，需要对冻融活动层9进行回填，从而将支护板1、部分钢筋网2和各热管4的一部分进行回填掩埋，则每个热管 4中露在外面的为冷凝段45，被回填掩埋的为蒸发段43。这样，当环境温度低于土壤温度时，各热管4开始工作，露于外面的冷凝段45受环境冷空气的对流换热作用，热管4内的工作液体由饱和蒸汽向外放出热量后冷凝成液体，液体回流至回填掩埋的蒸发段43，由于蒸发段43的壁温低于周围土壤的温度，土壤中热量以热传导方式传给蒸发段43，蒸发段43内的工作液体吸热汽化成饱和蒸汽，饱和蒸汽上升至管冷凝段45，完成工作液体的循环。

具体实施时，每个热管4均与支护板1相垂直，则每个热管4均呈倾斜状态，这样，每个热管4内的工作液体的回流可靠重力作用进行辅助。

可以看出，本实施例中，通过设置多个热管4，使得土壤在冻结期间在深度分析同时冻结，并在热管4周围形成一个冻结区，进而能够保持一定的冻结强度，从而有效地切断水分上升的通道，达到消除土壤冻胀对地基破坏性影响的目的，提高了支护的强度和稳定性。

继续参见图1，上述实施例中，冻土区边坡支护装置还可以包括：多个第一限位板5。其中，第一限位板5的数量与热管4的数量相同，并且，各第一限位板5与各热管4一一对应。每个第一限位板5均置于支护板1与稳定层10 相连接的一侧，并且，每个第一限位板5均与稳定层10相连接。具体地，支护板1的第一侧面与稳定层10相接触并相连接，支护板1的第二侧面与钢筋网2相挂接，其中，第二侧面与第一侧面为相对的两个侧面。各第一限位板5均置于支护板1的第一侧面处且与支护板1的第一侧面相接触，每个第一限位板5与稳定层10之间均为固定连接。优选的，每个第一限位板5与稳定层10 之间均通过锚固钉11连接，以提高与稳定层10的连接强度。

每个热管4的第一端均穿设于支护板1，并且，每个热管4的第一端均与对应的第一限位板5相连接。具体地，每个热管4的第一端均置于支护板1的第一侧面的外部，并且均与对应的第一限位板5固定连接，该固定连接可以为焊接，也可以为其他方式，本实施例对此不做任何限制。

可以看出，本实施例中，通过设置多个第一限位板5，对各热管4的第一端进行限位，使得各热管4更为稳固，提高了各热管4的稳定性，保证各热管 4的正常工作。

继续参见图1，上述实施例中，冻土区边坡支护装置还可以包括：多个第二限位板6。其中，第二限位板6的数量与热管4的数量相同，并且，各第二限位板6与各热管4一一对应。每个第二限位板6均设置于缓冲机构3中的对应的缓冲板31，并且，每个第二限位板6与钢筋网2分别置于对应的缓冲板 31相对的两侧。具体地，钢筋网2与对应的缓冲板31的第一侧面相挂接，缓冲板31的与第一侧面相对的第二侧面与第二限位板6相连接。

每个热管4的第二端均穿设对应的缓冲板31且均与对应的第二限位板6 相连接，具体地，每个热管4的第二端均置于对应的缓冲板31的第二侧面的外部，并且均与对应的第二限位板6固定连接。由于热管4为多个，所以每个热管4穿设与之相对应的缓冲板31，并且，第二限位板6与热管4相对应，以使热管4的第二端与对应的第二限位板6相连接。

可以看出，本实施例中，通过设置多个第二限位板6，对各热管4的第二端进行限制，防止各热管4的偏离，提高各热管4的稳固性，保证各热管4的正常工作。

参见图1，上述各实施例中，冻土区边坡支护装置还可以包括：多个弹簧 7。其中，弹簧7的数量与热管4的数量相同，并且，各弹簧7与各热管4一一对应。每个弹簧7均套设于对应的热管4置于支护板1和缓冲机构3之间的外部，并且，每个弹簧7的两端分别与支护板1和缓冲机构3一一对应连接。具体地，每个热管4置于支护板1和各缓冲板31之间的管段的外部套设一个弹簧7。每个弹簧7的第一端均与支护板1固定连接，每个弹簧7的第二端均与对应的缓冲板31固定连接。

可以看出，本实施例中，通过在每个热管4置于支护板1和各缓冲板31 之间的部分套设弹簧7，能够有效地减弱多年冻土地区边坡在季节变化条件下因冻胀引起的坡体滑动产生的作用力，从而有效地保护各热管4的稳定。

综上所述，本实施例中，能够有效地保证支护装置的稳定性，持续对冻土区边坡进行支护，即使在季节变化引起的冻胀和连续性冻融的情况下也能保证对冻土区边坡面的支护，并且，缓冲机构的设置能够有效地对冻土区边坡在季节变化条件下因冻胀引起坡体的形状变化进行缓冲，从而更好地适应冻土区边坡季节变化导致的坡体变形，使得支护装置持续对冻土区边坡进行支护，避免支护失效。

冻土区边坡支护系统实施例：

本实施例还提出了一种冻土区边坡支护系统，该冻土区边坡支护系统包括：多个上述任一种冻土区边坡支护装置。各冻土区边坡支护装置沿冻土区边坡并列设置，以对冻土区边坡进行支护。其中，冻土区边坡支护装置的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

参见图1，冻土区边坡支护系统还可以包括：多个导水管8。其中，每个导水管8均与冻土区边坡的边坡面相平行，并且，每个导水管8均穿设于冻土区边坡支护装置中的钢筋网2。每个导水管8的第一端的端壁均开设有多个进水孔，每个导水管8的第二端均伸出至钢筋网2的外部，则每个导水管8的第一端为进水端，第二端为排水端。具体实施时，每个导水管8的第二端略伸出钢筋网2所在的端面。具体实施时，每个导水管8的第一端水平位置高于第二端的水平位置，以便于排水。通过设置导水管8，能够将冻土区边坡内的水即使排出，提高了冻土区边坡支护的稳定性。

由于冻土区边坡支护装置具有上述效果，所以具有该冻土区边坡支护装置的冻土区边坡支护系统也具有相应的技术效果。

需要说明的是，本发明中的冻土区边坡支护装置及具有该冻土区边坡支护装置的冻土区边坡支护系统原理相同，相关之处可以相互参照。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种冻土区边坡支护装置，其特征在于，包括：支护板(1)、钢筋网(2)和缓冲机构(3)；其中，

冻土区边坡包括：相接触的冻融活动层(9)和稳定层(10)，所述支护板(1)与将所述冻融活动层(9)开挖后裸露的稳定层(10)相连接；

所述钢筋网(2)的两端分别与所述支护板(1)和所述缓冲机构(3)一一对应地可拆卸连接，所述缓冲机构(3)用于缓冲冻胀引起的坡体形变。

2.根据权利要求1所述的冻土区边坡支护装置，其特征在于，所述缓冲机构(3)包括：多个缓冲组件；其中，

各所述缓冲组件依次活动连接，并且，钢筋网(2)与每个所述缓冲组件均可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的冻土区边坡支护装置，其特征在于，每个所述缓冲组件均包括：相互垂直的缓冲板(31)和护板(32)；其中，

所述钢筋网(2)与所述缓冲板(31)可拆卸连接；

任意相邻两个所述缓冲组件中的护板(32)铰接连接。

4.根据权利要求3所述的冻土区边坡支护装置，其特征在于，还包括：与所述钢筋网(2)并列设置的多个热管(4)；其中，

每个所述热管(4)的第一端均与所述支护板(1)相连接，每个所述热管(4)的第二端均与所述缓冲机构(3)相连接。

5.根据权利要求4所述的冻土区边坡支护装置，其特征在于，还包括：多个第一限位板(5)；其中，

各所述第一限位板(5)与各热管(4)一一对应，每个所述第一限位板(5)均置于所述支护板(1)与所述稳定层(10)相连接的一侧且均与所述稳定层(10)相连接；

每个所述热管(4)的第一端均穿设于所述支护板(1)且均与对应的所述第一限位板(5)相连接。

6.根据权利要求5所述的冻土区边坡支护装置，其特征在于，还包括：多个第二限位板(6)；其中，

各所述第二限位板(6)与各热管(4)一一对应，每个所述第二限位板(6)均设置于对应的所述缓冲板(31)，每个所述第二限位板(6)与所述钢筋网(2)分别置于对应的所述缓冲板(31)相对的两侧；

每个所述热管(4)的第二端均穿设于对应的所述缓冲板(31)且均与所对应的所述第二限位板(6)相连接。

7.根据权利要求5或6所述的冻土区边坡支护装置，其特征在于，还包括：多个弹簧(7)；其中，

各所述弹簧(7)与各所述热管(4)一一对应，每个所述弹簧(7)均套设于对应的所述热管(4)置于所述支护板(1)和所述缓冲机构(3)之间的外部，并且，每个所述弹簧(7)的两端分别与所述支护板(1)和所述缓冲机构(3)一一对应连接。

8.根据权利要求1所述的冻土区边坡支护装置，其特征在于，

所述钢筋网(2)与所述支护板(1)为挂接连接；和/或，

所述钢筋网(2)与所述缓冲机构(3)为挂接连接。

9.一种冻土区边坡支护系统，其特征在于，包括：多个并列设置的如权利要求1至8中任一项所述的冻土区边坡支护装置。

10.根据权利要求9所述的冻土区边坡支护系统，其特征在于，还包括：多个导水管(8)；其中，

每个所述导水管(8)均与冻土区边坡的边坡面相平行且穿设于所述冻土区边坡支护装置中的钢筋网(2)，每个所述导水管(8)的第一端的端壁均开设有多个进水孔，每个所述导水管(8)的第二端均伸出至所述钢筋网(2)的外部。