CN110629770B - 一种库区边坡消落带防渗-护坡结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种库区边坡消落带防渗‑护坡结构及其施工方法，该库区防渗‑护坡结构包括锚固锚杆、格构梁、砂土垫层、单向透水材料层以及碎石填充层，格构梁包括横向梁体和纵向梁体，构成矩形格构；锚固锚杆的一端通过锚固墩头固定在格构梁的横向梁体与纵向梁体的节点上，其另一端锚固段锚入边坡下方的稳定岩层中；格构梁之间的格构间中由内到外设置有单向透水材料层、砂土垫层、碎石填充层。该库区防渗‑护坡结构将边坡防渗与边坡加固有机的结合起来，相互协同，对库区边坡稳定性的提升有显著效果。施工方法绿色环保，材料获取方便，工序简单，在保证工程效果的前提下，可缩短工期，节约大量资金，具有极强的推广应用价值。

Description

一种库区边坡消落带防渗-护坡结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及边坡工程领域，特别涉及一种库区边坡消落带防渗-护坡结构及其施工方法。

背景技术

我国幅员辽阔，自然条件复杂，地质灾害较为严重，特别在西南区域，灾种类型全面，灾害事故数量大，最为常见的就是滑坡、崩塌、泥石流等。

在三峡库区，对边坡稳定造成不利影响的主要来源于地表水和地下水，而地表水和地下水的形成主要是降雨及库水水位升降。降雨对边坡稳定的影响主要是对岩土体产生软化效应，降低岩土体的强度参数，并会引起岩土体含水量的改变，增加自重，导致下滑力增加；同时库水的升降对岸坡的冲刷、潜蚀以及改变地下水位等显然对边坡的稳定是不利的，边坡失稳容易导致滑坡，造成极大的经济损失，故为防止库区的边坡失稳的问题制定有效的方案及措施具有重要的价值和意义。

相应地针对影响库区边坡稳定的主要因素指定的措施主要有边坡防渗、锚杆加固支护、格构护坡结构等等。针对不同的工程及自然条件，防护加固的方法和效果也各不相同。目前有很多对边坡加固的施工方法，但是加固方法的功能及形式相对单一，处理效果也存在一定的局限性。以往的加固方法往往注意到对土体的加固，却未考虑到降雨、排水等自然环境条件下水对边坡稳定性的影响。同时，现有的护坡结构适用范围较单一，传统的护坡多采用岩石堆积、混凝土或者用护坡砖，然而岩石容易滑落，混凝土对土壤有破化作用，护坡砖保护不稳定，容易滑落，因此需要一种既能防滑落又不污染的护坡结构来对坡体进行保护。此外，现有的防护结构多针对某一影响因素进行防护，未考虑防渗与加固的协同防护。如申请号为201811300628.8《一种岩土边坡加固装置》可对坡体起到较好的加固作用，但结构复杂，同时未考虑边坡防渗的影响；如申请号201811471042.8《一种边坡坡面防渗设计方法》单一采用土工膜大面积铺设，适用条件较为苛刻，耐久性较低，同时未对边坡进行加固处理；又如申请号201910066299.3《GCL膨润土防水垫联合土工格栅注浆防渗加固粉土边坡及施工方法》同时考虑了边坡防渗与加固，但只适用于土质边坡，同时施工工序繁琐，经济成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，发明了一种库区边坡消落带防渗-护坡结构及其施工方法。

本发明采用的技术方案如下：一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，包括锚固锚杆、格构梁、砂土垫层、单向透水材料层以及碎石填充层，其特征在于，格构梁包括横向梁体和纵向梁体，构成矩形格构，顺边坡倾向和沿边坡走向按长宽比为2～3：1设置，呈井字形布置；锚固锚杆的一端通过锚固墩头固定在格构梁的横向梁体与纵向梁体的节点上，其另一端锚固段锚入边坡下方的稳定岩层中；格构梁之间的格构间中由内到外设置有单向透水材料层、砂土垫层、碎石填充层；其中，单向透水材料层、砂土垫层均沿边坡坡度α平行设置，碎石填充层的厚度由坡脚至坡顶逐级降低，形成自然休止角θ，α大于θ；

格构梁的厚度由坡脚至坡顶逐级降低，厚度降低梯度遵循碎石填充层的自然休止角θ；所述格构梁沿边坡走向的横向梁体底部均布有透水孔，用于排出格构间存水；坡脚处最底层横向梁体截面为直角梯形。

进一步地，一种如上所述的库区边坡消落带防渗-护坡结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据勘察所得的工程地质条件及水文气象条件，形成初步的设计方案，确定锚固点的位置以及格构的整体位置，根据相应规范计算相关的各类参数；根据碎石填充层3的自然休止角θ计算出各级横向格构梁的厚度；

S2：对边坡进行开挖，清除坡面危岩、浮石、杂物，将坡体表面平整处理，平整后边坡不得大于设计角度；为保证支护施工的精度，施工前在场区内设置2或3个临时坐标控制点，并用全站仪测放出各边坡的坡顶线和坡脚线位置，指导控制清坡工作，确保边坡放坡的角度α满足设计方案要求；

S3：按设计方案中对格构的设计，进行开挖格构槽，然后搭建锚杆施工平台，进行锚杆的钻孔、加工安放及灌浆；预应力锚杆表面需进行涂抹润滑油及防腐漆进行防腐处理；灌浆选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，配制掺三乙醇胺早强剂的M30水泥浆，灌浆选用水泥泵或泥浆泵；预应力锚杆灌浆时将注浆管下到距锚杆孔底50～100mm，随水泥浆注入缓慢匀速拔出，预应力锚杆杆体插入后，若无水泥浆溢出，则进行二次补浆；

S4：在坡体上格构槽处搭设模板，进行格构梁施工，格构每隔l0～25m宽度设置伸缩缝，缝宽2～3cm，填塞沥青麻筋或沥青木板；采用间距1m的锚钉固定模板，支好模板后进行混凝土浇筑；

S5：S4完成后，进行护坡施工，格构间由坡面底部往上依次填充单向透水材料层、砂土垫层、碎石填充层；单向透水材料层和格构梁之间采用钢钉/钢筋锚固，单向透水材料层之间采用热熔焊接或绑扎拼接，单向透水材料层之间搭接重合不小于300mm；

S6：对预应力锚杆进行张拉锁定施工，施加相应的预应力；当砂浆强度达到15MPa时，方能进行预应力张拉，张拉至设计荷载的1.05倍，稳定5～10min再按0.8倍设计值作为其锁定荷载锁定，通过锚固墩头固定。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

(1)本发明采用多种防治措施相结合，将边坡防渗与边坡加固有机的结合起来，相互协同，对库区边坡稳定性的提升有显著效果。

(2)本发明采用碎石层自然休止角的大小指导设计格构梁高度，使碎石填充层可以自然堆积稳定，无需混凝土浇筑等固定处理措施，在确保边坡防渗加固满足常规设计要求的同时节约材料，减少护坡填充物自重，进一步提高边坡稳定性。

(3)本发明采用单向透水材料层和砂土垫层相结合的铺设方式，砂土垫层在碎石层与单向透水材料层之间起保护、缓冲作用，单向透水材料层在保证坡体内部向外排水而坡体表面水分无法深入，可有效改善消落带渗透环境，提高边坡稳定性。两者共同作用在满足边坡防渗效果的同时，起到反滤、防冲刷的作用，有效防止边坡水土流失。

(4)本发明方法采取多种治理技术手段相结合，施工绿色环保，材料获取方便，工序简单，在保证工程效果的前提下，可缩短工期，节约大量资金，具有极强的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明库区防渗-护坡结构平面图；

图2为图1中A-A剖面图；

图3为图1中B-B剖面图；

图4为图2中C-C剖面图

图中：1、预应力锚杆；2、格构梁；3、碎石填充层；4、坡体；5、单向透水材料层；6、砂土垫层；7、锚固墩头；8、透水孔。

具体实施方式

下面结合附图与实例对本发明做进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表产品的实际尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明提供一种库区边坡消落带防渗-护坡结构(简称库区防渗-护坡结构，参见图1-4)，包括锚固锚杆、格构梁2、砂土垫层6、单向透水材料层5以及碎石填充层3。其特征在于，格构梁2包括横向梁体和纵向梁体，构成矩形格构，顺边坡倾向和沿边坡走向按长宽(顺边坡倾向的格构梁2长度为长，沿边坡走向的格构梁2长度为宽)比为2～3：1设置，呈井字形布置；锚固锚杆的一端通过锚固墩头7固定在格构梁2的横向梁体与纵向梁体的节点上，其另一端锚固段锚入边坡下方的稳定岩层中；格构梁2之间的格构间中由内到外设置有单向透水材料层5、砂土垫层6、碎石填充层3。其中，单向透水材料层5、砂土垫层6均沿边坡坡度α平行设置，碎石填充层3的厚度由坡脚至坡顶逐级降低，形成自然休止角θ，α大于θ。

格构梁2的厚度由坡脚至坡顶逐级降低，厚度降低梯度遵循碎石填充层3的自然休止角θ；所述格构梁2沿边坡走向的横向梁体底部均布有透水孔8，孔径为30～50mm，用于排出格构间存水；坡脚处最底层横向梁体截面为直角梯形，为碎石填充层3提供抗滑力，提高护坡结构整体稳定性，同时对库水的冲刷起减缓的作用。

所述锚固锚杆采用预应力钢筋锚杆1；由格构梁2构成的格构采用条石或毛石的浆砌块石格构或现浇混凝土格构，格构梁2高度由坡脚至坡顶逐级降低，高度降低梯度遵循碎石填充层3自然休止角θ；所述砂土垫层6为级配良好的砂土和纤维混合而成的复合材料；所述单向透水材料层5为双层结构，由亲水材料层和疏水材料层复合而成，提高边坡稳定性，防止水土流失；所述碎石填充3层采用均匀级配碎石，提高碎石填充层密实度及稳定性。

具体的，所述锚固锚杆采用预应力锚杆1，设置于格构梁2的横向梁体和纵向梁体的各节点处，锚固墩头7高于格构梁10～15cm，便于预应力锚杆1张拉锁定；所述锚固锚杆锚固段需锚入边坡下方稳定岩层中，锚固长度不小于3000mm。

所述格构梁2截面为矩形，宽度为200～400mm，厚度由坡脚至坡顶按碎石填充层3的自然休止角θ逐渐降低，最低厚度为150mm。此实施例中碎石填充层3的自然休止角θ为30°～35°。

本实施例中边坡为库区消落带自然形成，坡度α为40°～60°，边坡支护处理长度约200m，边坡支护高度约20m。

所述砂土垫层6由聚酯纤维和细沙土混合而成，其中聚酯纤维重量百分比为1％～2％，砂土垫层6厚度为50～100mm。

所述单向透水材料层5为双层结构，上层为亲水层为透水土工布，由纯棉无纺布与聚丙烯无纺布或聚酯无纺布编织，下层为疏水层，由聚氨醋、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙乙烯或聚偏氟乙烯中的一种或几种合成的纤维膜，两层共同复合而成。单向透水材料层5可防止水土流失，改善坡体渗透环境，进而提高坡体稳定性。

进一步的，本发明提供上述库区边坡消落带防渗-护坡结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据勘察所得的工程地质条件及水文气象条件，形成初步的设计方案，确定锚固点的位置以及格构的整体位置，根据相应规范计算相关的各类参数。

具体各类参数计算参考《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013，本实施例中边坡为库区消落带自然形成，坡度α为40°～60°，边坡支护处理长度约200m，边坡支护高度约20m。预应力锚杆1孔径为110mm，锚杆主筋为φ25；格构梁2截面宽度为300mm，采用C30混凝土浇筑，顺边坡倾向和沿边坡走向按长宽比为2～3：1设置，呈井字形布置。根据碎石填充层3的自然休止角θ计算出各级横向格构梁2的厚度。碎石填充层3的自然休止角θ为30°～35°。

S2：对边坡进行开挖，清除坡面危岩、浮石、杂物，将坡体表面平整处理，平整后边坡不得大于设计角度。为保证支护施工的精度，施工前在场区内设置2或3个临时坐标控制点，并用全站仪测放出各边坡的坡顶线和坡脚线位置，指导控制清坡工作，确保边坡放坡的角度α满足设计方案要求。

S3：按设计方案中对格构的设计，进行开挖格构槽，然后搭建锚杆施工平台，进行锚杆的钻孔、加工安放及灌浆；预应力锚杆1表面需进行涂抹润滑油及防腐漆进行防腐处理。灌浆选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，配制掺三乙醇胺早强剂的M30水泥浆，灌浆选用水泥泵或泥浆泵。预应力锚杆1灌浆时将注浆管下到距锚杆孔底50～100mm，随水泥浆注入缓慢匀速拔出，预应力锚杆1杆体插入后，若无水泥浆溢出，则进行二次补浆。

S4：在坡体上格构槽处搭设模板，进行格构梁2施工，格构每隔l0～25m宽度设置伸缩缝，缝宽2～3cm，填塞沥青麻筋或沥青木板。采用间距1m的锚钉固定模板，支好模板后进行混凝土浇筑。

S5：进行护坡施工，格构间由坡面底部往上依次填充单向透水材料层5、砂土垫层6、碎石填充层3；单向透水材料层5和格构梁2之间采用钢钉/钢筋锚固，单向透水材料层5之间采用热熔焊接或绑扎拼接，单向透水材料层5之间搭接重合不小于300mm。

S6：对预应力锚杆1进行张拉锁定施工，施加相应的预应力。当砂浆强度达到15MPa时，方能进行预应力张拉，张拉至设计荷载的1.05倍，稳定5～10min再按0.8倍设计值作为其锁定荷载锁定，通过锚固墩头7固定。

具体的，所述库区防渗-护坡结构应用于库区消落带及河流沿岸岸坡的防护中，坡脚处最底层横向梁体位于最低水位线附近，施工工作宜在库区枯水期进行。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，包括锚固锚杆、格构梁、砂土垫层、单向透水材料层以及碎石填充层，其特征在于，格构梁包括横向梁体和纵向梁体，构成矩形格构，顺边坡倾向和沿边坡走向按长宽比为2～3：1设置，呈井字形布置；锚固锚杆的一端通过锚固墩头固定在格构梁的横向梁体与纵向梁体的节点上，其另一端锚固段锚入边坡下方的稳定岩层中；格构梁之间的格构间中由内到外设置有单向透水材料层、砂土垫层、碎石填充层；其中，单向透水材料层、砂土垫层均沿边坡坡度α平行设置，碎石填充层的厚度由坡脚至坡顶逐级降低，形成自然休止角θ，α大于θ；

格构梁的厚度由坡脚至坡顶逐级降低，厚度降低梯度遵循碎石填充层的自然休止角θ；所述格构梁沿边坡走向的横向梁体底部均布有透水孔，用于排出格构间存水；坡脚处最底层横向梁体截面为直角梯形。

2.根据权利要求1所述的一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，其特征在于，所述锚固锚杆采用预应力钢筋锚杆。

3.根据权利要求1所述的一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，其特征在于，由格构梁构成的格构采用条石或毛石的浆砌块石格构或现浇混凝土格构。

4.根据权利要求1所述的一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，其特征在于，所述砂土垫层由聚酯纤维和细沙土混合而成，其中聚酯纤维重量百分比为1％～2％，砂土垫层厚度为50～100mm。

5.根据权利要求1所述的一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，其特征在于，所述单向透水材料层为双层结构，上层亲水层为透水土工布，由纯棉无纺布与聚丙烯无纺布或聚酯无纺布编织；下层为疏水层，由聚氨醋、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙乙烯或聚偏氟乙烯中的一种或几种合成的纤维膜，两层共同复合而成。

6.根据权利要求1所述的一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，其特征在于，所述碎石填充层采用均匀级配碎石，提高碎石填充层密实度及稳定性。

7.根据权利要求1所述的一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，其特征在于，锚固墩头高于格构梁10～15cm，便于预应力锚杆张拉锁定；所述锚固锚杆锚固段需锚入边坡下方稳定岩层中，锚固长度不小于3000mm。

8.根据权利要求1所述的一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，其特征在于，所述格构梁截面为矩形，宽度为200～400mm，厚度由坡脚至坡顶按碎石填充层的自然休止角θ逐渐降低，最低厚度为150mm。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的库区边坡消落带防渗-护坡结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据勘察所得的工程地质条件及水文气象条件，形成初步的设计方案，确定锚固点的位置以及格构的整体位置，根据相应规范计算相关的各类参数；根据碎石填充层的自然休止角θ计算出各级横向格构梁的厚度；

S2：对边坡进行开挖，清除坡面危岩、浮石、杂物，将坡体表面平整处理，平整后边坡不得大于设计角度；为保证支护施工的精度，施工前在场区内设置2或3个临时坐标控制点，并用全站仪测放出各边坡的坡顶线和坡脚线位置，指导控制清坡工作，确保边坡放坡的角度α满足设计方案要求；

S3：按设计方案中对格构的设计，进行开挖格构槽，然后搭建锚杆施工平台，进行锚杆的钻孔、加工安放及灌浆；预应力锚杆表面需进行涂抹润滑油及防腐漆进行防腐处理；灌浆选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，配制掺三乙醇胺早强剂的M30水泥浆，灌浆选用水泥泵或泥浆泵；预应力锚杆灌浆时将注浆管下到距锚杆孔底50～100mm，随水泥浆注入缓慢匀速拔出，预应力锚杆杆体插入后，若无水泥浆溢出，则进行二次补浆；

S4：在坡体上格构槽处搭设模板，进行格构梁施工，格构每隔l0～25m宽度设置伸缩缝，缝宽2～3cm，填塞沥青麻筋或沥青木板；采用间距1m的锚钉固定模板，支好模板后进行混凝土浇筑；

S5：S4完成后，进行护坡施工，格构间由坡面底部往上依次填充单向透水材料层、砂土垫层、碎石填充层；单向透水材料层和格构梁之间采用钢钉/钢筋锚固，单向透水材料层之间采用热熔焊接或绑扎拼接，单向透水材料层之间搭接重合不小于300mm；

S6：对预应力锚杆进行张拉锁定施工，施加相应的预应力；当砂浆强度达到15MPa时，方能进行预应力张拉，张拉至设计荷载的1.05倍，稳定5～10min再按0.8倍设计值作为其锁定荷载锁定，通过锚固墩头固定。

10.根据权利要求1所述的一种库区边坡消落带防渗-护坡结构，其特征在于，所述库区防渗-护坡结构应用于库区消落带及河流沿岸岸坡的防护中，坡脚处最底层横向梁体位于最低水位线附近，施工工作在库区枯水期进行。

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