CN111335335A - 一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系及其应用方法 - Google Patents

一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及边坡防护技术领域，尤其涉及一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，包括炭质岩边坡本体和多个锚杆，多个所述锚杆均与所述炭质岩边坡本体的坡面垂直设置，且其靠近所述炭质岩边坡本体的一端均固定在所述炭质岩边坡本体内，所述炭质岩边坡本体的坡面由下至上依次铺设有第一防水层、铁丝网层、第二防水层、压实砂砾层、第一土工织物层、压实生物炭混合黏土层、第二土工织物层和植被生长基层，所述植被生长基层上种植有植物。本发明所述的炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，可有效缓解炭质岩风化、碎裂和崩解等过程，提高炭质岩边坡坡体的结构稳定性，降低边坡滑坡和崩塌等地质灾害的发生频率，具有良好的社会经济效益和工程应用前景。

Description

一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系及其应用方法
技术领域
本发明涉及边坡防护技术领域，尤其涉及一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系及其应用方法。
背景技术
炭质岩对环境变化较敏感，易风化、碎裂、崩解、软化，其工程性质受水分、温度影响显著。在炭质岩分布广泛的地区，其相应的边坡频繁的发生滑坡、崩塌等地质灾害，对临近的道路和水利等基础设施建设的正常使用产生严重威胁，已经引起多个行业的高度重视。炭质岩边坡的治理受其复杂的物理力学性质的影响，一直是岩土工程边坡治理领域的焦点问题之一。随着基础设施的大量建设，大量的天然和人工堆填炭质岩边坡亟需处治，由于碳质岩石自身的水敏性和热敏性，传统的边坡防护方法不再适用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系及其应用方法。
一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，包括炭质岩边坡本体和多个锚杆，多个所述锚杆均与所述炭质岩边坡本体的坡面垂直设置，且其靠近所述炭质岩边坡本体的一端均固定在所述炭质岩边坡本体内，所述炭质岩边坡本体的坡面由下至上依次铺设有第一防水层、铁丝网层、第二防水层、压实砂砾层、第一土工织物层、压实生物炭混合黏土层、第二土工织物层和植被生长基层，所述植被生长基层上种植有植物。
进一步的，所述第一防水层由环氧树脂涂料构成，其厚度为2mm；
进一步的，所述铁丝网层由铁丝网组成，所述铁丝网与多个所述锚杆固定连接，所述铁丝网的规格为16#，网孔为0.2m×0.2m。
进一步的，所述第二防水层为混凝土防水层，其厚度为6cm。
进一步的，所述压实砂砾层由砂砾组成，所述砂砾的粒径范围为0.3mm～0.45mm，其厚度为8cm。
进一步的，所述压实生物炭混合黏土层由生物炭和黏土组成，且所述生物炭和所述黏土的重量比为3:1，所述压实生物炭混合黏土层的厚度为10cm。
进一步的，所述植被生长基层由高延性混凝土、有机质、土壤和焚烧灰渣组成，且所述高延性混凝土、所述有机质、所述土壤和所述焚烧灰渣的重量比为1:1:2:1，所述植被生长基层的厚度为12cm。
进一步的，所述植物为黑麦草。
一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系的应用方法，其主要包括以下步骤：
S1、整理坡面：将所述炭质岩边坡本体的坡面整平；
S2、设置锚杆：在所述炭质岩边坡本体的坡面上钻取与多根所述锚杆一一对应的锚杆孔，并将所述锚杆固定在对应的所述锚杆孔内；
S3、沿着所述炭质岩边坡本体的坡面由下至上依次铺设第一防水层、铁丝网层、第二防水层、压实砂砾层、第一土工织物层、压实生物炭混合黏土层、第二土工织物层和植被生长基层，并在所述植物生长层表面厚3cm内混合草种；
S4、养护：混合草种后，使用无纺布覆盖植被生长基层表面，养护一个月即可。
进一步的，所述种籽为黑麦草的种籽。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明所述炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，可有效缓解炭质岩风化、碎裂和崩解等过程，提高炭质岩边坡坡体的结构稳定性，降低边坡滑坡和崩塌等地质灾害的发生频率，具有良好的社会经济效益和工程应用前景。
(2)本发明所述炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系的应用方法，具有施工作业简单、施工成本低、绿色环保等优点。
附图说明
图1是本发明所述一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系结构示意图；
图2是本发明所述一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系的施工方法的流程图；
图3是本发明A、B和C组中植物生长长度与时间的关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，其主要包括炭质岩边坡本体10和多个锚杆20，多个所述锚杆20均与所述炭质岩边坡本体10的坡面垂直设置，且其靠近所述炭质岩边坡本体10的一端均固定在所述炭质岩边坡本体10内，所述炭质岩边坡本体10的坡面由下至上依次铺设有第一防水层30、铁丝网层40、第二防水层50、压实砂砾层60、第一土工织物层70、压实生物炭混合黏土层80、第二土工织物层71和植被生长基层90，所述植被生长基层90上种植有植物。
在上述实施例中，所述第一防水层30采用环氧树脂涂料喷涂制成，其厚度为2mm；其中，环氧树脂具有密实、抗水、抗渗漏好、强度高等特点，同时具有附着力强、常温操作、施工简便等良好的工艺性，而且还具有实施成本地的优点。
在上述实施例中，所述铁丝网层40由铁丝网组成，所述铁丝网与多个所述锚杆20固定连接，且所述铁丝网的规格为16#，网孔为0.2m×0.2m；其中，铁丝网可提高边坡的稳定性。
在上述实施例中，所述第二防水层50为混凝土防水层，其厚度为6cm。其中，混凝土防水层起到了保护炭质岩作用，以防止受水侵蚀风化。
在上述实施例中，所述压实砂砾层60由砂砾制成，其厚度为8cm，其压实度为80％，其含水量为含水量为最优含水率，压实渗透系数为1.1×10-3～1.1×10-2m/s，颗粒粒径为0.3mm～0.45mm；其中，压实砂砾层60可以将多余的水排出，避免防护结构受到雨水冲刷。
在上述实施例中，所述压实生物炭混合黏土层80由生物炭和黏土按质量比1:3混合制成，其厚度为10cm，其压实度大于90％，含水量为最优含水率，渗透系数小于1.1×10- 8m/s，颗粒粒径小于0.05mm；其中，低渗的压实生物炭混合黏土层80可以吸收水分，阻止水分进一步入渗，同时也为植被生长提供水分。
在上述实施例中，所述植被生长基层90由高延性混凝土、有机质、土壤和焚烧灰渣按比例混合而成，其厚度为12cm，且每立方米植被生长基层90中包含高延性混凝土0.2m3、有机质0.2m3、土壤0.4m3、焚烧灰渣0.2m3；其中，植物生长层90中的高延性混凝土和焚烧灰渣遇水会发生胶结，使该层强度提高同时也能为植物生长提供养分和水分，而根系发达的黑麦草91会把水分从植被生长基层90的底部吸出，形成植被防水作用，同时也保护混凝土防水层，避免混凝土受热胀冷缩作用出现裂纹。
在上述实施例中，所述植物为黑麦草91，经过对比对比试验，黑麦草作为炭质岩护坡用植被，具有发芽率高，生长快速，绿化效果好，适应炭质岩边坡的生长环境。
本发明所述的炭质岩边坡防渗加固系统，可有效缓解炭质岩风化、碎裂和崩解等过程，提高炭质岩边坡坡体的结构稳定性，降低边坡滑坡和崩塌等地质灾害的发生频率，具有良好的社会经济效益和工程应用前景。
如图2所示，一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系的应用方法，其主要包括以下步骤：
S1、整理坡面：采用爆破法和人工清理法等方式将炭质岩边坡本体10坡面上的杂物清理干净，并将所述炭质岩边坡本体10的坡面整平；
S2、设置锚杆20：在所述炭质岩边坡本体10的坡面上绘制网格，并在所述矩形网的每个网格(所述网格的规格为1.2m×1.2m)上钻取锚杆孔，其中，选取在每个网格的交点处钻取锚杆孔；在每个所述锚杆孔内插入锚杆20，并在所述锚杆孔和所述锚杆20内浇筑混凝土，以将所述锚杆20固定在对应的所述锚杆孔内，其中，所述锚杆孔的孔深为60cm，所述锚杆20的直径为14cm，长为64cm，其露出坡面的高度为4cm；
在此，需要说明的是，其中，绘制网格的方法为现有技术，如可采用丈量线进行绘制，将丈量线浸染涂料，先沿炭质岩边坡本体10的横向由高往低地等间距依次放线，以在炭质岩边坡本体10的坡面上划下多条横向标记线，然后沿炭质岩边坡本体10纵向从左往右地等间距依次放线，以在炭质岩边坡本体10的坡面上划下多条纵向标记线，且相邻两条横向标记线和相邻两条纵向标记线的间距均为1.2m，即可实现对网格的绘制；
S3、沿着所述炭质岩边坡本体的坡面由下至上依次铺设第一防水层30、铁丝网层40、第二防水层50、压实砂砾层60、第一土工织物层70、压实生物炭混合黏土层80、第二土工织物层71和植被生长基层90，并在所述植物生长层90内表面厚3cm内混合草种；
其具体操作为：在所述炭质岩边坡本体10的坡面上喷射所述第一防水层30后，在所述第一防水层30上铺设铁丝网，并将所述铁丝网固定在所述锚杆20上，以形成所述铁丝网层40后，在所述铁丝网层40上喷射第二防水层50，以保证所述铁丝网布位于在所述第二防水层50中间(这里的中间指厚度方向的中部)；铺设完所述第二防水层50后，在所述第二防水层50上面铺设所述压实砂砾层60，在所述压实砂砾层60上面铺设所述第一土工织物层70，在所述第一土工织物层70上面铺设所述压实生物炭混合黏土层80，在所述压实生物炭混合黏土层80上面铺设所述第二土工织物层71，在所述第二土工织物层71上面铺设所述植物生长层90，待所述植物生长层90铺设完毕后，向所述植物生长层90内表面厚3cm内混合草种。
在本发明中，所述草种为黑麦草91的草种，且每平方米所述植物生长层的面层中喷播40g草种。
S4、养护：混合草种后，使用无纺布覆盖植被生长基层90表面，定期浇水，以保障草种生长所需的水分，养护一个月即可。
本发明所述的炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系的应用方法，具有施工作业简单、施工成本低、绿色环保等优点。
为了了解本发明所述炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系的防护性能，将本发明的炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系与其他护坡系统进行室内对比试验，其中，试验采用比较法对三种护坡结构进行研究，将本发明的炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系、土壤覆盖炭质岩护坡体系和植被混凝土护坡体系三种护坡体系进行室内试验，试验所用材料有炭质岩、土壤、砂砾、生物炭混合粘土、植物生长层、植被混凝土、复合肥和草种。
在此，需要说明的是，本试验所用土壤为黄粘土；
所用砂砾粒径为0.3mm～0.45mm；
所用生物炭压实生物炭混合黏土层为市场购买的生物炭与黏土混合而成，其粒径小于0.05mm；
所用植被混凝土为土壤、水泥、添加剂和腐殖质按比例混合而成，其中添加剂和腐殖质在市场购买；
所用复合肥由氮、磷、钾三种化肥按5:4:3混合制得；
所用草种为黑麦草91的草种；
所用炭质岩取自广西河池至百色高速公路沿线Z2K4+640工点的炭质岩边坡上的炭质岩，并对该炭质岩的物理力学指标和主要化学成分进行测定，其结果如下所示。
炭质岩的物理力学指标如表1所示：
表1炭质岩物理力学指标
Figure BDA0002399319510000071
炭质岩的主要化学成分含量如表2所示：
表2炭质岩主要化学成分含量/％
Figure BDA0002399319510000072
试验步骤如下所示：
T1、选取规格一致的三个试样盒，并分别标记为A、B和C，以获得三个试验组；本发明中的试样盒为内部中空且上端敞口的矩形结构。
T2、分别A、B和C组中加入厚度为5cm，粒径小于0.4mm的炭质岩；
T3、在A组的炭质岩上铺设2cm厚的砂砾并压实，然后在砂砾上面铺设第一土工织物层，然后在第一土工织物层上面铺设4cm厚压实生物炭混合黏土层并锤实，在压实生物炭混合黏土层上面铺设第二土工织物层，然后在第二土工织物层上面铺设厚度为6cm的植物生长层，并在植物生长层面层厚2cm处混合6g黑麦草91草种，以得到A组护坡体系(即本发明的炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系)；
在此，需要说明的是，由于本试验是通过研究本发明的炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系中植被长势来反映本发明所述炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系的防护性能，且本试验是室内试验，因此不设有第一防护层、铁丝网和锚杆的加固结构。
T4、在B组的炭质岩上面铺设厚度为6cm的黄粘土，并在黄土面层2cm厚的黄土中混合6g黑麦草91草种，以获取B组护坡系统(即土壤覆盖炭质岩护坡体系)；以及在C组的炭质岩上铺设厚度为6cm的植被混凝土，并在面层2cm厚的植被混凝土中混合6g黑麦草91草种，以获取C组护坡系统(植被混凝土护坡体系)；
T5、每天中午12:00记录温度和湿度，用皮尺测量A、B和C组中植物的生长长度，并记录；每天中午12:10浇水，浇水频率为1次/天，浇水量为每个试样盒浇水50g，浇水用喷雾器喷洒浇水，使水均匀喷洒在表面；每周周日施用复合肥，施肥量为5～10g/m2；按照上述养护条件，分别对A、B和C组养护一个月。
试验结果：
图3为A、B和C组三组中植被生长高度与养护周期的关系，从该图中可看出：A组护坡体系中的植被生长最快，具体表现为该护坡体系中的草种发芽快和生长速度快；C组护坡体系中植被生长最慢，具体表现为该护坡体系中草种发芽慢，以及还有很多草种没有发芽，植被生长较慢；B组护坡体系中的植被生长量快于C组护坡体系，但两组体系中植物生长量的总体相差不大；
且本试验得出，A组护坡体系中的植被生长很茂密，植被长势很好；而B组护坡体系和C组护坡体系中的植被较稀疏，植被长势较差，有较多局部区域没有植被生长。
这表明本发明所述的炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系非常适合炭质岩边坡，由第一防护层、铁丝网和锚杆组成的加固结构既能保护炭质岩免受雨水和温度的影响，防止炭质岩浸水崩解，而且植被生长茂密，稳定性提高。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，其特征在于，包括炭质岩边坡本体(10)和多个锚杆(20)，多个所述锚杆(20)均与所述炭质岩边坡本体(10)的坡面垂直设置，且其靠近所述炭质岩边坡本体(10)的一端均固定在所述炭质岩边坡本体(10)内，所述炭质岩边坡本体(10)的坡面由下至上依次铺设有第一防水层(30)、铁丝网层(40)、第二防水层(50)、压实砂砾层(60)、第一土工织物层(70)、压实生物炭混合黏土层(80)、第二土工织物层(71)和植被生长基层(90)，所述植被生长基层(90)上种植有植物。
2.根据权利要求1所述的一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，其特征在于，所述第一防水层(30)由环氧树脂涂料构成，其厚度为2mm；
3.根据权利要求1所述的一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，其特征在于，所述铁丝网层(40)由铁丝网构成，所述铁丝网与多个所述锚杆(20)固定连接，所述铁丝网的规格为16#，网孔为0.2m×0.2m。
4.根据权利要求1所述的一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，其特征在于，所述第二防水层(50)为混凝土防水层，其厚度为6cm。
5.根据权利要求1所述的一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，其特征在于，所述压实砂砾层(60)由砂砾组成，所述砂砾的粒径范围为0.3mm～0.45mm，其厚度为8cm。
6.根据权利要求1所述的一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，其特征在于，所述压实生物炭混合黏土层(80)由生物炭和黏土组成，且所述生物炭和所述黏土的重量比为3:1，所述压实生物炭混合黏土层(80)的厚度为10cm。
7.根据权利要求1所述的一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，其特征在于，所述植被生长基层(90)由高延性混凝土、有机质、土壤和焚烧灰渣组成，且所述高延性混凝土、所述有机质、所述土壤和所述焚烧灰渣的重量比为1:1:2:1，所述植被生长基层(90)的厚度为12cm。
8.根据权利要求1所述的一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系，其特征在于，所述植物为黑麦草(91)。
9.一种如权利要求1-9任一项所述炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系的应用方法，其特征在于，其主要包括以下步骤：
S1、整理坡面：将所述炭质岩边坡本体(10)的坡面整平；
S2、设置锚杆(20)：在所述炭质岩边坡本体(10)的坡面上钻取与多根所述锚杆(20)一一对应的锚杆(20)孔，并将所述锚杆(20)固定在对应的所述锚杆(20)孔内；
S3、沿着所述炭质岩边坡本体(10)的坡面由下至上依次铺设第一防水层(30)、铁丝网层(40)、第二防水层(50)、压实砂砾层(60)、第一土工织物层(70)、压实生物炭混合黏土层(80)、第二土工织物层(71)和植被生长基层(90)，并在所述植被生长基层(90)表面厚3cm内混合草种；
S4、养护：混合草种后，使用无纺布覆盖植被生长基层(90)表面，养护一个月即可。
10.根据权利要求9所述的一种炭质岩边坡坡面防渗与加固的结构体系的应用方法，其特征在于，所述草种为黑麦草(91)的草种。
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