CN111395368A - 一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置和设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置和设计方法，包括支撑板和碳纤维加固布条，支撑板采用多块对接覆盖在岩体裂缝处，支撑板采用多条碳纤维加固布条固定连接在岩体上。本发明能够有效解决岩质生态混凝土护坡工作中裂缝处理问题，避免由于裂缝造成的生态混凝土喷射不均、脱空、掉落等不良影响，降低生态混凝土消耗量，提高生态混凝土护坡的整体性。
Description
技术领域
本发明属于岩质边坡生态混凝土护坡技术领域，具体涉及一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置和设计方法。
背景技术
在我国工程建设过程中，尤其是山区工程建设过程中，山体开挖常会形成各类岩质边坡。这些岩质边坡若不加处理，直接裸露于地表，不仅破坏当地生态环境及自然地貌景观，长期受到侵蚀作用裸露岩质边坡也存在着种种地质灾害隐患。因此，针对高陡岩质边坡的生态护坡工作十分必要。生态混凝土护坡技术作为一种新兴的边坡支护和绿化技术，目前在我国已得到了较为广泛的应用。通过喷射生态混凝土护坡，不仅能够达到普通混凝土的护坡强度，还能像土壤一样生长植被，对高陡岩质边坡绿化和生态及景观的恢复起到良好作用。
但是，高陡岩质边坡大都因受构造影响，断层、节理裂隙及软弱夹层较为发育，且裸露岩质边坡由于长期受侵蚀作用，坡面多可见长度、深度等发育情况不等的各种裂隙裂缝。在开展生态混凝土护坡工作过程中，如何对上述裂隙裂缝进行有效处理，以避免生态混凝土掉落岩体裂缝中，从而保证生态混凝土护坡效果，是岩质边坡生态混凝土护坡工程中亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置和设计方法，以解决岩质边坡生态混凝土护坡工作中的裂缝处理问题。
本发明采取的技术方案为：一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置，包括支撑板和碳纤维加固布条，支撑板采用多块对接覆盖在岩体裂缝处，支撑板采用多条碳纤维加固布条固定连接在岩体上。
优选的，上述纤维加固布条与支撑板之间采用碳纤维加固布专用胶粘剂粘接。
优选的，上述碳纤维加固布条与岩体之间采用碳纤维加固布专用胶粘剂粘接。
优选的，上述支撑板上覆盖有生态混凝土层，生态混凝土层与支撑板和碳纤维加固布条之间涂抹有碳纤维加固布专用胶粘剂。
优选的，上述支撑板(1)材质选择防腐板材，厚度d0为3cm～5cm。
优选的，上述一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置的设计方法，该方法包括以下步骤：
(1)制作支撑板；
(2)计算缝跨越装置最大弯矩；
(3)计算生态混凝土层正截面受弯承载力截面；
(4)计算碳纤维加固布条粘贴面积；
(5)根据步骤(3)-(4)计算结果制作碳纤维加固布条；
(6)将碳纤维加固布条通过碳纤维加固布专用胶粘剂粘贴于支撑板，并将其安装于岩质边坡裂缝处；若裂缝过长，采用密拼布置方式确保裂缝被完整跨越；
(7)在裂缝跨越装置表面碳纤维加固布条表层刷涂碳纤维加固布专用胶粘剂，并进行后续喷射生态混凝土护坡工作。
优选的，上述步骤(1)中支撑板长a与宽b应分别满足式(1)和式(2)，支撑板厚度d0为3cm～5cm：
a＞3l0 (1)
b＞2l0 (2)
式中，a为支撑板长度；b为支撑板宽度；l0为裂缝最大宽度。
优选的，上述步骤(2)中裂缝跨越装置最大弯矩计算：
裂缝跨越装置受到生态混凝土层重力γcd作用及生长植被均布面荷载qp作用，该部分荷载分解为沿坡面方向的分力(γcd+qp)sinθ和垂直坡面方向的分力(γcd+qp)cosθ，θ为边坡倾角；
跨越裂缝处裂缝最大宽度
垂直坡面方向按单向板受弯截面设计，并取裂缝跨越装置板条单位长度a′作为计算单元；将计算模型简化为均布荷载作用下简支梁模型进行受弯分析；
根据均布荷载作用下简支梁模型最大弯矩发生梁
截面处，得到最大弯矩为式(4)：
式中，γc为生态混凝土重度，d为生态混凝土板厚度，qp为生长植被重力作用均布面荷载，l0′为跨越裂缝处裂缝最大宽度，θ为边坡倾角。
优选的，上述步骤(4)中生态混凝土层正截面受弯承载力截面计算：
喷射生态混凝土后，生态混凝土连同裂缝跨越装置形成生态混凝土板，生态混凝土板正截面受弯承载力，不考虑支撑板及碳纤维加固布专用胶粘剂的抗弯性能，只考虑支撑板的支承作用及碳纤维加固布专用胶粘剂的粘贴性能，极限平衡条件下，不考虑碳纤维加固布条厚度，由力矩平衡条件得到式(5)：
由力的平衡条件得到式(6)：
fca′y＝αβffAf (6)
式中，fc为生态混凝土抗压强度设计值；a′为裂缝跨越装置板条单位长度，取1.0m；y为生态混凝土受压部分高度；d为生态混凝土板厚度；α为碳纤维加固布抗拉强度折减系数，取0.8～1.0；β为碳纤维布截面面积折减系数，取0.6～0.9；ff为碳纤维加固布抗拉强度设计值，Af为受拉碳纤维加固布截面面积；
将式(5)带入式(4)，得到式(7)：
将式(7)带入式(6)，得到碳纤维加固布条截面面积，见式(8)：
优选的，上述步骤(4)中碳纤维加固布条粘贴面积计算：
沿坡面方向，碳纤维加固布专用胶粘剂受上部生态混凝土重力及生长植被均布面荷载γcd与qp的分力(γcd+qp)sinθ作用，按下式计算碳纤维加固布粘贴面积：
式中，Ai为碳纤维加固布条经专用胶粘剂与坡面岩体的粘贴面积；la、lb分别为裂缝跨越装置总长度和裂缝跨越装置总宽度；fg为碳纤维加固布专用胶粘剂抗剥离强度。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明能够有效解决岩质生态混凝土护坡工作中裂缝处理问题，避免由于裂缝造成的生态混凝土喷射不均、脱空、掉落等不良影响，降低生态混凝土消耗量，提高生态混凝土护坡的整体性；且本发明的设计方法简单便捷、易于理解、可操作性强，装置具有制作简便经济、使用灵活等特点，为岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝问题提供了一种经济合理的处理方法。
附图说明
图1为本发明装置结构俯视图；
图2为本发明装置结构左视图；
图3为本发明装置结构前视图；
图4为本发明装置布设示意图；
图5为本发明装置中支撑板1构造示意图；
图6为本发明装置受力示意图；
图7为本发明装置受力分析图；
图8为本发明装置跨越裂缝处长、短跨示意图；
图9为均布荷载作用下简支梁模型示意图；
图10为碳纤维加固布正截面受弯承载力计算简图；
图11为碳纤维布专用胶粘剂抗剥离受力分析图；
图12为碳纤维加固布构造要求示意图；
图13为裂缝跨越装置密拼方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-13所示，一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置，包括支撑板1和碳纤维加固布条2，支撑板1采用多块对接覆盖在岩体裂缝4处，支撑板1采用多条碳纤维加固布条2固定连接在岩体5上。
优选的，上述纤维加固布条2与支撑板1之间采用碳纤维加固布专用胶粘剂3粘接。
优选的，上述碳纤维加固布条2与岩体5之间采用碳纤维加固布专用胶粘剂3粘接。
优选的，上述支撑板1上覆盖有生态混凝土层6，生态混凝土层6与支撑板1和碳纤维加固布条2之间涂抹有碳纤维加固布专用胶粘剂3。
优选的，上述支撑板1材质选择防腐板材，厚度d0为3cm～5cm。
实施例2：如图1-图13所示，一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置的设计方法，该方法包括以下步骤：
(1)制作支撑板；
支撑板长a与宽b应分别满足式(1)和式(2)，支撑板厚度d0为3cm～5cm：
a＞3l0 (1)
b＞2l0 (2)
式中，a为支撑板长度；b为支撑板宽度；l0为裂缝最大宽度；
(2)计算缝跨越装置最大弯矩；
裂缝跨越装置最大弯矩计算：
如图6所示，对岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置进行受力分析可知，生态混凝土护坡后，裂缝跨越装置受到生态混凝土层重力γcd作用及生长植被均布面荷载qp作用，该部分荷载分解为沿坡面方向的分力(γcd+qp)sinθ和垂直坡面方向的分力(γcd+qp)cosθ，θ为边坡倾角；
如图8所示，跨越裂缝处裂缝最大宽度
垂直坡面方向按单向板受弯截面设计，并取裂缝跨越装置板条单位长度a′作为计算单元；将计算模型简化为均布荷载作用下简支梁模型进行受弯分析，如图9所示；
根据均布荷载作用下简支梁模型最大弯矩发生梁
截面处，得到最大弯矩为式(4)：
式中，γc为生态混凝土重度，d为生态混凝土板厚度，qp为生长植被重力作用均布面荷载，l0′为跨越裂缝处裂缝最大宽度，θ为边坡倾角；
(3)计算生态混凝土层正截面受弯承载力截面；
生态混凝土层正截面受弯承载力截面计算：
喷射生态混凝土后，生态混凝土连同裂缝跨越装置形成生态混凝土板，生态混凝土板正截面受弯承载力计算简图如图10所示，不考虑支撑板及碳纤维加固布专用胶粘剂的抗弯性能，只考虑支撑板的支承作用及碳纤维加固布专用胶粘剂的粘贴性能，极限平衡条件下，不考虑碳纤维加固布条厚度，由力矩平衡条件得到式(5)：
由力的平衡条件得到式(6)：
fca′y＝αβffAf (6)
式中，fc为生态混凝土抗压强度设计值；a′为裂缝跨越装置板条单位长度，取1.0m；y为生态混凝土受压部分高度；d为生态混凝土板厚度；α为碳纤维加固布抗拉强度折减系数，取0.8～1.0；β为碳纤维布截面面积折减系数，取0.6～0.9；ff为碳纤维加固布抗拉强度设计值，Af为受拉碳纤维加固布截面面积；
将式(5)带入式(4)，得到式(7)：
将式(7)带入式(6)，得到碳纤维加固布条截面面积，见式(8)：
(4)计算碳纤维加固布条粘贴面积；
碳纤维加固布条粘贴面积计算：
沿坡面方向，碳纤维加固布专用胶粘剂受上部生态混凝土重力及生长植被均布面荷载γcd与qp的分力(γcd+qp)sinθ作用，如图11所示，按下式计算碳纤维加固布粘贴面积：
式中，Ai为碳纤维加固布条经专用胶粘剂与坡面岩体的粘贴面积；la、lb分别为裂缝跨越装置总长度和裂缝跨越装置总宽度；fg为碳纤维加固布专用胶粘剂抗剥离强度；
(5)根据步骤(3)-(4)计算结果制作碳纤维加固布条，碳纤维加固布条构造要求：碳纤维加固布布条宽度bb应大于等于15cm，布条间隔宽度bg应小于等于30cm，且以各布条、各布条间距等宽对称布置为宜，如图12所示；
(6)将碳纤维加固布条通过碳纤维加固布专用胶粘剂粘贴于支撑板，并将其安装于岩质边坡裂缝处；若裂缝过长，采用密拼布置方式确保裂缝被完整跨越，如图13所示；
(7)在裂缝跨越装置表面碳纤维加固布条表层刷涂碳纤维加固布专用胶粘剂，并进行后续喷射生态混凝土护坡工作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，还包括颗粒制剂、片剂，均可采用本发明的方法进行鉴定，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置，其特征在于：包括支撑板(1)和碳纤维加固布条(2)，支撑板(1)采用多块对接覆盖在岩体裂缝(4)处，支撑板(1)采用多条碳纤维加固布条(2)固定连接在岩体(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置，其特征在于：碳纤维加固布条(2)与支撑板(1)之间采用碳纤维加固布专用胶粘剂(3)粘接。
3.根据权利要求1所述的一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置，其特征在于：碳纤维加固布条(2)与岩体(5)之间采用碳纤维加固布专用胶粘剂(3)粘接。
4.根据权利要求1所述的一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置，其特征在于：支撑板(1)上覆盖有生态混凝土层(6)，生态混凝土层(6)与支撑板(1)和碳纤维加固布条(2)之间涂抹有碳纤维加固布专用胶粘剂(3)。
5.根据权利要求1所述的一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置，其特征在于：支撑板(1)材质选择防腐板材，厚度d0为3cm～5cm。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置的设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)制作支撑板；
(2)计算缝跨越装置最大弯矩；
(3)计算生态混凝土层正截面受弯承载力截面；
(4)计算碳纤维加固布条粘贴面积；
(5)根据步骤(3)-(4)计算结果制作碳纤维加固布条；
(6)将碳纤维加固布条通过碳纤维加固布专用胶粘剂粘贴于支撑板，并将其安装于岩质边坡裂缝处；若裂缝过长，采用密拼布置方式确保裂缝被完整跨越；
(7)在裂缝跨越装置表面碳纤维加固布条表层刷涂碳纤维加固布专用胶粘剂，并进行后续喷射生态混凝土护坡工作。
7.根据权利要求6所述的一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置的设计方法，其特征在于：步骤(1)中支撑板长a与宽b应分别满足式(1)和式(2)，支撑板厚度d0为3cm～5cm：
a＞3l0 (1)
b＞2l0 (2)
式中，a为支撑板长度；b为支撑板宽度；l0为裂缝最大宽度。
8.根据权利要求6所述的一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置的设计方法，其特征在于：步骤(2)中裂缝跨越装置最大弯矩计算：
裂缝跨越装置受到生态混凝土层重力γcd作用及生长植被均布面荷载qp作用，该部分荷载分解为沿坡面方向的分力(γcd+qp)sinθ和垂直坡面方向的分力(γcd+qp)cosθ，θ为边坡倾角；
跨越裂缝处裂缝最大宽度
垂直坡面方向按单向板受弯截面设计，并取裂缝跨越装置板条单位长度a′作为计算单元；将计算模型简化为均布荷载作用下简支梁模型进行受弯分析；
根据均布荷载作用下简支梁模型最大弯矩发生梁
截面处，得到最大弯矩为式(4)：
式中，γc为生态混凝土重度，d为生态混凝土板厚度，qp为生长植被重力作用均布面荷载，l′0为跨越裂缝处裂缝最大宽度，θ为边坡倾角。
9.根据权利要求6所述的一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置的设计方法，其特征在于：步骤(4)中生态混凝土层正截面受弯承载力截面计算：
喷射生态混凝土后，生态混凝土连同裂缝跨越装置形成生态混凝土板，生态混凝土板正截面受弯承载力，不考虑支撑板及碳纤维加固布专用胶粘剂的抗弯性能，只考虑支撑板的支承作用及碳纤维加固布专用胶粘剂的粘贴性能，极限平衡条件下，不考虑碳纤维加固布条厚度，由力矩平衡条件得到式(5)：
由力的平衡条件得到式(6)：
fca′y＝αβffAf (6)
式中，fc为生态混凝土抗压强度设计值；a′为裂缝跨越装置板条单位长度，取1.0m；y为生态混凝土受压部分高度；d为生态混凝土板厚度；α为碳纤维加固布抗拉强度折减系数，取0.8～1.0；β为碳纤维布截面面积折减系数，取0.6～0.9；ff为碳纤维加固布抗拉强度设计值，Af为受拉碳纤维加固布截面面积；
将式(5)带入式(4)，得到式(7)：
将式(7)带入式(6)，得到碳纤维加固布条截面面积，见式(8)：
10.根据权利要求6所述的一种岩质边坡生态混凝土护坡中裂缝跨越装置的设计方法，其特征在于：步骤(3)中碳纤维加固布条粘贴面积计算：
沿坡面方向，碳纤维加固布专用胶粘剂受上部生态混凝土重力及生长植被均布面荷载γcd与qp的分力(γcd+qp)sinθ作用，按下式计算碳纤维加固布粘贴面积：
式中，Ai为碳纤维加固布条经专用胶粘剂与坡面岩体的粘贴面积；la、lb分别为裂缝跨越装置总长度和裂缝跨越装置总宽度；fg为碳纤维加固布专用胶粘剂抗剥离强度。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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Also Published As
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