CN111576449A - 基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于边坡防护技术领域，涉及一种基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构及施工方法，包括柔性框架、锚固装置以及由多片瓦叠加铺设的瓦片层；所述瓦片层以及柔性框架自上而下依次铺设在膨胀土坡体上；所述锚固装置穿过柔性框架并伸入膨胀土坡体内。本发明提供了一种具有加固兼防水功能的柔性防护结构，可做到“固排”结合，在膨胀土遇水膨胀时可有一定的膨胀空间的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构及施工方法。

Description

基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构及施工方法

技术领域

本发明属于边坡防护技术领域，涉及一种膨胀土边坡柔性固排结构及施工方法，尤其涉及一种基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构及施工方法。

背景技术

由于膨胀土内有大量的的黏粒和黏性矿物，因此其具有较大强的胀缩性，主要特征表现为失水收缩、遇水膨胀的特性。(王澄菡.膨胀土的胀缩机理及新型处理方法综述【J】.路基工程.2020.6.(02):6-11)膨胀土边坡在干湿交替的情况下极易出现裂隙或体积膨胀，对膨胀土含量较多的地区进行的工程具有很大的潜在危害，不稳定因素较大。公路、铁路、水利工程膨胀土边坡破坏基本上都与水的作用有关，因此在加固膨胀土边坡时，边坡防水必须放在首位。

当前国内外治理膨胀土边坡的措施分为坡面防护法、土工膜法、支挡结构法、土工袋法、物理和化学改良法这几种，这些防护措施各有其优点和缺点，但未做到“固排”结合。土工膜法和坡面防护法仅仅在坡面铺设土工膜、种植植物来护坡，未对坡体内进行加固，安全性不高；而支挡结构法通过锚杆、抗滑桩等对坡体加固，(丁国权.膨胀土边坡防护机理分析及防护方法比较【J】.岩土工程技术.2018.32(2):83-87)没有考虑到雨水对膨胀土边坡的影响。当雨水渗入后，膨胀土发生膨胀，使防护结构产生较大的变形而破坏。未将排水防水和加固坡体结合起来，达不到好的护坡效果。例如，有的支挡结构将制成的混凝土棒插入坡体中，纵向、横向间隔设置，并在坡面种植植物，这种方法就仅仅考虑了对坡体的加固，没有防止雨水渗入边坡，而雨水的渗入又是导致膨胀土边坡垮塌的主要原因，同时混凝土棒会受到渗入坡体的雨水的侵蚀，降低了防护效果(一种膨胀土边坡加固防护结构.申请号：CN201820893301.5)；土工袋法、物理和化学改良法对于较大膨胀土边坡具有局限性。还有一些刚性防护技术初期防水效果较好，但随着膨胀土涨缩变形发生，由于刚性防护几乎不容许破面有任何变形，刚性防护体本身受到很大应力最终导致刚性防护体破坏或开裂，加大了雨水入渗量从而进一步加剧了破面防护层开裂，恶性循环后坡体最终破坏。另一方面，现有一些柔性防护技术尽管容许一定变形，但防水效果并不理想。例如，有的防护结构采用了柔性网状土工格栅，虽然在坡面设置了排水沟和种植了植被，却不能够做到完全防水，当坡体遇水变形过大时，防护结构仍有破坏的风险。(膨胀土路堑边坡支护结构.申请号：CN2013204905723)总体而言，以往的膨胀土护坡结构和措施的效果都没有达到最佳的效果。

发明内容

为了解决背景技术中存在的膨胀土边坡易滑坡、膨胀土边坡防护效果差以及时效短的技术问题，本发明提供了一种具有加固兼防水功能的柔性防护结构，可做到“固排”结合，在膨胀土遇水膨胀时可有一定的膨胀空间的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构及施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构包括柔性框架、锚固装置以及由多片瓦叠加铺设的瓦片层；所述瓦片层以及柔性框架自上而下依次铺设在膨胀土坡体上；所述锚固装置穿过柔性框架并伸入膨胀土坡体内。

作为优选，本发明所采用的瓦片层包括上部瓦以及与上部瓦相扣合的下部瓦，所述上部瓦的弧度略大于下部瓦的弧度。

作为优选，本发明所采用的下部瓦包括下部瓦片本体；所述下部瓦片本体上沿下部瓦片本体的径向自下部瓦片本体的外边缘至内延伸依次设置下部瓦边部中间凸起以及边部凸起；所述边部凸起以及下部瓦边部中间凸起均是两个，两个边部凸起对称设置，两个下部瓦边部中间凸起也呈对称设置；所述下部瓦通过下部瓦边部中间凸起与上部瓦相扣合。

作为优选，本发明所采用的上部瓦包括上部瓦片本体，所述上部瓦片本体上沿上部瓦片本体的径向自上部瓦片本体的外边缘至内延伸的上部瓦边部中间凸起；所述上部瓦边部中间凸起与下部瓦边部中间凸起相扣合。

作为优选，本发明所采用的框架包括自上而下依次设置的上部纤维复合材料板、弹性材料层以及下部纤维复合材料板；所述瓦片层铺设在上部纤维复合材料板上；所述锚固装置穿过上部纤维复合材料板、弹性材料层以及下部纤维复合材料板并伸入膨胀土坡体内。

作为优选，本发明所采用的锚固装置包括底部锚杆以及非底部锚杆；所述底部锚杆包括杆体、止水垫片、锚头以及顶部挡片；所述杆体的一端设置有锚头，另一端设置有顶部挡片；含有锚头的杆体从柔性框架穿过后伸入膨胀土坡体内，含有顶部挡片的杆体从柔性框架穿出并置于膨胀土坡体边角处；所述顶部挡片与柔性框架之间设置有止水垫片；置于膨胀土坡体边角处的瓦片层止靠在顶部挡片上；

所述非底部锚杆包括杆体、止水垫片以及锚头；所述杆体的一端设置有锚头；含有锚头的杆体从柔性框架穿过后伸入膨胀土坡体内；远离锚头的杆体从柔性框架穿出并与柔性框架之间设置有止水垫片。

作为优选，本发明所采用的柔性框架设置有杆体穿过孔；所述底部锚杆的杆体以及非底部锚杆的杆体分别通过杆体穿过孔贯穿柔性框架。

作为优选，本发明所采用的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构还包括用于连接相邻瓦片层的封边盖。

作为优选，本发明所采用的瓦的材料是合成树脂；所述杆体外周涂覆有防锈蚀层；所述封边盖采用防锈蚀铝合金材料；所述封边盖与相邻瓦片层重叠。

一种基于如前所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构的施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)对膨胀土坡体的坡顶进行处理；

2)对膨胀土坡体开挖成多阶段斜坡，分为短坡和长坡；优选的，长坡坡度是30-40°，短坡坡度是5-10°；

3)使用人工或小型机械对膨胀土坡体的坡面进行处理，使坡面具有良好的平整度；

4)放线铺设上部纤维复合材料板、弹性材料层以及下部纤维复合材料板，确定杆体穿过孔的孔位并进行进行锚固装置施工；优选的，弹性材料层所采用的材料是合成橡胶；

5)瓦片层施工：采用纵向自上而下叠铺，从外向里，横向正反交替嵌合的方式铺设，纵向分段施工；同时叠铺时上部瓦扣在两下部瓦之间，瓦下留有空间形成通道使矩形板通过；

6)坡脚处理：边坡坡脚设挡土墙，最底处瓦抵在挡土墙上，并设置排水沟；优选的，所述挡土墙与土层之间设砂卵石垫层，所述排水沟的截面尺寸是10cm×10cm或15cm×20cm，间距2-3米，上下交错设置。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

本发明用于膨胀土边坡加固和防水的防护结构，做到了“固排”结合，还具有柔性特点。坡面铺设的瓦具有防水排水的优良作用，有效防止雨水渗入坡体，从而减少膨胀土边坡涨缩变形，避免坡体破坏。瓦片铺设后，当土体吸水发生膨胀时产生的力作用在框架结构上，使框架结构中间层的弹性材料进行压缩，在土体失水回缩后，被压缩的弹性层回弹，同时铺设在边坡上的瓦可以在上下左右允许一定的错动，允许的变形程度比其他防护结构大，在坡体发生较大变形条件下防护结构仍然保持良好的整体性和良好的防水效果，长期防水护坡效果比现有技术好。所铺设瓦边部有有四个凸起抵挡，不需要钉子等对瓦片进行固定，可利用自身结构铺设在边坡上。锚杆杆体涂刷防锈蚀材料，保证锚杆使用寿命。本边坡防护的施工方法，操作简单，材料易运输，防护效果更加明显，经济效益更高，发展前景较为广阔。

附图说明

附图说明为本发明提供进一步解释，便于理解，在附图中：

图1是本发明所提供的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构的结构示意图；

图2是本发明所提供的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构中锚杆结构和其余组成的细部示意图；

图3是本发明所提供的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构中框架组成的结构示意图；

图4是本发明所提供的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构中瓦的结构示意图；

图5是本发明所提供的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构中瓦的铺设方式示意图；

图6是本发明所提供的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构的铺设方式平面示意图；

其中：

1-框架；11-上部纤维复合材料板；12-弹性材料层；13-下部纤维复合材料板；2、6-锚杆；21-杆体；22-止水垫片；23-锚头；24-顶部挡片；3-瓦；31-边部凸起；32-边部中间凸起；321-下部瓦边部中间凸起；322-上部瓦边部中间凸起；4-封边盖；5-边坡。

具体实施方式

下面通过附图对本技术方案进行详细描述。

如图1至图6，本发明提供了一种基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，包括柔性框架、锚固装置以及由多片瓦3叠加铺设的瓦片层；瓦片层以及柔性框架自上而下依次铺设在膨胀土坡体上；锚固装置穿过柔性框架并伸入膨胀土坡体内。

参见图4以及图5，瓦片层包括上部瓦以及与上部瓦相扣合的下部瓦，上部瓦的弧度略大于下部瓦的弧度。其中，下部瓦包括下部瓦片本体；下部瓦片本体上沿下部瓦片本体的径向自下部瓦片本体的外边缘至内延伸依次设置下部瓦边部中间凸起321以及边部凸起31；边部凸起31以及下部瓦边部中间凸起321均是两个，两个边部凸起31对称设置，两个下部瓦边部中间凸起321也呈对称设置；下部瓦通过下部瓦边部中间凸起321与上部瓦相扣合。上部瓦包括上部瓦片本体，上部瓦片本体上沿上部瓦片本体的径向自上部瓦片本体的外边缘至内延伸的上部瓦边部中间凸起322；上部瓦边部中间凸起322与下部瓦边部中间凸起321相扣合。

参见图3，框架1包括自上而下依次设置的上部纤维复合材料板11、弹性材料层12以及下部纤维复合材料板13；瓦片层铺设在上部纤维复合材料板上；锚固装置穿过上部纤维复合材料板、弹性材料层以及下部纤维复合材料板并伸入膨胀土坡体内。上部纤维复合材料板11、弹性材料层12以及下部纤维复合材料板13依次嵌入坡体中，与坡体表面高度一致，留出孔位。

参见图2，锚固装置包括底部锚杆以及非底部锚杆；底部锚杆包括杆体21、止水垫片22、锚头23以及顶部挡片24；杆体21的一端设置有锚头23，另一端设置有顶部挡片24；含有锚头23的杆体21从柔性框架穿过后伸入膨胀土坡体内，含有顶部挡片24的杆体21从柔性框架穿出并置于膨胀土坡体边角处；顶部挡片24与柔性框架之间设置有止水垫片22；置于膨胀土坡体边角处的瓦片层止靠在顶部挡片24上；

非底部锚杆包括杆体21、止水垫片22以及锚头23；杆体21的一端设置有锚头23；含有锚头23的杆体21从柔性框架穿过后伸入膨胀土坡体内；远离锚头23的杆体21从柔性框架穿出并与柔性框架之间设置有止水垫片22。

参见图6，柔性框架设置有杆体穿过孔；底部锚杆的杆体21以及非底部锚杆的杆体21分别通过杆体穿过孔贯穿柔性框架。基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构还包括用于连接相邻瓦片层的封边盖4。瓦3的材料是合成树脂；杆体21外周涂覆有防锈蚀层；封边盖4采用防锈蚀铝合金材料；封边盖4与相邻瓦片层重叠。

锚杆穿过矩形板孔位和锚头23设于坡体内，杆体21另一端有端部挡片，但仅有每段的下边锚杆设有顶部挡片24，顶部挡片24与杆体21连接处有止水垫片22。每块瓦包括边部凸起31和边部中间凸起32，边部中间凸起32分为下部瓦边部中间凸起321和上部瓦边部中间凸起322。铺设瓦时，每段第一块上部瓦较短，长度为第一块底部瓦底边到到二块底部瓦底边。底部瓦和上部瓦的边部中间凸起交错相抵。同时叠铺时上部瓦扣在两下部瓦中间，瓦下留有空间形成通道使矩形板通过，如图2中的锚杆6的端部在瓦下形成的通道中。封边盖4用于衔接两段瓦避免渗水，封边盖4留孔，锚杆穿过其中固定在端部挡片和框架结构之间，设于止水垫片防止渗水，且封边盖4与瓦片边部重叠，每段连接处，低处瓦位于封边盖下部，高处瓦位于封边盖上部。

使用此膨胀土边坡防护结构时的具体实施方法，步骤为：

1)施工前准备工作，统一筹划，进行临时设施的搭建，施工用电、用水和排水的设置，以便于施工顺利进行。

2)坡顶处理，坡顶进行削坡，以便于坡顶封边盖的铺设。

3)边坡开挖时，边坡开挖成多段斜坡，分为短坡和长坡，开挖长坡坡度控制在30-40°，短坡坡度控制在5-10°。开挖顺序自上而下，纵向分段，横向对称施工，不能超挖。

4)坡面处理时，使用人工或小型机械对坡面进行处理，使坡面具有良好的平整度，在铺设框架和防水瓦时较为方便同时效果更好。

5)防护结构施工时，放线铺设纤维增强复合材料板和弹性材料，确定孔位进行锚杆、封边盖施工，形成框架。铺设纤维增强复合材料板和弹性材料时，将板置于坡体中，使其高度与坡体表面一致，便于下一步防水瓦的施工。

6)防水瓦施工时，由于考虑到叠铺时上一级瓦底部接触不到坡面，所以采用自上而下叠铺，从外向里，横向对称施工，纵向分段施工，可有效地防止雨水流入坡体。同时叠铺时上部瓦扣在两下部瓦之间，瓦下留有空间形成通道使矩形板通过。每段连接处，低处瓦位于封边盖下部，高处瓦位于封边盖上部。

7)坡脚处理：边坡坡脚设挡土墙，最底处瓦抵在挡土墙上，并设置排水沟排水。土墙与土层之间可设砂卵石垫层，并在挡土墙上开设泄水孔，可根据当地降雨量设泄水孔边长为10cm×10cm或15cm×20cm，间距2-3M，上下交错设置。

Claims (10)

1.一种基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构包括柔性框架、锚固装置以及由多片瓦（3）叠加铺设的瓦片层；所述瓦片层以及柔性框架自上而下依次铺设在膨胀土坡体上；所述锚固装置穿过柔性框架并伸入膨胀土坡体内。

2.根据权利要求1所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述瓦片层包括上部瓦以及与上部瓦相扣合的下部瓦，所述上部瓦的弧度略大于下部瓦的弧度。

3.根据权利要求2所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述下部瓦包括下部瓦片本体；所述下部瓦片本体上沿下部瓦片本体的径向自下部瓦片本体的外边缘至内延伸依次设置下部瓦边部中间凸起（321）以及边部凸起（31）；所述边部凸起（31）以及下部瓦边部中间凸起（321）均是两个，两个边部凸起（31）对称设置，两个下部瓦边部中间凸起（321）也呈对称设置；所述下部瓦通过下部瓦边部中间凸起（321）与上部瓦相扣合。

4.根据权利要求3所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述上部瓦包括上部瓦片本体，所述上部瓦片本体上沿上部瓦片本体的径向自上部瓦片本体的外边缘至内延伸的上部瓦边部中间凸起（322）；所述上部瓦边部中间凸起（322）与下部瓦边部中间凸起（321）相扣合。

5.根据权利要求4所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述框架（1）包括自上而下依次设置的上部纤维复合材料板、弹性材料层以及下部纤维复合材料板；所述瓦片层铺设在上部纤维复合材料板上；所述锚固装置穿过上部纤维复合材料板、弹性材料层以及下部纤维复合材料板并伸入膨胀土坡体内。

6.根据权利要求1-5任一所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述锚固装置包括底部锚杆以及非底部锚杆；

所述底部锚杆包括杆体（21）、止水垫片（22）、锚头（23）以及顶部挡片（24）；所述杆体（21）的一端设置有锚头（23），另一端设置有顶部挡片（24）；含有锚头（23）的杆体（21）从柔性框架穿过后伸入膨胀土坡体内，含有顶部挡片（24）的杆体（21）从柔性框架穿出并置于膨胀土坡体边角处；所述顶部挡片（24）与柔性框架之间设置有止水垫片（22）；置于膨胀土坡体边角处的瓦片层止靠在顶部挡片（24）上；

所述非底部锚杆包括杆体（21）、止水垫片（22）以及锚头（23）；所述杆体（21）的一端设置有锚头（23）；含有锚头（23）的杆体（21）从柔性框架穿过后伸入膨胀土坡体内；远离锚头（23）的杆体（21）从柔性框架穿出并与柔性框架之间设置有止水垫片（22）。

7.根据权利要求6所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述柔性框架设置有杆体穿过孔；所述底部锚杆的杆体（21）以及非底部锚杆的杆体（21）分别通过杆体穿过孔贯穿柔性框架。

8.根据权利要求7所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构还包括用于连接相邻瓦片层的封边盖（4）。

9.根据权利要求8所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构，其特征在于：所述瓦（3）的材料是合成树脂；所述杆体（21）外周涂覆有防锈蚀层；所述封边盖（4）采用防锈蚀铝合金材料；所述封边盖（4）与相邻瓦片层重叠。

10.一种基于如权利要求9所述的基于瓦片的膨胀土边坡柔性固排结构的施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）对膨胀土坡体的坡顶进行处理；

2）对膨胀土坡体开挖成多阶段斜坡，分为短坡和长坡；优选的，长坡坡度是30-40°，短坡坡度是5-10°；

3）使用人工或小型机械对膨胀土坡体的坡面进行处理，使坡面具有良好的平整度；

4）放线铺设上部纤维复合材料板、弹性材料层以及下部纤维复合材料板，确定杆体穿过孔的孔位并进行进行锚固装置施工；优选的，弹性材料层所采用的材料是合成橡胶；

5）瓦片层施工：采用纵向自上而下叠铺，从外向里，横向正反交替嵌合的方式铺设，纵向分段施工；同时叠铺时上部瓦扣在两下部瓦之间，瓦下留有空间形成通道使矩形板通过；

6）坡脚处理：边坡坡脚设挡土墙，最底处瓦抵在挡土墙上，并设置排水沟；优选的，所述挡土墙与土层之间设砂卵石垫层，所述排水沟的截面尺寸是10cm×10cm或15cm×20cm，间距2-3米，上下交错设置。

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