CN112442993B - 一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构及使用方法，锚固结构设置在膨胀土坡的坡面上事先挖好的锥形孔内，包括对称设置的两个弧形锚固基体和两根固定锚固杆，两个弧形锚固基体之间形成种植根系发达植物的种植腔，两侧边缘之间不接触形成受力缓冲区；两根固定锚固杆呈交叉分布，每根固定锚固杆的上端穿出一个弧形锚固基体，下端依次穿过种植腔和另一个弧形锚固基体后插入到锥形孔侧壁的泥土内。本发明通过在膨胀土坡面上挖设锥形孔，并在每个锥形孔内设置锚固结构，锚固结构能够将锥形孔附近的土体进行锚固和改良，形成锚固节点，防止出现浅层滑坡，在锚固结构内种植根系发达的植物，利用其根系来防止水土流失。

Description

一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构及使用方法

技术领域

本发明涉及到生态环境的治理和保护领域，具体的说是一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构及使用方法。

背景技术

膨胀土在我国的分布范围很广，如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性。

在我国降水较少的丘陵地带比如河南西部及南部地区，全年总体降水少，而且多集中在夏秋季节，膨胀土土体构成的缓坡植被本就很脆弱，突遇暴雨冲刷，很容易出现水土流失，甚至表层土的浅层滑坡，最终导致膨胀土坡的生态植被被完全破坏。

发明内容

为了解决现有植被较少的膨胀土坡面在雨季被暴雨冲刷导致的水土流失、甚至浅层滑坡等生态破坏问题，本发明提供了一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构及使用方法，通过在膨胀土坡面上挖设锥形孔，并在每个锥形孔内设置锚固结构，锚固结构能够将锥形孔附近的土体进行锚固和改良，形成锚固节点，防止出现浅层滑坡，在锚固结构内种植根系发达的植物，利用其根系来防止水土流失，从而起到了保护膨胀土坡生态环境和体系的作用。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，该锚固结构设置在膨胀土坡的坡面上事先挖好的锥形孔内，包括对称设置的两个弧形锚固基体和两根固定锚固杆，其中，两个弧形锚固基体处于同一个圆锥轮廓上，从而在两者之间形成种植根系发达植物的种植腔，在两个弧形锚固基体的表面分布有供植物根系穿过的孔；两个弧形锚固基体的两侧边缘之间不接触，从而形成两条受力缓冲区，每个弧形锚固基体的两侧边缘沿其母线长度方向分布有弧形的支撑片，且同一侧相邻的两块支撑片之间具有间隙，两个弧形锚固基体上的支撑片相互错开，从而插入到彼此的间隙内，且一个弧形锚固基体上支撑片的端部与另一个弧形锚固基体的侧边缘之间也具有间隙；所述的两根固定锚固杆呈交叉分布，每根固定锚固杆的上端穿出一个弧形锚固基体，下端依次穿过种植腔和另一个弧形锚固基体后插入到锥形孔侧壁的泥土内。在每个弧形锚固基体的上部和下部均设置有一个供固定锚固杆穿过的倾斜孔，一根固定锚固杆先穿过一个弧形锚固基体上部的倾斜孔进入到种植腔内，之后再继续穿过另一个弧形锚固基体下部的倾斜孔后插入到锥形孔侧壁的泥土内，从而将两个弧形锚固基体和锥形孔的侧壁形成一体结构。

本发明的一种优选实施方式，所述两个弧形锚固基体上的支撑片与两个弧形锚固基体处于同一个圆锥轮廓上。

本发明的另一种优选实施方式，所述两个弧形锚固基体所处的圆锥轮廓中，该圆锥的锥顶角为20-40°；两个弧形锚固基体的高度为30-80cm。

本发明的另一种优选实施方式，每个所述弧形锚固基体包括圆锥部，该圆锥部为整个圆锥沿其母线方向切割形成的，且所形成圆锥部的水平断面为劣弧，所述劣弧的圆心角为40-60°。

本发明的另一种优选实施方式，所述两根固定锚固杆的倾斜角度均为45-70°，而且其底端超过弧形锚固基体的底部至少5cm，每根固定锚固杆插入到锥形孔侧壁泥土内的长度不低于30cm。

本发明的另一种优选实施方式，所述两个弧形锚固基体的底部围成一个断开的圆孔，且在该圆孔内插入有竖直向下的定位锚固杆，该定位锚固杆的顶端处于种植腔的底部，底端穿过两个弧形锚固基体的底部围成的圆孔后楔入到锥形孔底部的膨胀土内。

本发明的另一种优选实施方式，所述两个弧形锚固基体的顶部具有弧形延伸部，且两个弧形锚固基体上的弧形延伸部处于同一个圆柱的轮廓上；所述两个弧形延伸部超出锥形孔，从而在种植腔内种好植物后，两个弧形延伸部暴露在土层之上，所述两根固定锚固杆的上端分别穿过两个弧形延伸部，下端依次穿过种植腔和对侧的弧形锚固基体后插入到锥形孔侧壁的泥土内。

本发明的另一种优选实施方式，制成所述两个弧形锚固基体和其上的支撑片以及固定锚固杆的材料为锯末、湿陷性黄土、粗砂、水泥和水以1:8:4:2:5的质量比混合形成的泥浆，将其注入到模具内，自然凝结而成；所述的粗砂选用不均匀系数Cu＝d60/d10≥3.36。

利用上述的锚固结构来防止膨胀土坡面水土流失的方法，包括如下步骤：

1)在膨胀土坡面上以间隔1m的距离挖设锥形孔，之后在每个锥形孔内放置一个锚固结构，且锥形孔的深度小于锚固结构中弧形锚固基体的高度，从而使两个弧形锚固基体上部设置的供固定锚固杆穿过的倾斜孔暴露在锥形孔外部；

2)在一个锥形孔内，将两个弧形锚固基体分别按照上述的布置方式布置在锥形孔内，并使两者一左一右紧贴锥形孔的内壁设置；

3)将一根固定锚固杆沿左侧弧形锚固基体上部的倾斜孔穿入，再从右侧弧形锚固基体下部的倾斜孔穿出，并楔入到锥形孔侧壁的膨胀土中；

4)按照步骤3)的方法将另一根固定锚固杆从右侧弧形锚固基体上部的倾斜孔穿入，再从左侧弧形锚固基体下部的倾斜孔穿出，并楔入到锥形孔侧壁的膨胀土中，从而将两个弧形锚固基体连接为一体并锚固在锥形孔内；

5)向两个弧形锚固基体所围成的种植腔内先填充粒径不超过10mm的建筑垃圾，其填充高度为种植腔整体高度的1/5-1/10，从而形成建筑垃圾底层，之后在建筑垃圾底层上铺填种植黄土，并栽种适宜生长在黄土内且根系发达的藤蔓型植物。

本发明的另一种优选实施方式，所述步骤5)中的种植黄土是由湿陷性黄土、粒径不超过5mm的细颗粒建筑垃圾和粒径为10-20mm的中颗粒建筑垃圾以75:15:10的质量比混合而成。

本发明中所用的建筑垃圾采用破碎的废弃砖石和废弃混凝土。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过在膨胀土坡面上挖设锥形孔，并在每个锥形孔内设置锚固结构，锚固结构能够将锥形孔附近的土体进行锚固和改良，形成锚固节点，防止出现浅层滑坡，在锚固结构内种植根系发达的植物，利用其根系来防止水土流失，从而起到了保护膨胀土坡生态环境和体系的作用；

本发明锚固结构中的两个弧形锚固基体之间形成受力缓冲区，并且由若干相互交错的弧形支撑片，这样在锚固结构与膨胀土坡面的锥形孔形成一体时，能够起到锚固节点的作用，增强膨胀土层的整体力学性能，并最大程度降低浅层滑坡的产生；而两根固定锚固杆除了将锚固结构与膨胀土坡面连为一体之外，还能够深入到地面中，对锥形孔周边一定区域的土层起到深层锚固作用；而定位锚固杆的存在，则能够进一步强化对于深层土的锚固作用；弧形锚固基体具有暴露在地面上的弧形延伸部，暴露在地面上的部分，能够起到一定的拦挡和蓄水作用；

本发明中弧形锚固基体、支撑片和固定锚固杆选用锯末、湿陷性黄土、粗砂、水泥和水注浆后凝结形成，由于湿陷性黄土具有土质均匀、结构疏松、孔隙发育的特点，在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小，而膨胀土的特点为浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩的黏性土；本发明利用湿陷性黄土、粗砂和水泥与水混合注浆形成具有一定强度支撑的锚固结构，这样在受到雨水冲刷时，利用粗砂的骨架作用在锚固结构内产生渗流通道，有效将黄土持续灌注渗透到膨胀土内，利用黄土的湿陷性有效缓和膨胀土的膨胀特性，来解决膨胀后容易被雨水冲刷带走的缺陷；

4)本发明在锚固结构中种植藤蔓型植物时，先在底部填充粒径不超过10mm的建筑垃圾颗粒，从而形成了隔离层，不仅使植物的根系能够尽可能向周边扩张，来锚固更大面积的膨胀土，而且还能够起到更好的蓄水作用；之后在隔离层上铺设由黄土、细颗粒建筑垃圾和中颗粒建筑垃圾形成的种植黄土，其中的黄土在供植物生长所需之外，主要是向锚固结构提供源源不断的黄土源，这些黄土能够随着雨水冲刷，通过锚固结构内的渗流通道，持续灌注到膨胀土内；而细颗粒建筑垃圾和中颗粒建筑垃圾，能够使黄土的孔隙率增大，便于雨水的渗入和吸收蓄积；

5)本发明中所用的建筑垃圾，其破碎粒径分布不均匀，成分较为复杂，当与膨胀土混合后，膨胀土能减少建筑垃圾的级配不均匀，而建筑垃圾颗粒的强吸水性以及碱性，减少了膨胀土的水敏感性，从而对膨胀土进行改良，降低其被雨水冲刷带走的数量。

附图说明

图1为本发明锚固结构的整体结构示意图；

图2为图1的剖视图；

附图标记：1、弧形锚固基体，101、圆锥部，102、孔，103、弧形延伸部，2、种植腔，3、受力缓冲区，4、支撑片，5、固定锚固杆，6、定位锚固杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述。

实施例1

如图1和2所示，一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，该锚固结构设置在膨胀土坡的坡面上事先挖好的锥形孔内，包括对称设置的两个弧形锚固基体1和两根固定锚固杆5，其中，两个弧形锚固基体1处于同一个圆锥轮廓上，从而在两者之间形成种植根系发达植物的种植腔2，在两个弧形锚固基体1的表面分布有供植物根系穿过的孔102；两个弧形锚固基体1的两侧边缘之间不接触，从而形成两条受力缓冲区3，每个弧形锚固基体1的两侧边缘沿其母线长度方向分布有弧形的支撑片4，且同一侧相邻的两块支撑片4之间具有间隙，两个弧形锚固基体1上的支撑片4相互错开，从而插入到彼此的间隙内，且一个弧形锚固基体1上支撑片4的端部与另一个弧形锚固基体1的侧边缘之间也具有间隙；所述的两根固定锚固杆5呈交叉分布，每根固定锚固杆5的上端穿出一个弧形锚固基体1，下端依次穿过种植腔2和另一个弧形锚固基体1后插入到锥形孔侧壁的泥土内。

本实施例中，在每个弧形锚固基体1的上部和下部均设置有一个供固定锚固杆5穿过的倾斜孔，一根固定锚固杆5先穿过一个弧形锚固基体1上部的倾斜孔进入到种植腔2内，之后再继续穿过另一个弧形锚固基体1下部的倾斜孔后插入到锥形孔侧壁的泥土内，从而将两个弧形锚固基体1和锥形孔的侧壁形成一体结构。

利用上述锚固结构来防止膨胀土坡面水土流失的方法，包括如下步骤：

1)在膨胀土坡面上以间隔1m的距离挖设锥形孔，之后在每个锥形孔内放置一个锚固结构，且锥形孔的深度小于锚固结构中弧形锚固基体1的高度，从而使两个弧形锚固基体1上部设置的供固定锚固杆5穿过的倾斜孔暴露在锥形孔外部；

2)在一个锥形孔内，将两个弧形锚固基体1分别按照上述的布置方式布置在锥形孔内，并使两者一左一右紧贴锥形孔的内壁设置；

3)将一根固定锚固杆5沿左侧弧形锚固基体1上部的倾斜孔穿入，再从右侧弧形锚固基体1下部的倾斜孔穿出，并楔入到锥形孔侧壁的膨胀土中；

4)按照步骤3)的方法将另一根固定锚固杆5从右侧弧形锚固基体1上部的倾斜孔穿入，再从左侧弧形锚固基体1下部的倾斜孔穿出，并楔入到锥形孔侧壁的膨胀土中，从而将两个弧形锚固基体1连接为一体并锚固在锥形孔内；

5)向两个弧形锚固基体1所围成的种植腔2内先填充粒径不超过10mm的建筑垃圾，其填充高度为种植腔2整体高度的1/5-1/10，从而形成建筑垃圾底层，之后在建筑垃圾底层上铺填种植黄土，并栽种适宜生长在黄土内且根系发达的藤蔓型植物；在种植时，需要浇水和施肥；

6)完成一个锥形孔内锚固结构的安装，再依照上述方法，对每一个锥形孔内锚固结构进行安装固定，并移栽藤蔓型植物。

以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定，从而得到以下各实施例：

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上所做的一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：所述两个弧形锚固基体1上的支撑片4与两个弧形锚固基体1处于同一个圆锥轮廓上。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：所述两个弧形锚固基体1所处的圆锥轮廓中，该圆锥的锥顶角为20-40°；两个弧形锚固基体1的高度为30-80cm。

当然，本实施例也可以在实施例2的基础上进行改进，改进内容一致。

实施例4

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：每个所述弧形锚固基体1包括圆锥部101，该圆锥部101为整个圆锥沿其母线方向切割形成的，且所形成圆锥部101的水平断面为劣弧，所述劣弧的圆心角为40-60°。

实施例5

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：所述两根固定锚固杆5的倾斜角度均为45-70°，而且其底端超过弧形锚固基体1的底部至少5cm，每根固定锚固杆5插入到锥形孔侧壁泥土内的长度不低于30cm。

实施例6

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：所述两个弧形锚固基体1的底部围成一个断开的圆孔，且在该圆孔内插入有竖直向下的定位锚固杆6，该定位锚固杆6的顶端处于种植腔2的底部，底端穿过两个弧形锚固基体1的底部围成的圆孔后楔入到锥形孔底部的膨胀土内，楔入长度一般为30-60cm。

本实施例在使用时，与实施例1相同，区别在于，步骤4)完成后，先将定位锚固杆6插入到地底，再执行步骤5)的填充建筑垃圾颗粒和种植黄土。

实施例7

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：所述两个弧形锚固基体1的顶部具有弧形延伸部103，且两个弧形锚固基体1上的弧形延伸部103处于同一个圆柱的轮廓上；所述两个弧形延伸部103超出锥形孔，从而在种植腔2内种好植物后，两个弧形延伸部103暴露在土层之上，所述两根固定锚固杆5的上端分别穿过两个弧形延伸部103，下端依次穿过种植腔2和对侧的弧形锚固基体1后插入到锥形孔侧壁的泥土内，弧形延伸部103的高度一般为3-10cm。

实施例8

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：制成所述两个弧形锚固基体1和其上的支撑片4以及固定锚固杆5的材料为锯末、湿陷性黄土、粗砂、水泥和水以1:8:4:2:5的质量比混合形成的泥浆，将其注入到模具内，自然凝结而成。

在本实施例中，所述的粗砂选用不均匀系数Cu＝d60/d10≥3.36的粗砂。

实施例9

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：所述步骤5)中的种植黄土是由湿陷性黄土、粒径不超过5mm的细颗粒建筑垃圾和粒径为10-20mm的中颗粒建筑垃圾以75:15:10的质量比混合而成。

Claims (10)

1.一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，该锚固结构设置在膨胀土坡的坡面上事先挖好的锥形孔内，其特征在于：包括对称设置的两个弧形锚固基体(1)和两根固定锚固杆(5)，其中，两个弧形锚固基体(1)处于同一个圆锥轮廓上，从而在两者之间形成种植根系发达植物的种植腔(2)，在两个弧形锚固基体(1)的表面分布有供植物根系穿过的孔(102)；两个弧形锚固基体(1)的两侧边缘之间不接触，从而形成两条受力缓冲区(3)，每个弧形锚固基体(1)的两侧边缘沿其母线长度方向分布有弧形的支撑片(4)，且同一侧相邻的两块支撑片(4)之间具有间隙，两个弧形锚固基体(1)上的支撑片(4)相互错开，从而插入到彼此的间隙内，且一个弧形锚固基体(1)上支撑片(4)的端部与另一个弧形锚固基体(1)的侧边缘之间也具有间隙；所述的两根固定锚固杆(5)呈交叉分布，每根固定锚固杆(5)的上端穿出一个弧形锚固基体(1)，下端依次穿过种植腔(2)和另一个弧形锚固基体(1)后插入到锥形孔侧壁的泥土内。

2.根据权利要求1所述的一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，其特征在于：所述两个弧形锚固基体(1)上的支撑片(4)与两个弧形锚固基体(1)处于同一个圆锥轮廓上。

3.根据权利要求1或2所述的一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，其特征在于：所述两个弧形锚固基体(1)所处的圆锥轮廓中，该圆锥的锥顶角为20-40°；两个弧形锚固基体(1)的高度为30-80cm。

4.根据权利要求1所述的一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，其特征在于：每个所述弧形锚固基体(1)包括圆锥部(101)，该圆锥部(101)为整个圆锥沿其母线方向切割形成的，且所形成圆锥部(101)的水平断面为劣弧，所述劣弧的圆心角为40-60°。

5.根据权利要求1所述的一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，其特征在于：所述两根固定锚固杆(5)的倾斜角度均为45-70°，而且其底端超过弧形锚固基体(1)的底部至少5cm，每根固定锚固杆(5)插入到锥形孔侧壁泥土内的长度不低于30cm。

6.根据权利要求1所述的一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，其特征在于：所述两个弧形锚固基体(1)的底部围成一个断开的圆孔，且在该圆孔内插入有竖直向下的定位锚固杆(6)，该定位锚固杆(6)的顶端处于种植腔(2)的底部，底端穿过两个弧形锚固基体(1)的底部围成的圆孔后楔入到锥形孔底部的膨胀土内。

7.根据权利要求1所述的一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，其特征在于：所述两个弧形锚固基体(1)的顶部具有弧形延伸部(103)，且两个弧形锚固基体(1)上的弧形延伸部(103)处于同一个圆柱的轮廓上；两个所述弧形延伸部(103)超出锥形孔，从而在种植腔(2)内种好植物后，两个弧形延伸部(103)暴露在土层之上，所述两根固定锚固杆(5)的上端分别穿过两个弧形延伸部(103)，下端依次穿过种植腔(2)和对侧的弧形锚固基体(1)后插入到锥形孔侧壁的泥土内。

8.根据权利要求1所述的一种膨胀土坡生态保护用的土层锚固结构，其特征在于：制成所述两个弧形锚固基体(1)和其上的支撑片(4)以及固定锚固杆(5)的材料为锯末、湿陷性黄土、粗砂、水泥和水以1:8:4:2:5的质量比混合形成的泥浆，将其注入到模具内，自然凝结而成。

9.利用如权利要求1所述的土层锚固结构来保护膨胀土坡生态的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在膨胀土坡的坡面上以间隔1m的距离挖设锥形孔，之后在每个锥形孔内放置一个锚固结构，且锥形孔的深度小于锚固结构中弧形锚固基体(1)的高度，从而使两个弧形锚固基体(1)上部设置的供固定锚固杆(5)穿过的倾斜孔暴露在锥形孔外部；

2)在一个锥形孔内，将两个弧形锚固基体(1)分别按照权利要求1的布置方式布置在锥形孔内，并使两者一左一右紧贴锥形孔的内壁设置；

3)将一根固定锚固杆(5)沿左侧弧形锚固基体(1)上部的倾斜孔穿入，再从右侧弧形锚固基体(1)下部的倾斜孔穿出，并楔入到锥形孔侧壁的膨胀土中；

4)按照步骤3)的方法将另一根固定锚固杆(5)从右侧弧形锚固基体(1)上部的倾斜孔穿入，再从左侧弧形锚固基体(1)下部的倾斜孔穿出，并楔入到锥形孔侧壁的膨胀土中，从而将两个弧形锚固基体(1)连接为一体并锚固在锥形孔内；

5)向两个弧形锚固基体(1)所围成的种植腔(2)内先填充粒径不超过10mm的建筑垃圾，其填充高度为种植腔(2)整体高度的1/5-1/10，从而形成建筑垃圾底层，之后在建筑垃圾底层上铺填种植黄土，并栽种适宜生长在黄土内且根系发达的藤蔓型植物。

10.根据权利要求9所述的保护膨胀土坡生态的方法，其特征在于：所述步骤5)中的种植黄土是由湿陷性黄土、粒径不超过5mm的细颗粒建筑垃圾和粒径为10-20mm的中颗粒建筑垃圾以75:15:10的质量比混合而成。

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