CN113186951A - 一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，包括：现场取样，在实验室中进行正交试验，确定最优配合比；对待加固的松散粗粒混合土边坡进行现场勘查，确定其风化层厚度，在风化层上交错开设注浆孔；注浆孔注浆，在风化层表层喷洒加固剂浆体，在边坡表面铺设养护膜，养护固化完成后在边坡靠近公路一侧悬挂防护网。本发明所述加固方法可操作性强，采用环保材料进行注浆，结合表层喷浆、边坡防护网进行加固，不仅解决了现行治理方法中边坡表层抗侵蚀能力较弱，抗裂性能较差的缺点，更适宜西藏地区公路松散粗粒混合土边坡的治理，还为西藏地区注浆材料的选用提供了新的思路。

Description

一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法

技术领域

本发明属于岩土工程边坡治理技术领域，具体涉及一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法。

背景技术

松散粗粒混合土边坡具有结构松散、抗侵蚀能力弱、压缩性大、强度低等特点，地基承载力及稳定性无法满足工程使用要求，需要采取相关措施来进行加固处理。

现有技术中对松散粗粒混合土边坡采用注浆法进行加固，注浆法是将胶结材料配制成浆液注入松散含砂或含水地层、含裂隙的岩层、溶洞、破碎带等裂缝或孔隙中，以改善其物理力学性质的方法。浆液凝结硬化后，起到胶结、堵塞作用，使边坡稳固并隔断水源。现有技术多采用水泥、石灰等非环保材料进行注浆加固，且直接按照工程中常用的水泥、石灰配合比配置浆体，在边坡合适位置钻孔用作注浆孔，通过注浆机将浆体送至边坡深层、表层或采用高压旋喷等工艺在边坡内部制作桩体。

但这种治理方法不能有效改善边坡表层土体抗侵蚀的能力，且水泥、石灰堆积在树木底部会影响雨水渗入土体，导致根部缺水干旱而死，掺入水泥、石灰会使边坡PH值增高，对环境破坏大，容易影响边坡后续的植物生长。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中加固剂破坏环境、不能有效改善边坡表层土体抗侵蚀能力的技术问题，而提供一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，该方法采用一种对环境友好的加固剂对松散粗粒混合土边坡进行注浆加固。

本发明采用如下技术方案：

一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，包括以下步骤：

步骤一，对待加固的松散粗粒混合土边坡进行现场取样，在实验室中进行正交试验，在取得的现场土样中加入不同配合比的加固剂制成多个试块，对制得的试块进行抗压强度试验，确定最优配合比；

步骤二，对待加固的松散粗粒混合土边坡进行现场勘查，确定其风化层厚度，在风化层上交错开设注浆孔，注浆孔深入风化层中，注浆孔中安装注浆管，注浆管为空心钢管；

步骤三，在注浆管顶端安装柱塞，用桩锤将注浆管沿注浆孔打进边坡表层的风化层中，注浆管安装完毕后拆除顶端的柱塞；

步骤四，按最优配合比进行加固剂浆体的制备，每次制料至少搅拌5分钟，并置于施工现场的箱体中；

步骤五，注浆机进行注浆前采用6Mpa水压对注浆管和注浆孔进行压通，确保后续浆液能进入地层；注浆管压通后，利用空压机，保持注浆压力为5Mpa进行注浆，待注浆机无法向土体中注入浆，视为该孔第一次注浆完成，停止第一次注浆，将注浆管拔出，间隔6小时重新插入注浆管，注浆管底部埋入第一次注浆浆液面以下0.2m，随后以同第一次方式进行二次注浆；单个注浆孔注浆完成后，上端应至少高出土体表面0.2m；

步骤六，注浆完成后，在风化层表层喷洒加固剂浆体，待喷洒的浆体厚度达到0.5m后停止喷洒；

步骤七，在边坡表面铺设养护膜，养护28d；

步骤八，养护固化完成后在边坡靠近公路一侧悬挂防护网。悬挂防护网，减缓边坡粗粒土、块石等在地震荷载等作用下对公路及车辆的冲击。

本发明中，步骤一所述加固剂由木质素、木质纤维素和植物种子混合而成，其中木质素的质量百分比含量为2％-6％，木质纤维素的质量百分比含量为1％-5％，植物种子的质量百分比含量为1％-3％。

木质素可改良土体的抗侵蚀性，提高细粒土的力学性质，改善其延展性。木质纤维素可改善土体的抗裂性，西藏地区雨季降雨较多，夏季紫外线照射极强，冬季昼夜温差大，这些现象使得土体在干湿循环、冻融循环的过程中极易产生裂缝，降低力学强度和抗侵蚀能力，采用木质纤维素可避免土体表层裂纹的生长。植物种子多为适宜藏区气候条件的灌木种子，该类植物生长速度快，且生命力顽强，可在后期对松散粗粒混合土边坡表层风化层起到固土作用。

本发明所用环保型加固剂解决了现行粗粒混合土边坡治理措施多使用非环保注浆材料、抗侵蚀改良效果较差、对当地植被影响较大等关键技术问题，有助于在保护西藏地区自然植被的基础上实现对粗粒混合土边坡的防护。

优选地，步骤二中相邻注浆孔之间的间距为0.5m，注浆孔底部深入风化层的深度应至少为50cm，保证加固剂浆体与边坡土之间连接成整体。

本发明中，所述步骤一中制作试块、确定最优配合比的方法包括：

步骤1、将木质素、木质纤维素、植物种子分别取三种不同比例，根据正交试验设计方法，制备9种不同配合比的加固剂浆体材料并分别置于恒压储浆桶中；

步骤2、将现场土样分别装入9个预制好的模型箱内，表面整平，使箱体内土体密度与现场待加固的松散粗粒混合土边坡土体密度接近；

步骤3、将长度为1m的注浆管一头插入模型箱土体深部，另一头连接恒压储浆桶，使注浆管与储浆桶柔性密封；

步骤4、将空气压缩机与储浆桶底端连接，并密封，打开空气压缩机开关，向储浆桶内提供源源不断的气压，保证桶内处于稳定的高压状态，待压力稳定后打开注浆管阀门，使加固剂浆液流经注浆管，注入试验试模内；

步骤5、待模型箱内加固剂浆体充满土体孔隙后，关闭注浆管阀门，等待加固剂浆体凝固；

步骤6、龄期结束后取出试样，用钢丝锯将胶结体修整成直径30cm、高度60cm的三轴试验试样，并用滤布包裹备用；

步骤7、对步骤6中制备好的试样分别进行无侧限抗压强度试验，获得其无侧限抗压强度；对比各比例下的无侧限抗压强度，确定最优配合比例。

通过注浆机按试验确定的最优比例注入松散粗粒混合土边坡表层风化层，提升待加固边坡表层力学性质及抗侵蚀能力，通过固化剂的胶结作用避免边坡细粒土在降雨等条件下流失，造成滑坡。

本发明中，在待加固的松散粗粒混合土边坡坡顶设置截水沟，并在高陡边坡坡面及台阶处选择合适的排水点，在低洼处下端开挖深0.3m、宽0.3m的排水沟，长度根据边坡低洼处实际情况确定，通常延伸至截水沟处；在边坡底部开挖沟深1m、宽1m的排水沟，长度视路面具体情况确定，开挖过程中确保沟底清洁，基底无杂质，在边坡表层及排水沟、截水沟表面铺设养护膜。

按照《砌体工程施工规范》及《砌体工程施工质量验收标准》的要求，采用M7.5砂浆进行截水沟的砌筑，首先进行沟底砌体的铺设，并用小锤击打砌块，挤紧砌缝，确保砌块砌缝的宽度不超过4cm后进行沟深两侧砌块的安装；砌体采用挤浆法分层、分段砌筑并铺设养护膜。

优选地，为确保沟底具有足够的强度，采用夯实工具对沟底松软部分进行密实处理。

优选地，排水沟开挖完成后，清除废土，采用C20片石混凝土进行沟身的浇筑，并铺设养护膜。

本发明具有以下技术效果：

本发明所述固化剂由环保材料组成，对环境污染小且价格低廉，有助于生态环境保护；而且注浆材料中含有机质胶结材料木质素，不仅能够胶结松散粗粒混合土边坡中的细粒土，同时显著提升了表层风化层的抗侵蚀能力。

本发明所述加固方法可操作性强，采用环保材料进行注浆，结合表层喷浆、边坡防护网进行加固，不仅解决了现行治理方法中边坡表层抗侵蚀能力较弱，抗裂性能较差的缺点，更适宜西藏地区公路松散粗粒混合土边坡的治理，还为西藏地区注浆材料的选用提供了新的思路。

附图说明

图1显示了边坡较为平缓时的加固方法；

图2显示了边坡较为陡峭时的加固方法；

图3显示了正交试验所用装置；

图中：1.注浆管，2.模型箱，3.现场取样土体，4.储浆桶，5.加固剂浆体，6.空压机，7.电子秤，8.支架，9.注浆孔位置，10.松散粗粒混合土边坡，11.风化层，12.边坡防护网，13.公路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施案例，对本发明方法作进一步详细说明。此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图3，制作试块、确定最优配合比的方法包括：

步骤1、将木质素、木质纤维素、植物种子分别取三种不同比例，根据正交试验设计方法，制备9种不同配合比的加固剂浆体5并分别置于恒压的储浆桶4中；

步骤2、将现场土样分别装入9个预制好的模型箱2内，表面整平，使箱体内现场取样土体3的密度与现场待加固的松散粗粒混合土边坡土体密度接近；模型箱2放置在电子秤7上，电子秤放置在支架8上。

步骤3、将长度为1m的注浆管1一头插入模型箱土体深部，另一头连接储浆桶，用橡胶圈挤入两者之间的间隙并盖上盖板，使注浆管与储浆桶柔性密封；

步骤4、将空气压缩机6与储浆桶底端连接，并密封，打开空气压缩机开关，向储浆桶内提供源源不断的气压，保证桶内处于稳定的高压状态，待压力稳定后打开注浆管阀门，使加固剂浆体5流经注浆管，注入试验试模内；

步骤5、待模型箱内加固剂浆体充满土体孔隙后，关闭注浆管阀门，等待加固剂浆体凝固；

步骤6、龄期结束后取出试样，用钢丝锯将胶结体修整成直径30cm、高度60cm的三轴试验试样，并用滤布包裹备用；

步骤7、对步骤6中制备好的试样分别进行无侧限抗压强度试验，获得其无侧限抗压强度；对比各比例下的无侧限抗压强度，确定最优配合比例。

本实施例中，木质素、木质纤维素、植物种子分别取三种不同比例，根据正交试验设计方法，制备9种不同配合比的加固剂浆体，如表1所示，制备9种不同配合比的加固剂浆体的各成分掺量及试样的无侧限抗压强度值见表2。

表1

表2

对木质素、木质纤维素、植物种子主体间效应检验结果如表3。

表3

利用spss软件对正交设计下的试验进行分析计算，依据表3的主体间效应检验可看出，因素木质纤维的主效应很显著(p＝0.001，p<0.01)，显著性远远小于0.01，证明木质素对抗压强度影响最大；木质纤维对抗压强度影响不显著(p＝0.065，p>0.05)，植物种子对抗压强度影响极不显著(p＝0.213，p>0.05)，因素主次顺序为：木质素—木质纤维素—植物种子。

利用spss软件分别分析木质素、木质纤维素、植物种子对抗压强度的影响，结果分别见表4、5、6。

表4

表5

表6

从表4-6可以看出，木质素掺量为4％、木质纤维素掺量5％、植物种子掺量为3％对抗压强度影响最大。综上所述，木质素、木质纤维素、植物种子最优参比为4:5:3。

实施例2

松散粗粒混合土边坡加固方法；

(1)对松散粗粒混合土边坡10进行现场勘查，确定其风化层厚度，依照工程实际，藏东南地区风化层的厚度一般为50cm-60cm，注浆孔9底部深入风化层11的深度为50cm,并交错布置间距为0.5m设置为注浆孔位置。

(2)每隔交错布置按照0.5m设置一注浆孔9，保证注浆体之间连接成整体。

(3)注浆管采用钢管制作，内径10cm，长约1.5m。

(4)按预定的浆体材料配合比进行浆体制备，每次制料至少搅拌5分钟，并置于施工现场的箱体中。

(5)主要针对边坡表层的松散层进行注浆加固，在注浆管顶端安装柱塞，用桩锤将注浆管沿注浆孔打进边坡表层的风化层中，注浆管应至少没入0.5m，上端应至少高出土体表面0.2m。

(6)注浆机进行注浆前采用6Mpa压水压力进行压通，确保后续浆液能进入地层。

(7)注浆管压通后，利用空压机，保持注浆压力为5Mpa进行注浆，待注浆机无法向土体中注入浆，视为该孔第一次注浆完成，停止第一次注浆,将注浆管拔出，间隔6小时后重新插入注浆管，注浆管底部埋入第一次注浆浆液顶面以下0.2m，再重复第一次注浆方式进行二次注浆；

(8)坡顶要提前设置好截水沟15，按照《砌体工程施工规范》及《砌体工程施工质量验收标准》的要求，采用M7.5砂浆砌筑进行截水沟的砌筑，首先进行沟底砌体的铺设，并用小锤击打砌块，挤紧砌缝，确保砌块砌缝的宽度不超过4cm后进行沟深两侧砌块的安装；砌体采用挤浆法分层、分段砌筑并铺设养护膜；

(9)在边坡底部进行排水沟14的开挖，沟深1m，宽度1m，长度视路面具体情况确定，开挖过程中确保沟底清洁，基底无杂质。

(10)为确保沟底具有足够的强度，采用夯实工具对沟底松软部分进行密实处理。

(11)排水沟开挖完成后，清除废土，采用C20片石混凝土进行沟身的浇筑，并铺设养护膜。

(12)在边坡表层及排水沟、截水沟表面铺设养护膜，防止降雨入渗的影响。

(13)对边坡表层松散风化层喷洒浆体材料，待厚度达到约0.5m后停止喷洒。

(14)沟底表面及边坡表面铺设养护膜，养护28d。

(15)养护固化完成后在边坡靠近公路13一侧悬挂边坡防护网12，防止由于地震等动荷载作用发生崩塌、落石等灾害。

如图1、2所示，边坡坡度较大时，需要在边坡上每2m开挖台阶，在台阶上布置注浆孔，并在高陡边坡坡面及台阶处选择合适的排水点，为避免边坡表面存在低洼部，形成积水影响土体固化，在低洼处下端进行排水沟的开挖，排水沟深0.3m、宽0.3m，长度根据边坡低洼处实际情况确定，通常延伸至截水沟处，以此将多余水量排出。

本发明方法能在保证不破坏当地生态环境的条件下对松散粗粒混合土边坡进行加固。该治理方法克服了常规的治理方法中多采用水泥、石灰等非环保材料的弊端，采用木质素、纤维素等有机质材料不仅有助于改善松散土体的力学性质，而且有助于提高表层土体的抗侵蚀能力，促进植被的发育。

Claims (8)

1.一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，对待加固的松散粗粒混合土边坡进行现场取样，在实验室中进行正交试验，在取得的现场土样中加入不同配合比的加固剂制成多个试块，对制得的试块进行抗压强度试验，确定最优配合比；

步骤二，对待加固的松散粗粒混合土边坡进行现场勘查，确定其风化层厚度，在风化层上交错开设注浆孔，注浆孔深入风化层中，注浆孔中安装注浆管，注浆管为空心钢管；

步骤三，在注浆管顶端安装柱塞，用桩锤将注浆管沿注浆孔打进边坡表层的风化层中，注浆管安装完毕后拆除顶端的柱塞；

步骤四，按最优配合比进行加固剂浆体的制备，每次制料至少搅拌5分钟，并置于施工现场的箱体中；

步骤五，注浆机进行注浆前采用6Mpa水压对注浆管和注浆孔进行压通，确保后续浆液能进入地层；注浆管压通后，利用空压机，保持注浆压力为5Mpa进行注浆，待注浆机无法向土体中注入浆，视为该孔第一次注浆完成，停止第一次注浆，将注浆管拔出，间隔6小时后重新插入注浆管，注浆管底部埋入第一次注浆浆液顶面以下0.2m，再重复第一次注浆方式进行二次注浆；单个注浆孔注浆完成后，上端应至少高出土体表面0.2m；

步骤六，注浆完成后，在风化层表层喷洒加固剂浆体，待喷洒的浆体厚度达到0.5m后停止喷洒；

步骤七，在边坡表面铺设养护膜，养护28d；

步骤八，养护固化完成后在边坡靠近公路一侧悬挂防护网。

2.根据权利要求1所述的一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，其特征在于，步骤一所述加固剂由木质素、木质纤维素和植物种子混合而成，其中木质素的质量百分比含量为2％-6％，木质纤维素的质量百分比含量为1％-5％，植物种子的质量百分比含量为1％-3％。

3.根据权利要求2所述的一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，其特征在于，步骤二中相邻注浆孔之间的间距为0.5m，注浆孔底部深入风化层的深度应至少为50cm。

4.根据权利要求1所述的一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，其特征在于，所述步骤一中制作试块、确定最优配合比的方法包括：

步骤1、将木质素、木质纤维素、植物种子分别取三种不同比例，根据正交试验设计方法，制备9种不同配合比的加固剂浆体材料并分别置于恒压储浆桶中；

步骤2、将现场土样分别装入9个预制好的模型箱内，表面整平，使箱体内土体密度与现场待加固的松散粗粒混合土边坡土体密度接近；

步骤3、将长度为1m的注浆管一头插入模型箱土体深部，另一头连接恒压储浆桶，使注浆管与储浆桶柔性密封；

步骤4、将空气压缩机与储浆桶底端连接，并密封，打开空气压缩机开关，向储浆桶内提供源源不断的气压，保证桶内处于稳定的高压状态，待压力稳定后打开注浆管阀门，使加固剂浆液流经注浆管，注入试验试模内；

步骤5、待模型箱内加固剂浆体充满土体孔隙后，关闭注浆管阀门，等待加固剂浆体凝固；

步骤6、龄期结束后取出试样，用钢丝锯将胶结体修整成直径30cm、高度60cm的三轴试验试样，并用滤布包裹备用；

步骤7、对步骤6中制备好的试样分别进行无侧限抗压强度试验，获得其无侧限抗压强度；对比各比例下的无侧限抗压强度，确定最优配合比例。

5.根据权利要求1所述的一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，其特征在于，在待加固的松散粗粒混合土边坡坡顶设置截水沟，并在高陡边坡坡面及台阶处选择合适的排水点，在低洼处下端开挖深0.3m、宽0.3m的排水沟，长度根据边坡低洼处实际情况确定，通常延伸至截水沟处；在边坡底部开挖沟深1m、宽1m的排水沟，长度视路面具体情况确定，开挖过程中确保沟底清洁，基底无杂质，在边坡表层及排水沟、截水沟表面铺设养护膜。

6.根据权利要求5所述的一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，其特征在于，按照《砌体工程施工规范》及《砌体工程施工质量验收标准》的要求，采用M7.5砂浆进行截水沟的砌筑，首先进行沟底砌体的铺设，并用小锤击打砌块，挤紧砌缝，确保砌块砌缝的宽度不超过4cm后进行沟深两侧砌块的安装；砌体采用挤浆法分层、分段砌筑并铺设养护膜。

7.根据权利要求6所述的一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，其特征在于，为确保沟底具有足够的强度，采用夯实工具对沟底松软部分进行密实处理。

8.根据权利要求5所述的一种松散粗粒混合土边坡生态加固方法，其特征在于，排水沟开挖完成后，清除废土，采用C20片石混凝土进行沟身的浇筑，并铺设养护膜。

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