CN113605419A - 一种边坡防护体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是涉及一种边坡防护体系及施工方法，边坡防护体系包括柔性面层土钉墙和加筋土工袋挡墙，所述柔性面层土钉墙设置在待防护的边坡上，所述加筋土工袋挡墙固定设置在所述柔性面层土钉墙的面层结构上；其中，所述加筋土工袋挡墙包括多层加筋材料、土工袋和回填土，下层所述加筋材料的一端与所述柔性面层土钉墙固定连接，所述加筋材料上交错布设有多个土工袋，所述加筋材料的另一端反包住所述土工袋与上层所述加筋材料远离所述柔性面层土钉墙的一端固定连接，所述回填土充填在所述加筋材料与所述土工袋之间的间隙内。本发明解决了在回填区宽度受限制时，有限空间回填土层无法压实、难以保证挡土墙稳定的问题。

Description

一种边坡防护体系及施工方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是涉及一种边坡防护体系及施工方法。

背景技术

现有的毛石和钢筋混凝土挡墙等灰色防护技术需要消耗大量的钢材、砂、石子、水泥等建筑材料，建材的开采必然伴随着生态破坏和大量的碳排放，而且毛石或混凝土边坡环境相容性差，破坏后的生态系统需要漫长的时间才能恢复。随着科学技术的进步，人类对环境的影响日益扩大，如何在改造自然的过程中降低对环境的影响和消除环境灾害对人类的威胁是学者们孜孜以求的目标。

自然界和工程建设中不可避免地会形成大量天然和人工边坡，如何通过工程措施保证边坡稳定的同时兼顾生态性和可持续发展是新时代对人类提出的更高要求，绿色发展和循环经济等新理念也应运而生。

为解决上述问题，国内外学者开展了大量卓有成效的研究，比较有代表性的有SNS(Safety Netting System)技术、AGS(Anchored Geosynthetic Slopes Method)技术等。其中，SNS坡面柔性支护系统集适用性、便捷性、经济性于一体，被广泛应用于国内外基础建设的多个方面，如：公路、铁路、矿山，并取得了不错的工程效果。AGS用于原位边坡的稳定和侵蚀控制，该方法使用土工合成材料，通过小直径金属棒锚定在底层硬土或岩层上，土壤-土工合成材料接触界面的张力使土工合成材料产生曲率，从而在坡面上产生压应力，应力导致潜在破坏表面的围压增加，并且使土壤致密化，既提高了边坡的稳定性，又提高了表面抗侵蚀能力。

现有技术多利用网类或面层类材料通过锚杆将其固定在边坡上来限制边坡的侧向位移，同时设置横隔挡解决客土稳定的问题；或者设计足够宽的毛石或加筋土挡墙保证边坡的稳定。然而，当回填区宽度受限制时，回填区无法设置足够宽的挡土墙，难以保证挡土墙的稳定性。此外，需要考虑永久性边坡至少50年的耐久性要求及重要建筑、高速公路、高铁及海洋工程和水利工程等对边坡的安全性和耐久性的更高要求。同时，随着经济的快速发展，矿业生产、城市房屋、交通基础设施等建(构)筑物的新建、改扩建及拆除规模不断扩大，伴随产生大量的建筑垃圾和矿业固废等大宗固废，大宗固废的处理问题成为城市可持续发展的障碍。目前，我国大宗固废处置仍主要采取堆放、填埋和焚烧等传统方式，不仅占用大量土地，且未经处理直接露天堆放，容易污染水源、土壤和空气。

因此，针对如何同时兼顾边坡的力学平衡和生态平衡，提高边坡的安全性、耐久性和生态性，同时提高大宗固废的回收利用率的问题，亟需开发一种新型的边坡防护体系及施工方法。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种边坡防护体系，解决回填区宽度受限，难以实现挡土墙设计的问题；

本发明的第二目的在于提供一种边坡防护体系的施工方法，旨在提供一种边坡防护体系简单便捷的施工方法。

本发明提供一种边坡防护体系，包括柔性面层土钉墙和加筋土工袋挡墙，所述柔性面层土钉墙设置在待防护的边坡上，所述加筋土工袋挡墙固定设置在所述柔性面层土钉墙的面层结构上；

其中，所述加筋土工袋挡墙包括多层加筋材料、土工袋和回填土，下层所述加筋材料的一端与所述柔性面层土钉墙固定连接，所述加筋材料上交错布设有多个土工袋，所述加筋材料的另一端反包住所述土工袋与上层所述加筋材料远离所述柔性面层土钉墙的一端固定连接，所述回填土充填在所述加筋材料与所述土工袋之间的间隙内。

进一步，所述回填土与所述土工袋内的填料为采用原位或异位开挖的土石方、建筑垃圾、水泥土、混凝土、煤矸石、粉煤灰、尾矿、冶炼渣或工业副产石膏中的任意一种或几种。

进一步，所述柔性面层土钉墙包括多个土钉、多个连接结构和柔性面层，所有所述土钉的一端均固定设置在边坡上开设的钻孔中，另一端与所述连接结构的一端一一对应连接，所述柔性面层覆盖在边坡的表面并与所述连接结构的另一端固定连接；

所述加筋材料固定设置在所述柔性面层远离边坡的一面。

进一步，所述柔性面层远离所述边坡的一面固定设置有加强筋，所述加强筋包括若干根相互交错设置的横向加强筋和纵向加强筋，且所述横向加强筋和所述纵向加强筋的交接处通过所述连接结构与所述土钉固定连接；

所述加筋材料设置在所述加强筋远离所述柔性面层的一面，且所述加筋材料靠近所述加强筋的一端与所述横向加强筋固定连接。

进一步，所述横向加强筋和所述纵向加强筋的外部包裹有防腐层，且所述横向加强筋和所述纵向加强筋均为钢筋、加强带或加强绳。

进一步，所述连接结构为柔性连接绳或刚性连接件。

进一步，所述柔性连接绳的一端与所述土钉固定连接，另一端通过约束环与所述柔性面层固定连接。

进一步，所述刚性连接件包括螺杆、螺母和锚垫板，所述螺杆的一端与所述土钉固定连接，另一端依次穿过所述柔性面层和所述锚垫板与所述螺母螺纹连接。

进一步，所述柔性面层和所述加筋材料为土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料或土工格栅中的任意一种或多种。

本发明还公开了上述边坡防护体系的施工方法，包括以下步骤：

S1、于待防护边坡上开设钻孔，将土钉固定在钻孔中，并通过连接结构将柔性面层设置在待防护的边坡上；

S2、在柔性面层远离边坡的一面设置加强筋，并在加强筋远离柔性面层的一侧铺设加筋材料，并进行固定；

S3、在加筋材料上交错布置一层或多层土工袋，且加筋材料的一端与横向加强筋或柔性面层固定连接，另一端反包住一层或多层土工袋，待上层加筋材料铺设后与上层加筋材料可靠连接；

S4、向加筋材料和土工袋之间的间隙内充填回填土，并进行压实；

S5、重复步骤S3、S4，直至加筋土工袋挡墙的高度达到边坡坡顶；

其中，步骤S3中，土工袋的布置方法具体包括：在加筋材料上交错布置一层空土工袋，然后使用加压方式向空土工袋中泵入填料并封装，以此类推布置多层土工袋。

本发明的边坡防护体系，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的边坡防护体系通过将加筋材料与柔性面层土钉墙连接在一起，以及加筋材料反包土工袋，使柔性面层土钉墙和加筋土工袋挡墙紧密牢固的连接在一起，并且由于加筋土工袋挡墙通过加筋材料与柔性面层土钉墙连接在一起，使加筋土工袋挡墙不受回填区宽度限制，扩大了加筋土工袋挡墙的应用范围。因此，本发明解决了在回填区宽度受限制时，有限空间回填土层无法压实、难以保证挡土墙稳定的问题，提高了挡土结构的抗冲刷能力、稳定性和可靠性，利于实现边坡的生态防护，能够同时兼顾边坡的力学平衡和生态平衡。

同时，土工袋内的填充材料和回填土可以采用原位或异位开挖产生的土石方、建筑垃圾、水泥土、混凝土、煤矸石、粉煤灰、尾矿、冶炼渣、工业副产石膏等建材或固废的一种或几种的混合物，有效的对建筑垃圾等大宗固体废弃物进行了综合利用，并降低了挡土结构的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明边坡防护体系的剖面示意图；

图2为本发明边坡防护体系中面层结构的示意图。

附图标记说明：

1：边坡；2：土钉；3：连接结构；4：柔性面层；5：土工袋；6：横向加强筋；7：纵向加强筋；8：加筋材料。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-2所示，本发明提供一种边坡防护体系，包括柔性面层土钉墙和加筋土工袋挡墙，所述柔性面层土钉墙设置在待防护的边坡1上，所述加筋土工袋挡墙固定设置在所述柔性面层土钉墙远离边坡1的面层结构上；其中，所述加筋土工袋挡墙包括多层加筋材料8、土工袋5和回填土，下层所述加筋材料8的一端与所述柔性面层土钉墙固定连接，所述加筋材料8上交错布设有多个土工袋5，所述加筋材料8的另一端反包住所述土工袋5与上层所述加筋材料8远离所述柔性面层土钉墙的一端固定连接，所述回填土充填在所述加筋材料8与所述土工袋5之间的间隙内。

为解决在回填区宽度受限制时，难以实现挡土墙设计的问题。本发明的边坡防护体系通过将加筋材料8与柔性面层土钉墙连接在一起，以及加筋材料8反包土工袋5，使柔性面层土钉墙和加筋土工袋挡墙紧密牢固的连接在一起，并且由于加筋土工袋挡墙通过加筋材料8与柔性面层土钉墙连接在一起，使加筋土工袋挡墙不受回填区宽度限制，扩大了加筋土工袋挡墙的应用范围。因此，本发明解决了在回填区宽度受限制时，有限空间回填土层无法压实、难以保证挡土墙稳定的问题；加筋材料8将土工袋5包裹后形成一个整体，提高了挡土结构的抗冲刷能力、稳定性和可靠性，利于实现边坡1的生态防护，能够同时兼顾边坡1的力学平衡和生态平衡。

在上述技术方案的基础上，进一步，所述回填土与所述土工袋5内的填料为采用原位或异位开挖的土石方、建筑垃圾、水泥土、混凝土、煤矸石、粉煤灰、尾矿、冶炼渣或工业副产石膏中的任意一种或几种。

现有的毛石和钢筋混凝土挡墙技术需要消耗大量的钢材、砂、石子、水泥等建筑材料，而建材的开采必然伴随着生态破坏和大量的碳排放，毛石或混凝土与边坡1环境相容性差，破坏后的生态系统需要漫长的时间才能恢复。而本发明的加筋土工袋挡墙由多层加筋材料8、土工袋5和回填土组成，加筋材料8、土工袋5采用的材料为石油化工业的副产品；而且所用的回填土及土工袋5内的填料可以为原位或异位开挖的土石方、建筑垃圾、水泥土、混凝土、煤矸石、粉煤灰、尾矿、冶炼渣或工业副产石膏中的任意一种或几种，不仅对建筑垃圾等大宗固体废弃物进行了就地综合利用，而且解决了在回填区宽度受限制时，有限空间回填土层无法压实、难以保证挡土墙的稳定的问题。因此，本发明是基于先进结构和固废的边坡生态防护技术，提供了一种绿色低碳可持续发展的边坡防护方案，杜绝了钢筋和混凝土的应用，有利于我国“碳达峰、碳中和”目标的实现。

在上述技术方案的基础上，具体地，柔性面层土钉墙包括多个土钉2、多个连接结构3和柔性面层4，其中，土钉2的一端固定设置在边坡1上开设的钻孔中，柔性面层4通过一一对应与土钉2连接的连接结构3与土钉2固定连接，进而覆盖在边坡1的表面上，柔性面层4与边坡1紧密贴合，能够保证边坡1开挖过程中的稳定；而加筋材料8固定设置在所述柔性面层4远离边坡1的一面。

在上述优选技术方案的基础上，进一步，为了增强柔性面层4的结构强度，所述柔性面层4远离所述边坡1的一面固定设置有加强筋，所述加强筋包括若干根相互交错设置的横向加强筋6和纵向加强筋7，且所述横向加强筋6和所述纵向加强筋7的交接处通过连接结构3与土钉2固定连接。

当柔性面层4远离边坡1的一面固定设置加强筋时，所述加筋材料8设置在所述加强筋远离所述柔性面层4的一面，且所述加筋材料8靠近所述加强筋的一端与所述横向加强筋6固定连接。因加筋材料8与横向加强筋6的设置密度不同，而为了实现对加筋材料8的固定，所以加筋材料8靠近加强筋的一端与横向加强筋6或柔性面层4固定连接。

在上述技术方案的基础上，进一步，为提高加强筋的使用寿命，所述横向加强筋6和所述纵向加强筋7的外部包裹有防腐层，且所述横向加强筋6和所述纵向加强筋7均为钢筋、加强带或加强绳。

在上述技术方案的基础上，进一步，所述连接结构3为柔性连接绳或刚性连接件。

在本发明的一个具体地实施例中，所述柔性连接绳的一端与所述土钉2固定连接，另一端通过约束环与所述柔性面层4固定连接。

在本发明的另一个具体地实施例中，所述刚性连接件包括螺杆、螺母和锚垫板，所述螺杆的一端与所述土钉2固定连接，另一端依次穿过所述柔性面层4和所述锚垫板与所述螺母螺纹连接。

具体地，所述柔性面层4和所述加筋材料8为土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料或土工格栅中的任意一种或多种。具体类型可以根据实际需要进行生产，以便使得本发明适应各种使用场合。

本发明还公开了上述边坡防护体系的施工方法，具体包括以下步骤：

S1、于待防护边坡1上开设钻孔，将土钉2固定在钻孔中，并通过连接结构3将柔性面层4设置在待防护边坡1上；

S2、在柔性面层4远离边坡1的一面设置加强筋，并在加强筋远离柔性面层4的一侧铺设加筋材料8，并进行固定；

S3、在加筋材料8上交错布置一层或多层土工袋5，且加筋材料8的一端与横向加强筋6或柔性面层4固定连接，另一端反包住一层或多层土工袋5，待上层加筋材料8铺设后与上层加筋材料8可靠连接；

S4、向加筋材料8和土工袋5之间的间隙内充填回填土，并进行压实；

S5、重复步骤S3、S4，直至加筋土工袋5挡墙的高度达到边坡1坡顶；

其中，步骤S3中，土工袋5的布置方法具体包括：在加筋材料8上交错布置一层空土工袋，然后使用加压方式向空土工袋中泵入填料并封装，以此类推布置多层土工袋5。

本发明的边坡防护体系施工方法，首先于待防护边坡1上开设钻孔，将土钉2固定在钻孔中，将柔性连接绳的一端与土钉2固定连接，柔性连接绳的另一端通过约束环与柔性面层4固定连接，进而使得柔性面层4设置在待防护边坡1上，且柔性面层在边坡顶部上翻通过竖向土钉固定于坡顶；然后在柔性面层4的上方铺设加强筋，并进行固定；继而在加强筋远离柔性面层4的一侧铺设加筋材料8，并且加筋材料8靠近柔性面层4的一侧与横向加强筋6或柔性面层4固定连接，然后在加筋材料8上垂直交错布置一层或多层土工袋5，加筋材料8的另一端反包住一层或多层土工袋5，待上层加筋材料8铺设后与上层加筋材料8可靠连接；最后向加筋材料8和土工袋5之间的间隙内充填回填土，并进行压实，重复上述步骤直至加筋土工袋挡墙的高度达到边坡1坡顶。其中，土工袋5的布置方法现有技术中多采用先装填，后使用吊车将土工袋置于适当位置，而本发明采用在加筋材料8上交错布置一层空土工袋，然后使用加压方式向空土工袋中泵入填料并封装，以此类推布置多层土工袋5，该施工方法简单便捷，减少了施工投入。

本发明通过将加筋材料8与柔性面层土钉墙连接在一起，以及加筋材料8反包土工袋5，使柔性面层土钉墙和加筋土工袋挡墙紧密牢固的连接在一起，并且由于加筋土工袋挡墙通过加筋材料8与柔性面层土钉墙连接在一起，使加筋土工袋挡墙不受回填区宽度限制，扩大了加筋土工袋挡墙的应用范围。同时，加筋材料8、土工袋5采用的材料为石油化工业的副产品；土工袋5内的填充材料和回填土均可以采用原位或异位开挖产生的土石方、建筑垃圾、水泥土、混凝土、煤矸石、粉煤灰、尾矿、冶炼渣、工业副产石膏等建材或固废的一种或几种的混合物，有效的对建筑垃圾等大宗固体废弃物进行了综合利用，并降低了挡土结构的制造成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种边坡防护体系，其特征在于，包括柔性面层土钉墙和加筋土工袋挡墙，所述柔性面层土钉墙设置在待防护的边坡(1)上，所述加筋土工袋挡墙固定设置在所述柔性面层土钉墙的面层结构上；

其中，所述加筋土工袋挡墙包括多层加筋材料(8)、土工袋(5)和回填土，下层所述加筋材料(8)的一端与所述柔性面层土钉墙固定连接，所述加筋材料(8)上交错布设有多个土工袋(5)，所述加筋材料(8)的另一端反包住所述土工袋(5)与上层所述加筋材料(8)远离所述柔性面层土钉墙的一端固定连接，所述回填土充填在所述加筋材料(8)与所述土工袋(5)之间的间隙内。

2.根据权利要求1所述的边坡防护体系，其特征在于，所述回填土与所述土工袋(5)内的填料为采用原位或异位开挖的土石方、建筑垃圾、水泥土、混凝土、煤矸石、粉煤灰、尾矿、冶炼渣或工业副产石膏中的任意一种或几种。

3.根据权利要求1所述的边坡防护体系，其特征在于，所述柔性面层土钉墙包括多个土钉(2)、多个连接结构(3)和柔性面层(4)，所有所述土钉(2)的一端均固定设置在边坡(1)上开设的钻孔中，另一端与所述连接结构(3)的一端一一对应连接，所述柔性面层(4)覆盖在边坡(1)的表面并与所述连接结构(3)的另一端固定连接；

所述加筋材料(8)固定设置在所述柔性面层(4)远离边坡(1)的一面。

4.根据权利要求3所述的边坡防护体系，其特征在于，所述柔性面层(4)远离所述边坡(1)的一面固定设置有加强筋，所述加强筋包括若干根相互交错设置的横向加强筋(6)和纵向加强筋(7)，且所述横向加强筋(6)和所述纵向加强筋(7)的交接处通过所述连接结构(3)与所述土钉(2)固定连接；

所述加筋材料(8)设置在所述加强筋远离所述柔性面层(4)的一面，且所述加筋材料(8)靠近所述加强筋的一端与所述横向加强筋(6)固定连接。

5.根据权利要求4所述的边坡防护体系，其特征在于，所述横向加强筋(6)和所述纵向加强筋(7)的外部包裹有防腐层，且所述横向加强筋(6)和所述纵向加强筋(7)均为钢筋、加强带或加强绳。

6.根据权利要求3所述的边坡防护体系，其特征在于，所述连接结构(3)为柔性连接绳或刚性连接件。

7.根据权利要求6所述的边坡防护体系，其特征在于，所述柔性连接绳的一端与所述土钉(2)固定连接，另一端通过约束环与所述柔性面层(4)固定连接。

8.根据权利要求6所述的边坡防护体系，其特征在于，所述刚性连接件包括螺杆、螺母和锚垫板，所述螺杆的一端与所述土钉(2)固定连接，另一端依次穿过所述柔性面层(4)和所述锚垫板与所述螺母螺纹连接。

9.根据权利要求3所述的边坡防护体系，其特征在于，所述柔性面层(4)和所述加筋材料(8)为土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料或土工格栅中的任意一种或多种。

10.权利要求1-9任意一项所述边坡防护体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、于待防护边坡(1)上开设钻孔，将土钉(2)固定在钻孔中，并通过连接结构(3)将柔性面层(4)设置在待防护的边坡(1)上；

S2、在柔性面层(4)远离边坡(1)的一面设置加强筋，并在加强筋远离柔性面层(4)的一侧铺设加筋材料(8)，并进行固定；

S3、在加筋材料(8)上交错布置一层或多层土工袋(5)，且加筋材料(8)的一端与横向加强筋(6)或柔性面层(4)固定连接，另一端反包住一层或多层土工袋(5)，待上层加筋材料(8)铺设后与上层加筋材料(8)可靠连接；

S4、向加筋材料(8)和土工袋(5)之间的间隙内充填回填土，并进行压实；

S5、重复步骤S3、S4，直至加筋土工袋挡墙的高度达到边坡(1)坡顶；

其中，步骤S3中，土工袋(5)的布置方法具体包括：在加筋材料(8)上交错布置一层空土工袋，然后使用加压方式向空土工袋中泵入填料并封装，以此类推布置多层土工袋(5)。

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