CN114541426B - 一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构及施工方法，属于边坡防护领域，由多个防护结构单元拼接而成，每个防护结构单元包括一基板，基板上均匀分布有网格；基板上还设置有连接孔和锚固孔，相邻两防护结构单元通过连接孔连接在一起，锚固孔用于将基板固定于边坡上，每个防护结构单元上部设置有拱形排水檐。本发明通过将生态防护和工程防护技术相结合，突破了传统单一防护技术的局限性，采用工厂预制防护主体、现场按需布置预制构件、防护结构水化硬化成型、快速种植生态植物的工程技术，实现防护结构的快速施工和使用，不仅提高了边坡的稳定性和道路的安全性，同时降低了边坡防护施工难度和工程造价，实现了生态恢复和公路美化。

Description

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构及施工方法，属于边坡防护技术领域。

背景技术

目前，我国公路里程超过510万公里，其中高速公路里程数达到16.1万公里，稳居世界第一。尽管公路里程数和公路网密度的增加使得出行和货物运输更加方便、快捷，但也带来一定的环境问题。特别是在高速公路的修建过程中，破坏了沿线的植被生长和生态环境。此外，高速公路运营期间，在汇流水力的作用下，边坡成为水土流失的主体，存在路基塌陷、滑坡等安全隐患。

边坡防护设计是高速公路建设中的重要内容之一，能够有效防治边坡灾害。通常需要根据公路等级、降雨强度、地下水、地形、土质、材料来源等情况综合考虑，确保公路的稳定和高速行车安全，同时达到与周围环境的协调，保持生态环境的相对平衡，美化公路的效果。边坡防护通过将坡面封闭隔绝或隔离，避免或减缓与大气的直接接触，防止和延缓岩土表面的风化、剥落等演变过程，以保护路基边坡的稳定性，并且兼顾公路与环境的美化。按其作用不同，主要分为生态防护和工程防护两大类：1)生态防护通过植物的根、茎、叶调节地表土的湿度，防止和减缓冲刷，起到固结和稳定边坡的作用，同时，不同的植被还可起到交通诱导、防眩、吸尘和隔音的作用，但只适用于土质边坡上；2)工程防护采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护，适用于易于风化的软质岩石或破碎岩石边坡。

目前，无论是生态防护或者工程防护均存在一定的局限性。生态防护尽管更加经济、环保、美观，是目前边坡灾害放置的主要措施之一，但受植物根系长度和分布、生长环境及边坡条件等多项因素的影响，主要作用范围是地表0～50cm的土层，对于高边坡路基的深层滑坡作用十分有限。工程防护利用矿质材料的重力和粘结力等，能够显著提高边坡的稳定性，但需要消耗大量的资源，施工难度大、工程造价高。同时，与周围环境的协调较差，无法达到保持生态环境的相对平衡，美化公路的效果。此外，对于高陡岩质边坡，缺乏植物生长所必需的土壤条件及养分条件且边坡陡、基层附着条件差。因此，生态环境被严重破坏且防护技术难度高、费用大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构及施工方法，通过将传统的生态防护和工程防护技术相结合，突破了传统单一防护技术的局限性，采用工厂预制防护主体、现场按需布置预制构件、防护结构水化硬化成型、快速种植生态植物的工程技术，实现防护结构的快速施工和使用，不仅提高了边坡的稳定性和道路的安全性，同时降低了边坡防护施工难度和工程造价，实现了生态恢复和公路美化。

本发明采用以下技术方案：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构，由多个防护结构单元拼接而成，每个防护结构单元包括一基板，所述基板上均匀分布有用于提供植物生长空间的网格；

所述基板上还设置有连接孔和锚固孔，相邻两防护结构单元通过连接孔连接在一起，锚固孔用于将基板固定于边坡上，连接孔和锚固孔结构相同，现场可按需加密连接孔和锚固孔；

每个防护结构单元上部设置有拱形排水檐，拱形排水檐与基板平面垂直，拱形排水檐收集雨水后从相邻两防护结构单元之间的竖向连接处向下排出。

优选的，所述基板、网格和拱形排水檐为一体水化硬化成型结构，基板为防护结构单元的主体部分，整体为一块矩形板，分别与拱形排水檐、矩阵排布的网格连接成为整体单元。

优选的，相邻两防护结构单元的连接孔通过U型工程钉连接，所述U型工程钉包括一连接面和与连接面相垂直的两个固定腿，安装时U型工程钉的两个固定腿分别插入相邻两防护结构单元的连接孔内；

优选的，U型工程钉的材质为不锈钢材质或做表面防护处理，可长期暴露于复杂环境工作，固定腿长度大于30cm，直径与连接孔直径相同。

优选的，所述基板上的连接孔和锚固孔上均设置有护套，所述护套包括套筒A和套筒B，套筒A和套筒B均由相互连接的中空圆管和圆环片组成，套筒A和套筒B均刚性材质，安装时套筒A和套筒B组合起来，具体的，套筒A的中空圆管上设置有内螺纹，套筒B的中空圆管上设置有外螺纹，安装时，套筒A和套筒B的中空圆管均套设在连接孔或锚固孔内，并螺纹配合拧紧；

采用开孔技术预制圆形连接孔和锚固孔时，需在装完内部填充材料之后硬化之前开孔，为了防止内部填充材料撒漏，因此开孔的同时安装护套，护套在结构在施工时也可以避免应力集中带来的不利影响。

优选的，连接孔和锚固孔的结构尺寸相同，其直径均为3-5cm，均匀分布在网格周围，相邻连接孔或者相邻锚固孔之间沿边坡方向的距离为50-100cm。

优选的，所述拱形排水檐两拱脚的水平距离(净距)与防护结构单元的宽度一致，拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离(矢高)为20-40cm，拱檐高度为10-20cm，厚度为3-10cm。

拱形排水檐的拱形结构主要用于组织排放路面积水，相对于平板排水檐，排水效果更好，通过相邻结构单元顶部的拱形将路面雨水收集后组织排向结构单元竖向连接处，然后集中排出道路结构，可以有效防治路面水对于边坡的冲刷和路基安全的影响。

优选的，当边坡坡度小于45°时，网格为中空无盖正方体结构，当边坡坡度大于等于45°时，网格为中空直角三棱柱结构，网格主要用于提供边坡防护植物生长空间，储放植物种植所需的土壤、养料及水分等；

所述中空无盖正方体结构包括四个均与基板垂直且相互垂直并连接为一体的矩形板A，每个矩形板A的长度为40-60cm，厚度为5-10cm，高度为25-35cm；

所述中空直角三棱柱结构包括两个相互平行且分别与基板垂直连接的直角三角形板，两个直角三角形板的斜边紧密连接有一矩形板B，该矩形板B与三角形板的厚度均为5-10cm，三角形板垂直于基板的直角边长度为25-35cm，另一条直角边长度为40-60cm，矩形板B的长度与三角形板的斜边相同，矩形板B的宽度与两三角形板的间隔距离相同，均为40-60cm；

值得注意的是，储放植物的网格底部通过内部填充材料内的吸水性树脂预留透气孔，植物根系可深入路基土内部，有利于边坡加固和植物生存；

优选的，沿行车方向设有多排防护结构单元，每个防护结构单元的长度与边坡长度相同，基板沿边坡长度方向的尺寸为300-750cm，沿行车方向的尺寸为100-300cm，厚度为5-10cm，拱形排水檐位于基板的顶部位置，并在深度方向与基板平面垂直，网格位于基板的上表面并按矩阵排列分布，相邻网格之间的间距为10-30cm，在基板上的网格间隙处有按梅花形布置的锚固孔，可以使用锚钉或锚杆等穿过预留孔，从而将基板牢固的固定在边坡上，锚杆的长度应根据边坡类型具体确定，但应超过边坡的潜在滑裂面。在结构单元的重力作用和超长锚杆的锚固作用下能够有效提高边坡的稳定性，减小边坡病害。

一种上述的生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，包括如下步骤：

(1)按实际边坡长度，工厂预制防护结构单元，采用运输车运输到工程现场，配合使用吊车吊装施工；

工厂不硬化，采用普通卡车运输即可，运输时不同的防护结构单元中间可放置垫块，保证其不相互直接接触即可；

(2)按照拱形排水檐与道路边缘齐平，基板紧贴边坡并且与道路行车方向垂直的原则布置第一块防护结构单元，并通过锚杆将防护结构单元固定在边坡上；

(3)重复步骤(2)，布置两侧相邻的防护结构单元，相邻的两块防护结构单元间缝隙≤1cm，连接孔齐平，并且通过U型工程钉连接成为整体；

(4)所有防护结构单元布置完成后，向防护结构单元洒水硬化，水由保护外层的孔隙渗入内部充填材料内部后与胶凝材料发生反应，生成C-S-H凝胶、钙钒石等水化产物包裹在砂颗粒表面并逐渐生长搭接成为整体，内部填充材料水化硬化成为整体，具有一定强度；

(5)待所有防护结构单元洒水硬化3天后，在相邻防护结构单元的间隙内填充填缝料，并在连接处粘贴防水带，防止路面水下渗到路基内部，影响其使用寿命和安全；

(6)采用早强砂浆或者环氧砂浆处理拱形排水檐与路基连接处，做好防水处理，保证路面水能够在排水檐汇集沿着防护结构单元搭接处组织排出；

(7)将植生土、土壤改良剂、有机复合肥与水混合搅拌均匀，喷播灌入防护结构单元的网格内部；

(8)结合当地自然环境、气候条件，适地选种，然后将植物的种子、高性能喷播基材、保水剂及粘合剂混合搅拌均匀，喷播到防护结构单元网格的上表面；

(9)定期对边坡植物洒水、补种，保证植物成活率和边坡覆盖率。

优选的，步骤(1)中，防护结构单元的预制方法包括：按照防护结构单元的设计尺寸缝制保护外层、按配合比混合内部填充材料和将内部材料填充到保护外层内；

所述保护外层主要用于盛装内部充填材料，由柔性材质采用内缝工艺缝制而成，柔性材质可为土工布、麻布、帆布、尼龙布、可降解材料等，具有强度高不易破损、孔隙小不漏料、绿色低碳环保等特点，保护外层按照上述边坡结构尺寸裁剪，采用内缝工艺缝制，基板、网格和拱形排水檐内部完全贯通相连，最底部预留有一填充口；

需要说明的是，本发明结合了工程防护和植物防护技术，由于植物生长以后会覆盖遮挡网格，因此对于结构单元的棱角性要求相对较低，在缝制过程中虽然网格较多，但都是均匀分布且是相同尺寸的，缝制技术难度并不高。

所述内部填充材料包括胶凝材料、细骨料和掺合料，所述胶凝材料为425级及以上的普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥，并复掺辅助胶凝材料，辅助胶凝材料为粉煤灰、矿渣、硅灰、石灰石粉和磷渣粉；硫铝酸盐水泥具有早强、高耐久特性可用于工期较短或者环境中硫酸根离子浓度较高的边坡防护，辅助胶凝材料主要为工业固废，但具有潜在活性，大量利用可以解决环境问题并提高固废材料利用率，同时能够改善水泥砂浆的工作性和耐久性；

工业固废内存在着一定数量的活性二氧化硅、活性氧化铝等组分，能够与水泥的水化产物氢氧化钙发生火山灰反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物。

所述细骨料为天然砂或再生细骨料，含水量≤0.5％，细度模数为2-3.5，以中粗砂为宜，平均粒径介于0.35-0.5mm；所述掺合料包括超高吸水性树脂和纤维，超高吸水性树脂优选为淀粉类、纤维素类或合成树脂类吸水性树脂，超高吸水性树脂具有亲水基团、能大量吸收水分溶胀且能保持住水分不外流，吸水能力超过自身重量150倍，将吸水性树脂掺入后，其在砂浆的水化硬化过程中储存一定水分并且体积膨胀，当砂浆内部相对湿度降低后，内部储存的水分能够主动释放保证胶凝材料水化所需的水，有效提高砂浆的强度。此外，当吸水性树脂释放出大部分水分后体积缩小，砂浆内部孔隙率提高，能够为防护植物的根系提供通道，使其顺利通过防护结构层进入边坡。这不仅能够显著提高防护植物的生存寿命改善路基边坡内部湿度，同时植物根系也可以起到加固边坡土层效果。

纤维优选为无机纤维、有机纤维等，掺入纤维后能够有效提高砂浆的抗拉强度、延伸率及韧性等；

优选的，内部填充材料中水泥、辅助胶凝材料、细骨料、吸水性树脂的质量比为1：(0.3～0.5)：(1.5～3)：(0～0.1)，纤维的掺量为填充材料总体积的0.1％-3％；

关于内部填充材料，其创新点在于：

1)采用间断级配的中砂和超高吸水性树脂，保证了基板硬化后的孔隙率，使得植物根系可以透过基板在路基土生根生存；

2)吸水性树脂的高吸水率能够在水化初期储存大量水分，为砂浆早期的水化硬化反应提供了水分保障，在防护构件硬化使用后储存雨水，提高植物的成活率；

3)为了弥补高孔隙率对于防护结构单元强度造成的损失，采用了纤维来提高其抗拉强的和韧性。

内部填充材料制备方法为：

采用干混搅拌机，首先将水泥、辅助胶凝材料混合干拌3min，然后向混合物中加入天然砂和超高吸水性树脂，继续干拌3min，得到胶砂物；与此同时，采用纤维分散机将所用纤维分散6min；最后将分散好的纤维加入混合均匀的胶砂物中，继续搅拌混合6min，内填充材料制备总用时12min，待其混合均匀后装入罐、桶或袋等容器中，低温干燥储存即可。

将保护外层缝制完成后，水平翻转180°，然后将内部填充材料按比例混合并拌合均匀，打开保护外层的填充口，将内部填充材料灌入，保证内部填充材料先装满拱形排水檐和网格内部所有孔隙，然后再填充满基板区域，当充填度≥98％后，将预留的填充口完全密封缝制，保证不会漏料，然后按照设计的位置和尺寸，采用开孔技术预制连接孔和锚固孔，并在连接孔和锚固孔内安装护套。

优选的，步骤(4)中防护结构单元的洒水过程为：

首先持续洒水完全浸润边坡防护结构，然后在其后的第一天间隔洒水，其中洒水间隔为3-6小时喷洒1次，一天喷洒次数不少于3次，每次水量不宜过大且应均匀慢速，优选洒水量为8-15L/s，优选为10L/s，洒水车行进速度为10-20km/s，优选为15km/s；

此后喷洒间隔逐渐增大且次数减小，3天后每天喷洒一次，直到第7天停止。前3天喷洒的水主要用于胶凝材料水化，此后喷洒的水用于防护结构养护防止早期收缩开裂。

优选的，步骤(5)中填缝料包括但不限于硅酮、环氧树脂、聚氨酯、硅树脂类，氯丁橡胶。

本发明未详尽之处，均可采用现有技术。

本发明的有益效果为：

1)本发明将生态防护和工程防护技术相结合，通过预制防护结构单元、防护结构锚固、喷播植生土和种子层等手段，突破了传统单一防护技术的局限性，可用于岩石、土质等各种类型及坡度的公路边坡，适用性广、实用性高，该发明不仅提高了边坡的稳定性和道路的安全性，并实现了生态环境恢复和公路美化，符合可持续发展和绿色公路建设的理念。

2)本发明采用工厂预制防护主体-工地现场按需布置预制构件-防护结构水化硬化成型-生态植物快速种植的工程技术，提出预制防护结构工厂化生产及装配式施工工艺，降低了道路边坡防护施工难度和工程造价，减少了边坡防护施工所需的人员和设备，加快了工程进度，保障了工程质量。同时，施工作业面小，现场工程垃圾少、粉尘及噪声污染小，更符合文明施工和环境保护。

3)本发明的防护结构单元设计的拱形排水檐能够对路面水汇集组织排放，避免了路面水对边坡的冲刷和损坏。此外，针对不同边坡坡度设计的两种网格型式，能够充分保障防护植物的生长空间，特别是解决了传统高陡岩质边坡无法种植防护植物从而改善生态环境的不足。

4)本发明防护结构单元的内部充填材料使用了大量的工业固废和再生细骨料，不仅缓解了水泥生产导致的资源能源消耗大、环境污染大的问题，同时提高了工业固废和再生骨料的利用率，有利于解决工业固废堆存带来的大量土地占用、空气和水资源污染、企业和社会压力大的难题，促进“双碳”目标的实现。此外，工业固废和再生骨料的使用能够显著降低防护结构的经济成本和工程造价。

5)本发明防护结构单元的内部充填材料使用了吸水性树脂，吸水性树脂的高吸水率能够储存大量水分，为砂浆早期的水化硬化反应提供了水分保障。此外，吸水性树脂早期吸水导致体积膨胀，为后期防护植物的根系穿透防护结构基板，进入路基边坡提供了通道，这不仅能够增加防护植物的生存几率和寿命，而且植物根系能够有效加固路基边坡表层的土壤，从而增加路基边坡的稳定性，有效提高防护结构对于道路边坡的防护效果。

6)本发明的边坡防护结构为工厂预制和现场施工相结合，为边坡防护结构的设计和施工提供了新思路和技术手段。特别是，将防护结构主体材料充填和水化过程区分开，不仅降低了预制防护结构的重量，同时偏柔性可变性的预制防护结构，更有利于运输和现场施工。此外，砂浆的水化过程在边坡施工完成后进行，省去了防护构件支模和养护过程，极大地减小了防护构件工厂预制时间，降低了预制难度。

附图说明

图1为网格为中空无盖正方体结构的防护结构单元的结构示意图一；

图2为网格为中空无盖正方体结构的防护结构单元的结构示意图二；

图3为网格为中空直角三棱柱结构的防护结构单元的结构示意图一；

图4为网格为中空直角三棱柱结构的防护结构单元的结构示意图二；

图5为护套的结构示意图；

图6为U型工程钉的结构示意图；

图中：1-基板，2-拱形排水檐，3-网格，4-连接孔，5-锚固孔，6-U型工程钉，7-套筒A，8-套筒B。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构，如图1-6所示，由多个防护结构单元拼接而成，每个防护结构单元包括一基板1，基板1上均匀分布有用于提供植物生长空间的网格3；

基板1上还设置有连接孔4和锚固孔5，相邻两防护结构单元通过连接孔4连接在一起，锚固孔5用于将基板固定于边坡上，连接孔和锚固孔结构相同，现场可按需加密连接孔和锚固孔；

每个防护结构单元上部设置有拱形排水檐2，拱形排水檐2与基板1平面垂直，拱形排水檐2收集雨水后从相邻两防护结构单元之间的竖向连接处向下排出。

实施例2：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构，如实施例1所述，所不同的是，基板1、网格3和拱形排水檐2为一体水化硬化成型结构，基板1为防护结构单元的主体部分，整体为一块矩形板，分别与拱形排水檐、矩阵排布的网格连接成为整体单元。

实施例3：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构，如实施例2所述，所不同的是，相邻两防护结构单元的连接孔通过U型工程钉6连接，U型工程钉6包括一连接面和与连接面相垂直的两个固定腿，安装时U型工程钉的两个固定腿分别插入相邻两防护结构单元的连接孔内；

U型工程钉6的材质为不锈钢材质，可长期暴露于复杂环境工作，固定腿长度大于30cm，直径与连接孔直径相同。

实施例4：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构，如实施例3所述，所不同的是，基板1上的连接孔4和锚固孔5上均设置有护套，如图5所示，护套包括套筒A 7和套筒B 8，套筒A 7和套筒B 8均由相互连接的中空圆管和圆环片组成，套筒A和套筒B均刚性材质，安装时套筒A和套筒B组合起来，具体的，套筒A的中空圆管上设置有内螺纹，套筒B的中空圆管上设置有外螺纹，安装时，套筒A和套筒B的中空圆管均套设在连接孔或锚固孔内，并螺纹配合拧紧；

采用开孔技术预制圆形连接孔和锚固孔时，需在装完内部填充材料之后硬化之前开孔，为了防止内部填充材料撒漏，因此开孔的同时安装护套，护套在结构在施工时也可以避免应力集中带来的不利影响。

连接孔和锚固孔的结构尺寸相同，其直径均为4cm，均匀分布在网格周围，相邻连接孔或者相邻锚固孔之间沿边坡方向的距离为80cm。

实施例5：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构，如实施例4所述，所不同的是，拱形排水檐2两拱脚的水平距离(净距)与防护结构单元的宽度一致，拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离(矢高)为30cm，拱檐高度为15cm，厚度为8cm。

拱形排水檐的拱形结构主要用于组织排放路面积水，相对于平板排水檐，排水效果更好，通过相邻结构单元顶部的拱形将路面雨水收集后组织排向结构单元竖向连接处，然后集中排出道路结构，可以有效防治路面水对于边坡的冲刷和路基安全的影响。

实施例6：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构，如实施例5所述，所不同的是，当边坡坡度小于45°时，网格3为中空无盖正方体结构，当边坡坡度大于等于45°时，网格3为中空直角三棱柱结构，网格主要用于提供边坡防护植物生长空间，储放植物种植所需的土壤、养料及水分等；

中空无盖正方体结构包括四个均与基板垂直且相互垂直并连接为一体的矩形板A，在每个矩形板A的长度为40-60cm，厚度为5-10cm，高度为25-35cm；

所述中空直角三棱柱结构包括两个相互平行且分别与基板垂直连接的直角三角形板，两个直角三角形板的斜边紧密连接有一矩形板B，该矩形板B与三角形板的厚度均为5-10cm，三角形板垂直于基板的直角边长度为25-35cm，另一条直角边长度为40-60cm，矩形板B的长度与三角形板的斜边相同，矩形板B的宽度与两三角形板的间隔距离相同，均为40-60cm；

值得注意的是，网格3中三角板的一条直角边与基板，能够保障在任何边坡坡度(45-90°)下，网格内有足够的空间供植物生长，储放植物的网格底部通过内部填充材料内的吸水性树脂预留透气孔，植物根系可深入路基土内部，有利于边坡加固和植物生存。

实施例7：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构，如实施例6所述，所不同的是，沿行车方向设有多排防护结构单元，每个防护结构单元的长度与边坡长度相同，基板沿边坡长度方向的尺寸为300-750cm，沿行车方向的尺寸为100-300cm，厚度为5-10cm，拱形排水檐位于基板的顶部位置，并在深度方向与基板平面垂直，网格位于基板的上表面并按矩阵排列分布，相邻网格之间的间距为10-30cm，在基板上的网格间隙处有按梅花形布置的锚固孔，可以使用锚钉或锚杆等穿过预留孔，从而将基板牢固的固定在边坡上，锚杆的长度应根据边坡类型具体确定，但应超过边坡的潜在滑裂面。在结构单元的重力作用和超长锚杆的锚固作用下能够有效提高边坡的稳定性，减小边坡病害。

实施例8：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，包括如下步骤：

(1)按实际边坡长度，工厂预制防护结构单元，采用卡车运输到工程现场，配合使用吊车吊装施工；

(2)按照拱形排水檐与道路边缘齐平，基板1紧贴边坡并且与道路行车方向垂直的原则布置第一块防护结构单元，并通过锚杆将防护结构单元固定在边坡上；

由于基板未水化硬化，故柔性材质更能够与边坡紧密贴合，有利于提升防护效果；

(3)重复步骤(2)，布置两侧相邻的防护结构单元，相邻的两块防护结构单元间缝隙≤1cm，连接孔齐平，并且通过U型工程钉6连接成为整体；

(4)所有防护结构单元布置完成后，向防护结构单元洒水硬化，水由保护外层的孔隙渗入内部充填材料内部后与胶凝材料发生反应，生成C-S-H凝胶、钙钒石等水化产物包裹在砂颗粒表面并逐渐生长搭接成为整体，内部填充材料水化硬化成为整体，具有一定强度；

(5)待所有防护结构单元洒水硬化3天后，在相邻防护结构单元的间隙内填充填缝料，并在连接处粘贴防水带，防止路面水下渗到路基内部，影响其使用寿命和安全；

(6)采用早强砂浆或者环氧砂浆处理拱形排水檐与路基连接处，做好防水处理，保证路面水能够在排水檐汇集沿着防护结构单元搭接处组织排出；

(7)将植生土、土壤改良剂、有机复合肥与水混合搅拌均匀，喷播灌入防护结构单元的网格3内部；

(8)结合当地自然环境、气候条件，适地选种，然后将植物的种子、高性能喷播基材、保水剂及粘合剂混合搅拌均匀，喷播到防护结构单元网格3的上表面；

(9)定期对边坡植物洒水、补种，保证植物成活率和边坡覆盖率。

实施例9：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，如实施例8所示，所不同的是，步骤(1)中，防护结构单元的预制方法包括：按照防护结构单元的设计尺寸缝制保护外层、按配合比混合内部填充材料和将内部材料填充到保护外层内；

保护外层主要用于盛装内部充填材料，由柔性材质采用内缝工艺缝制而成，柔性材质在本实施例中为麻布，具有强度高不易破损、孔隙小不漏料、绿色低碳环保等特点，保护外层按照上述边坡结构尺寸裁剪，采用内缝工艺缝制，基板1、网格3和拱形排水檐2内部完全贯通相连，最底部预留有一填充口；

需要说明的是，本发明结合了工程防护和植物防护技术，由于植物生长以后会覆盖遮挡网格，因此对于结构单元的棱角性要求相对较低，在缝制过程中虽然网格较多，但都是均匀分布且是相同尺寸的，缝制技术难度并不高。

内部填充材料包括胶凝材料、细骨料和掺合料，胶凝材料为硫铝酸盐水泥，并复掺辅助胶凝材料，辅助胶凝材料为粉煤灰、矿渣、硅灰、石灰石粉和磷渣粉；硫铝酸盐水泥具有早强、高耐久特性可用于工期较短或者环境中硫酸根离子浓度较高的边坡防护，辅助胶凝材料主要为工业固废，但具有潜在活性，大量利用可以解决环境问题并提高固废材料利用率，同时能够改善水泥砂浆的工作性和耐久性；

工业固废内存在着一定数量的活性二氧化硅、活性氧化铝等组分，能够与水泥的水化产物氢氧化钙发生火山灰反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物。

细骨料为天然砂，含水量≤0.5％，细度模数为2-3.5，以中粗砂为宜，平均粒径介于0.35-0.5mm；掺合料包括超高吸水性树脂和纤维，超高吸水性树脂优选为淀粉类吸水性树脂，超高吸水性树脂具有亲水基团、能大量吸收水分溶胀且能保持住水分不外流，吸水能力超过自身重量150倍，将吸水性树脂掺入后，其在砂浆的水化硬化过程中储存一定水分并且体积膨胀，当砂浆内部相对湿度降低后，内部储存的水分能够主动释放保证胶凝材料水化所需的水，有效提高砂浆的强度。此外，当吸水性树脂释放出大部分水分后体积缩小，砂浆内部孔隙率提高，能够为防护植物的根系提供通道，使其顺利通过防护结构层进入边坡。这不仅能够显著提高防护植物的生存寿命改善路基边坡内部湿度，同时植物根系也可以起到加固边坡土层效果。

纤维优选为有机纤维，掺入纤维后能够有效提高砂浆的抗拉强度、延伸率及韧性等；

将保护外层缝制完成后，水平翻转180°，然后将内部填充材料按比例混合并拌合均匀，打开保护外层的填充口，将内部填充材料灌入，保证内部填充材料先装满拱形排水檐和网格内部所有孔隙，然后再填充满基板区域，当充填度≥98％后，将预留的填充口完全密封缝制，保证不会漏料，然后按照设计的位置和尺寸，采用开孔技术预制连接孔和锚固孔，并在连接孔和锚固孔内安装护套。

实施例10：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，如实施例9所示，所不同的是，内部填充材料中水泥、辅助胶凝材料、细骨料、吸水性树脂的质量比为1：0.4：2：0.1，纤维的掺量为填充材料总体积的1％；

关于内部填充材料，其创新点在于：

1)采用间断级配的中砂和超高吸水性树脂，保证了基板硬化后的孔隙率，使得植物根系可以透过基板在路基土生根生存；

2)吸水性树脂的高吸水率能够在水化初期储存大量水分，为砂浆早期的水化硬化反应提供了水分保障，在防护构件硬化使用后储存雨水，提高植物的成活率；

3)为了弥补高孔隙率对于防护结构单元强度造成的损失，采用了纤维来提高其抗拉强的和韧性。

内部填充材料制备方法为：

采用干混搅拌机，首先将水泥、辅助胶凝材料混合干拌3min，然后向混合物中加入天然砂和超高吸水性树脂，继续干拌3min，得到胶砂物；与此同时，采用纤维分散机将所用纤维分散6min；最后将分散好的纤维加入混合均匀的胶砂物中，继续搅拌混合6min，内填充材料制备总用时12min，待其混合均匀后装入罐、桶或袋等容器中，低温干燥储存即可。

实施例11：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，如实施例10所示，所不同的是，步骤(4)中防护结构单元的洒水过程为：

首先持续洒水完全浸润边坡防护结构，然后在其后的第一天间隔洒水，其中洒水间隔为4小时喷洒1次，每次洒水量为10L/s，洒水车行进速度为15km/s，此后喷洒间隔逐渐增大且次数减小，3天后每天喷洒一次，直到第7天停止。前3天喷洒的水主要用于胶凝材料水化，此后喷洒的水用于防护结构养护防止早期收缩开裂。

实施例12：

一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，如实施例10所示，所不同的是，步骤(5)中填缝料为环氧树脂。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，其特征在于，防护结构由多个防护结构单元拼接而成，每个防护结构单元包括一基板，所述基板上均匀分布有用于提供植物生长空间的网格；

所述基板上还设置有连接孔和锚固孔，相邻两防护结构单元通过连接孔连接在一起，锚固孔用于将基板固定于边坡上；

每个防护结构单元上部设置有拱形排水檐，拱形排水檐收集雨水后从相邻两防护结构单元之间的竖向连接处向下排出；

所述基板、网格和拱形排水檐为一体水化硬化成型结构；

所述基板上的连接孔和锚固孔上均设置有护套，所述护套包括套筒A和套筒B，套筒A和套筒B均由相互连接的中空圆管和圆环片组成，所述套筒A的中空圆管上设置有内螺纹，套筒B的中空圆管上设置有外螺纹，安装时，套筒A和套筒B的中空圆管均套设在连接孔或锚固孔内，并螺纹配合拧紧；

生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法包括如下步骤：

（1）按实际边坡长度，工厂预制防护结构单元，采用运输车运输到工程现场，配合使用吊车吊装施工；

（2）按照拱形排水檐与道路边缘齐平，基板紧贴边坡并且与道路行车方向垂直的原则布置第一块防护结构单元，并通过锚杆将防护结构单元固定在边坡上；

（3）重复步骤（2），布置两侧相邻的防护结构单元，相邻的两块防护结构单元间缝隙≤1cm，连接孔齐平，并且通过U型工程钉连接成为整体；

（4）所有防护结构单元布置完成后，向防护结构单元洒水硬化；

（5）待所有防护结构单元洒水硬化3天后，在相邻防护结构单元的间隙内填充填缝料，并在连接处粘贴防水带，防止路面水下渗到路基内部；

（6）采用早强砂浆或者环氧砂浆处理拱形排水檐与路基连接处，做好防水处理；

（7）将植生土、土壤改良剂、有机复合肥与水混合搅拌均匀，喷播灌入防护结构单元的网格内部；

（8）适地选种，然后将植物的种子、高性能喷播基材、保水剂及粘合剂混合搅拌均匀，喷播到防护结构单元网格的上表面；

（9）定期对边坡植物洒水、补种，保证植物成活率和边坡覆盖率；

步骤（1）中，防护结构单元的预制方法包括：按照防护结构单元的设计尺寸缝制保护外层、按配合比混合内部填充材料和将内部材料填充到保护外层内；

所述保护外层由柔性材质采用内缝工艺缝制而成，基板、网格和拱形排水檐内部完全贯通相连，最底部预留有一填充口；

所述内部填充材料包括胶凝材料、细骨料和掺合料，所述胶凝材料为425级及以上的普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥，并复掺辅助胶凝材料，辅助胶凝材料为粉煤灰、矿渣、硅灰、石灰石粉和磷渣粉；所述细骨料为中粗砂，含水量≤0.5%，细度模数为2-3.5，平均粒径介于0.35-0.5mm；所述掺合料包括超高吸水性树脂和纤维，超高吸水性树脂为淀粉类、纤维素类或合成树脂类吸水性树脂，纤维为无机纤维或有机纤维；

内部填充材料中水泥、辅助胶凝材料、细骨料、吸水性树脂的质量比为1：（0.3~0.5）：（1.5~3）：（0~0.1），纤维的掺量为填充材料总体积的0.1%-3%；

将保护外层缝制完成后，水平翻转180°，然后将内部填充材料按比例混合并拌合均匀，打开保护外层的填充口，将内部填充材料灌入，当充填度≥98%后，将预留的填充口完全密封缝制，然后采用开孔技术预制连接孔和锚固孔，并在连接孔和锚固孔内安装护套。

2.根据权利要求1所述的生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，其特征在于，相邻两防护结构单元的连接孔通过U型工程钉连接，所述U型工程钉包括一连接面和与连接面相垂直的两个固定腿，安装时U型工程钉的两个固定腿分别插入相邻两防护结构单元的连接孔内；

U型工程钉的材质为不锈钢材质，固定腿长度大于30cm，直径与连接孔直径相同。

3.根据权利要求2所述的生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，其特征在于，连接孔和锚固孔的结构尺寸相同，其直径均为3-5cm，相邻连接孔或者相邻锚固孔之间沿边坡方向的距离为50-100cm。

4.根据权利要求3所述的生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，其特征在于，所述拱形排水檐两拱脚的水平距离与防护结构单元的宽度一致，拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离为20-40cm，拱檐高度为10-20cm，厚度为3-10cm。

5.根据权利要求4所述的生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，其特征在于，当边坡坡度小于45°时，网格为中空无盖正方体结构，当边坡坡度大于等于45°时，网格为中空直角三棱柱结构；

所述中空无盖正方体结构包括四个均与基板垂直且相互垂直并连接为一体的矩形板A，每个矩形板A的长度为40-60cm，厚度为5-10cm，高度为25-35cm；

所述中空直角三棱柱结构包括两个相互平行且分别与基板垂直连接的直角三角形板，两个直角三角形板的斜边紧密连接有一矩形板B，该矩形板B与三角形板的厚度均为5-10cm，三角形板垂直于基板的直角边长度为25-35cm，另一条直角边长度为40-60cm，矩形板B的长度与三角形板的斜边相同，矩形板B的宽度与两三角形板的间隔距离相同，均为40-60cm；

所述基板沿边坡长度方向的尺寸为300-750cm，沿行车方向的尺寸为100-300cm，厚度为5-10cm，网格位于基板的上表面并按矩阵排列分布，相邻网格之间的间距为10-30cm。

6.根据权利要求1所述的生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，其特征在于，步骤（4）中防护结构单元的洒水过程为：

首先持续洒水完全浸润边坡防护结构，然后在其后的第一天间隔洒水，其中洒水间隔为3-6小时喷洒1次，一天喷洒次数不少于3次，洒水量为8-15L/s，洒水车行进速度为10-20km/s；

此后喷洒间隔逐渐增大且次数减小，3天后每天喷洒一次，直到第7天停止。

7.根据权利要求6所述的生态和工程一体化的装配式边坡防护结构的施工方法，其特征在于，步骤（5）中填缝料包括但不限于硅酮、环氧树脂、聚氨酯、硅树脂类，氯丁橡胶。

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