CN116556235B - 一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,该系统包括设在天然地基上的扶壁式混凝土挡墙以及设在天然地基的路堤坡脚与扶壁式混凝土挡墙之间的梯形混凝土排水沟。扶壁式混凝土挡墙的外侧开设排水渗沟,该排水渗沟的两侧分别设有预制的无砂大孔混凝土板Ⅰ;排水渗沟的底部浇筑有混凝土底板,内部填充碎石;碎石的顶部依次铺设单向透水土工布Ⅰ、粗砂层Ⅰ、预制的无砂大孔混凝土板Ⅱ;无砂大孔混凝土板Ⅰ与无砂大孔混凝土板Ⅱ的外侧包裹单向透水土工布Ⅱ;与无砂大孔混凝土板Ⅱ相接的单向透水土工布Ⅱ上依次铺设粗砂层Ⅱ、块石层护坡。本发明可有效保证冻土路基的完整性,维护了丘陵山区热融滑坡易发区域多年冻土区道路工程的长期稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及工程地质灾害防治领域,尤其涉及一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统。
背景技术
热融滑坡是青藏高原多年冻土区普遍发育的一种热融性斜坡失稳现象。热融滑坡的发生是冻土退化的结果,同时它们的发育和发展反过来又加速了冻土退化,并影响道路工程的稳定性。
热融滑坡的发生可造成道路工程设施的直接破坏,诸如2018年9月发生在风火山南麓的一处热融滑坡造成青藏铁路防洪及路基热棒设施的直接损坏;同年8月发生在国道214温泉乡附近一处热融滑坡的滑坡堆积体直接掩埋公路,影响车辆的正常通行。热融滑坡发生以后由于滑壁位置地下冰的暴露和融化会产生大量泥流物质沿坡面向下流动,这些泥流物质会进一步掩埋道路和堵塞桥涵,并将加速路基下部多年冻土融化以及路基软化湿陷,严重影响工程构筑物的长期稳定性。此外,斜坡区域不合理的工程开挖导致的地下冰暴露和融化反过来会诱发热融滑坡的发生,如青藏公路沿线红梁河及北麓河一带发育的部分热融滑坡现象就是由青藏公路二次扩建时期路基取土开挖而引发。
在青藏高原的丘陵山区地带,周期性活动的热融滑塌灾害数量在近10年增加了近3倍,尤其是青藏铁路、青藏公路沿线,增加的热融滑坡正在以不同的方式对道路工程产生强烈的冻融破坏、掩埋堵塞等危害,造成构筑物功能失效,甚至灾难性的破坏。尤其是青藏高原冻土区的青藏铁路工程,其采用了大量块石路基,热融滑坡产生的大量泥流物质流动后对块石层产生堵塞掩埋,直接造成对流冷却效应丧失,对青藏铁路长期安全运营产生直接威胁。
在全球气候变暖和多年冻土退化的大背景下,如何对青藏高原道路工程沿线的热融滑坡灾害进行有效防治,对维护青藏铁路、青藏公路乃至即将修建的青藏高速公路工程的长期稳定和安全运营至关重要。由于“挡”和“排”是防治的关键,即如何防止热融滑坡流动后的泥流物质掩埋路堤、堵塞桥涵,同时防止热融滑坡滑动后造成地下冰融化造成路基周围形成侧向积水,因此,上述问题是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、防治效果好的防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统。
为解决上述问题,本发明所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:该系统包括设在天然地基上斜坡处有潜在热融滑坡发育的路堤地段坡脚外的扶壁式混凝土挡墙以及设在所述天然地基的路堤坡脚与所述扶壁式混凝土挡墙之间的梯形混凝土排水沟;所述扶壁式混凝土挡墙的外侧开设排水渗沟,该排水渗沟的两侧分别设有预制的无砂大孔混凝土板Ⅰ;所述排水渗沟的底部浇筑有混凝土底板,内部填充碎石至沟顶面10cm处;所述碎石的顶部依次铺设单向透水土工布Ⅰ、粗砂层Ⅰ、预制的无砂大孔混凝土板Ⅱ;所述无砂大孔混凝土板Ⅰ与所述无砂大孔混凝土板Ⅱ的外侧包裹单向透水土工布Ⅱ;与所述无砂大孔混凝土板Ⅱ相接的所述单向透水土工布Ⅱ上依次铺设粗砂层Ⅱ、块石层护坡。
所述扶壁式混凝土挡墙设在所述天然地基上路堤坡脚外7.0m处,其墙顶厚度为0.4m,下部埋深为1.5m,露出地面高度为2.0m。
所述排水渗沟的下底宽0.8m,坡度比1:0.75,深度0.5~1.0m。
所述无砂大孔混凝土板Ⅰ与所述无砂大孔混凝土板Ⅱ的厚度均为10cm。
所述单向透水土工布Ⅰ与所述单向透水土工布Ⅱ的渗透系数均为0.2~0.4cm/s。
所述混凝土底板的厚度为10cm,强度等级为C25。
所述碎石的粒径为5~10cm。
所述粗砂层Ⅰ的厚度为10cm;所述粗砂层Ⅱ的厚度为20cm。
所述块石层护坡的高度为1.5m,边坡比1:1.5。
所述混凝土梯形排水沟的底宽为0.3m、深度为0.5m、壁厚为0.2m。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明中设有梯形混凝土排水沟,以排除路基本体与扶壁式混凝土挡墙之间地表水。
2、本发明中排水渗沟的两侧分别设有预制的无砂大孔混凝土板,板外侧包裹单向透水土工布,目的是使周围土体中的冻结层上水可单向渗透至排水渗沟内。
3、本发明设有块石层护坡,其作用有两方面:一是与扶壁式混凝土挡墙共同阻挡热融滑坡沿斜坡向下滑动的土体,阻挡其滑向路基导致路基掩埋破坏。二是阻挡拦截滑坡土体后,使泥流通过块石孔隙通过下部排水渗沟的透水作用,将热融滑坡融化的冰水及时排走,防止路基周围形成地表积水。
4、本发明充分利用了挡土、排水,并将二者进行有效结合,可最大限度地将热融滑坡滑动后的泥流阻挡在路堤外侧,避免了热融泥流运动对路堤和涵洞掩埋破坏,同时能够快速将热融滑坡地下冰融水和泥流中的饱和水疏干、汇集到块石挡墙下部的渗水排水沟内,通过排水渗沟及时排走,不但有效消除了热融滑坡发生后的“土”和“水”对路基及下部多年冻土的不利影响,而且有效保证冻土路基的完整性,维护了丘陵山区热融滑坡易发区域多年冻土区道路工程的长期稳定性。
5、本发明中混凝土挡墙、排水渗沟、排水沟采用混凝土浇筑和预制,块石堆护坡来自高原附近的采石场加工,原材料易获取。同时施工程序简易,可在原有路基外侧渗沟进行加工改造,并且具有较好的工后补强性和维护性。
6、本发明施工方便快捷,环境友好,对多年冻土扰动小,可以直接应用于青藏高原多年冻土丘陵山区热融滑坡易发的公路、铁路路堤路段,且施工过程不影响道路的正常运营,对冻土路基无不利的热扰动影响。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的横断面示意图。
图2是本发明俯视面示意图。
图3是本发明工作原理图。
图中:1—天然地基;2—扶壁式混凝土挡墙;31—无砂大孔混凝土板Ⅰ;32—无砂大孔混凝土板Ⅱ;41—单向透水土工布Ⅰ;42—单向透水土工布Ⅱ;5—混凝土底板;6—碎石;71—粗砂层Ⅰ;72—粗砂层Ⅱ;8—块石层护坡;9—梯形混凝土排水沟。
具体实施方式
如图1~2所示,一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,该系统包括设在天然地基1上斜坡处有潜在热融滑坡发育的路堤地段坡脚外的扶壁式混凝土挡墙2以及设在天然地基1的路堤坡脚与扶壁式混凝土挡墙2之间的预制的梯形混凝土排水沟9。
扶壁式混凝土挡墙2的外侧人工开设排水渗沟,该排水渗沟的两侧分别设有预制的无砂大孔混凝土板Ⅰ31;排水渗沟的底部浇筑有混凝土底板5,内部填充细净碎石6至沟顶面10cm处;填充夯实后碎石6的顶部依次铺设单向透水土工布Ⅰ41、粗砂层Ⅰ71、预制的无砂大孔混凝土板Ⅱ32;无砂大孔混凝土板Ⅰ31与无砂大孔混凝土板Ⅱ32的外侧包裹单向透水土工布Ⅱ42;与无砂大孔混凝土板Ⅱ32相接的单向透水土工布Ⅱ42上依次铺设粗砂层Ⅱ72、块石层护坡8。
其中:扶壁式混凝土挡墙2采用现场浇筑的方式,设在天然地基1上路堤坡脚外7.0m处,其墙顶厚度为0.4m,下部埋深为1.5m,露出地面高度为2.0m。
排水渗沟的下底宽0.8m,坡度比1:0.75,深度0.5~1.0m。排水渗沟开挖应注意避免热扰动。
无砂大孔混凝土板Ⅰ31与无砂大孔混凝土板Ⅱ32的厚度均为10cm。
单向透水土工布Ⅰ41与单向透水土工布Ⅱ42的渗透系数均为0.2~0.4cm/s。
混凝土底板5的厚度为10cm,强度等级为C25。
碎石6的粒径为5~10cm,且不可含细粒土,目的是有利于深沟内的水快速沿排水渗沟流走。
粗砂层Ⅰ71的厚度为10cm;粗砂层Ⅱ72的厚度为20cm。
块石层护坡8的高度为1.5m,边坡比1:1.5。
混凝土梯形排水沟9的底宽为0.3m、深度为0.5m、壁厚为0.2m。
工作原理如图3所示,本发明一方面,通过扶壁式混凝土挡墙2和块石层护坡8,结合后,可增加对热融滑坡滑动土体的阻挡拦截力量,有效将热融滑坡发生时流向路基的大量泥流物质拦截在路堤范围以外,以减少对路堤和桥涵的堵塞掩埋破坏,将热融滑坡的泥流物质汇聚在扶壁式混凝土挡墙2周围;因为热融滑坡沿斜坡面滑坡是个缓慢的蠕滑过程,单一的混凝土挡墙拦截能力不够,并且混凝土在青藏高原长时间风化后易剥碎,影响强度。同时块石层护坡8增加了阻挡力量。另一方面,热融滑坡滑动过程中地下冰融化后会在土体产生大量水,形成泥流。块石层护坡8中块石层空隙大,可拦截大部分土体,使得土体中的泥流疏干水分,将多余的水汇集到下部的排水渗沟流走,滑动土体含水量降低,其滑动运动的能力也将减弱。因此,块石层护坡8可对滑坡土体进行拦截,还可将滑坡泥流中的大量泥水可通过布设的排水渗沟得到汇集并排走,使得热融滑坡发生后地下冰融水以及运动泥流中的饱和水能够及时排走,避免了在路基周围形成侧向地表积水,同时排水渗沟还有利于将冻结层上水汇集,降低天然土体活动层中的含水量和地下水位,从而降低热融滑坡周围地下水位的作用。路堤和扶壁式混凝土挡墙2之间的地表径流通过梯形混凝土排水沟9排走。
综上所述,通过本发明所述系统的挡土和排水,将热融滑坡发生后产生的水分周围天然土体水分及时排走,可避免路基单侧地表积水的形成,综合解决了热融滑坡融化滑动对路堤和涵洞的掩埋破坏,以及地下冰暴露融化造成地表积水导致路基发生热融沉陷的问题,从而有效控制了路基水热热融沉陷病害的发生,达到了保护冻土路基的目的,进而维护了丘陵山区热融滑坡易发区域多年冻土区道路工程的长期稳定性。
Claims (10)
1.一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:该系统包括设在天然地基(1)上斜坡处有潜在热融滑坡发育的路堤地段坡脚外的扶壁式混凝土挡墙(2)以及设在所述天然地基(1)的路堤坡脚与所述扶壁式混凝土挡墙(2)之间的梯形混凝土排水沟(9);所述扶壁式混凝土挡墙(2)的外侧开设排水渗沟,该排水渗沟的两侧分别设有预制的无砂大孔混凝土板Ⅰ(31);所述排水渗沟的底部浇筑有混凝土底板(5),内部填充碎石(6)至沟顶面10cm处;所述碎石(6)的顶部依次铺设单向透水土工布Ⅰ(41)、粗砂层Ⅰ(71)、预制的无砂大孔混凝土板Ⅱ(32);所述无砂大孔混凝土板Ⅰ(31)与所述无砂大孔混凝土板Ⅱ(32)的外侧包裹单向透水土工布Ⅱ(42);与所述无砂大孔混凝土板Ⅱ(32)相接的所述单向透水土工布Ⅱ(42)上依次铺设粗砂层Ⅱ(72)、块石层护坡(8)。
2.如权利要求1所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:所述扶壁式混凝土挡墙(2)设在所述天然地基(1)上路堤坡脚外7.0m处,其墙顶厚度为0.4m,下部埋深为1.5m,露出地面高度为2.0m。
3.如权利要求1所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:所述排水渗沟的下底宽0.8m,坡度比1:0.75,深度0.5~1.0m。
4.如权利要求1所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:所述无砂大孔混凝土板Ⅰ(31)与所述无砂大孔混凝土板Ⅱ(32)的厚度均为10cm。
5.如权利要求1所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:所述单向透水土工布Ⅰ(41)与所述单向透水土工布Ⅱ(42)的渗透系数均为0.2~0.4cm/s。
6.如权利要求1所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:所述混凝土底板(5)的厚度为10cm,强度等级为C25。
7.如权利要求1所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:所述碎石(6)的粒径为5~10cm。
8.如权利要求1所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:所述粗砂层Ⅰ(71)的厚度为10cm;所述粗砂层Ⅱ(72)的厚度为20cm。
9.如权利要求1所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:所述块石层护坡(8)的高度为1.5m,边坡比1:1.5。
10.如权利要求1所述的一种防治高原冻土区热融滑坡的挡排系统,其特征在于:所述梯形混凝土排水沟(9)的底宽为0.3m、深度为0.5m、壁厚为0.2m。
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