CN214005699U - 一种刚性支撑和柔性支护组合的支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刚性支撑和柔性支护组合的支护结构，包括刚性支撑系统和柔性支护系统，所述刚性支撑系统为下层结构，所述柔性支护系统为上层结构，所述柔性支护系统采用柔性加筋支挡结构。本实用新型提供的刚性支撑系统+柔性支护组合结构综合利用了刚性挡土墙的支挡作用，柔性支护的协调变形的作用，透水层以及透水缓冲层的排水和减胀作用等特性，具有成本低、施工简单、防排水效率高、可以协调变形、环保性能好等显著优势，尤其适用于上部为膨胀土，下部为膨胀泥岩等二元结构的顺层路堑边坡滑坍的防治。

Description

一种刚性支撑和柔性支护组合的支护结构

技术领域

本实用新型涉及路堑顺层边坡滑坍的防治领域，尤其涉及一种刚性支撑和柔性支护组合的支护结构。

背景技术

膨胀土(岩)在世界范围内分布极广，遍及六大洲。我国是膨胀土(岩)分布最广的国家之一，先后有20多个省区发现有膨胀土(岩)，且多为海相或湖相沉积膨胀土(岩)。海相和湖相沉积膨胀土由于海(湖)水附加应力以及沉积历史的不同，往往形成上部为膨胀土，下部为沉积泥岩的地层结构。在长期的地质作用过程中，由于地壳的隆起，海(湖)相沉积膨胀土、岩往往会隆起在地球表面形成山岭丘陵地带。

近地表的浅层膨胀土是一种典型的非均匀三相介质，不仅裂隙发育，而且具有干缩湿胀特性，即：吸水时，土(岩)体膨胀、软化，强度降低；失水时，土(岩)体收缩开裂，土体结构遭到破坏。上部膨胀土受大气影响显著，土中的含水量波动和胀缩现象反复发生，导致了裂隙的扩展并向深部土层发展，使该部分土体的完整性降低，强度下降，为强风化带，属于大气显著影响区，厚度一般为2.0-3.0m，该部分土呈疏松、碎散状态，为强渗透性层。而下部的近地表膨胀泥岩由于风化以及沉积作用，在近地表的岩层中裂隙也往往比较发育，为强-弱风化带，该层泥岩呈碎裂-块裂状态，为弱渗透性层，具有相对隔水性。旱季时，地表层的膨胀土干缩开裂，裂缝深度可达2～3.0m，且往往相互贯通，雨季时，雨水沿贯通裂缝渗入，部分雨水渗入膨胀泥岩的结构面。膨胀土、岩吸水膨胀、软化，强度降低。在土岩交界面，由于膨胀泥岩的裂缝相对于膨胀土不发育，土岩的渗透性不同，常常在土岩交界面形成局部上层滞水，致使土岩界面岩土体强度相对最低。自然斜坡中，尽管雨季时土岩吸水软化强度降低，以及上部强风化带土体强度低及其土岩界面的局部滞水不利于斜坡的稳定性，但由于斜坡坡率不大以及地表植物根细的加筋作用，斜坡常处于平衡状态，雨季边坡垮塌的不良地质现象并不多见。

修筑公路、铁路，往往需要开挖高边坡，使得开挖坡面的浅表层岩土层直接暴露于大气中，坡面浅表层具有一定天然含水量的岩土层会发生失水收缩开裂现象，土岩界面的局部滞水从开挖断面流出，某些膨胀土岩二元边坡会发生滑塌现象。对于大多数二元边坡，由于上层滞水分布不大，开挖后的边坡不会立即出现滑塌现象，更为常见的是，开挖面的浅表层膨胀土、岩会发生不可逆的干缩开裂变形，常可见的是坡面发生剥落和掉块现象，干缩开裂会随时间推移进变得更为严重，严重的削弱了浅表层岩土体的抗剪强度，并为雨水从坡面入渗打开了方便之门。开挖坡面下部表层的膨胀泥岩地层的严重干缩开裂将为泥岩的湿化崩解、吸水软化，上层局部滞水的潜蚀及冲刷等提供条件。

雨季来临时，一方面，由于开挖导致裂缝增多，雨水沿坡顶和开挖坡面入渗量大增；另一方面，浅表层膨胀岩、土体吸水膨胀、软化、强度降低，除易发生坡面的冲刷破坏外，还易于在膨胀土的强风化带，膨胀土岩的交界面发生首次浅层破坏，滑坡发生时滑坡体堆积在下部膨胀岩的坡面上，形成了对下部岩体的快速加载作用，加之开挖坡脚处岩体的剪切应力最大，以及一些顺层边坡结构面土体强度低，且受到入渗雨水的软化作用，往往会引起下部膨胀泥岩的顺层剪切推移式滑坡。上部首次浅层破坏和下部膨胀岩顺层剪切推移式滑坡后，新暴露出来的膨胀岩、土，在大气干湿循坏作用下，将又发生失水干缩开裂、吸水湿化膨胀，强度降低的现象，将进一步引起膨胀岩土边坡的牵引式破坏，如不给予适当的加固和防护，这种破坏将具有长期性和反复性。

长期以来，膨胀岩土路堑边坡滑坍处治是一个比较棘手的问题，也是岩土工程界的一个重要研究课题。膨胀土(岩)“逢堑必滑，有堤必坍”使得其成为一种“难对付的土(岩)”，为此，科研工作者提出了多种多样的处治技术。总结国内外膨胀岩土堑坡的处治技术，可以将现有的处治方案分为两类，即刚性支护方案和柔性支护方案。刚性支护是指以圬工结构为主，辅以其他必要的综合处理措施相结合的处理方案。刚性支护由于所用的圬工结构有一定的重量，可抵消部分膨胀土超固结性在开挖过程中所造成的影响，对膨胀土的防护来说有一定的效果，适用于剪切应力比较大的部位。但是刚性支护不允许土体产生过大膨胀变形，当土体的膨胀变形比较大时，则会使支护产生破坏。柔性支护是指采用如化学改良、土工织物为主，辅以其它必要的综合处理措施相结合的处理方案。柔性支护的优点在于通过土工格栅界面与土的摩擦、箍筋作用限制土体的膨胀或收缩，防止大气影响深度范围内土体开裂以及雨水向土体深层渗入，从而能减小膨胀土表层的大气影响深度，同时，柔性支护结构还可以防止雨水对坡面的直接冲刷，减少雨水渗入土体引起强度的大幅度衰退，同时能有效排泄坡体内的裂隙水，保持坡体含水量的稳定，由于柔性支护它允许坡体可以产生一定的胀缩变形，因此，可吸收胀缩过程中所积蓄的能量，降低了边坡膨胀土体的膨胀势能，减少因膨胀变形而造成支护措施失效或结构破坏的可能性。但柔性结构对于膨胀泥岩顺层边坡，这种因结构面易发生不可逆过大剪切变形的失稳破坏，往往难以达到预期效果，因此，寻找有效的、经济的、环保的膨胀土、岩二元结构路堑顺层边坡滑坍的防治措施，仍然是岩土工程界的研究热点。

膨胀土、岩二元结构路堑顺层边坡滑坍的主要原因，即膨胀岩土强风化带内具有干燥收缩开裂，吸水膨胀软化、强度降低不良工程特性，开挖坡面失水开裂和降雨入渗形成的上部滞水，以及雨水和地下水入渗膨胀泥岩顺层结构面，引起结构面膨胀泥岩吸水膨胀软化、强度降低导致剪切应力增大等主要诱因。基于上述认识，对于膨胀土岩二元结构路堑顺层边坡滑坍治理工程结构设计的重点是要避免上部膨胀土因失水干缩开裂、吸水膨胀软化以及上部滞水的孔隙水压力引起的首次滑坡和下部泥岩因裂隙水引起结构面岩土强度降低、膨胀应力和剪切应力增大引起的顺层剪切推移式滑坡的发生，同时还应做好坡体内外的防排水。因此，只有设计出针对以上诱因的新型治理工程结构，才能做到高效、低成本地治理该类滑坡。

申请号为CN201310349461.5的专利中涉及一种膨胀土路堑边坡支护结构及其施工方法，尤其是一种膨胀土地区的公路、铁路路堑边坡防护领域。它包括刚性支撑系统、柔性防护系统和防排水系统三部分，所述刚性支撑系统是它包括设置在膨胀土路堑边坡坡脚挡土墙及挡墙基础；所述柔性支护系统它包括设置在膨胀土路堑边坡上的框格梁、锚杆、铺设在坡面上的柔性网状土工格栅和种植在坡面上的植被；所述防排水系统它包括设置在坡顶的截水沟或排水沟、挡土墙后的透水层、排水沟和排水沟下的排水渗沟。坡面采用柔性支护体系进行防护，相对于坡面满铺浆砌片石结构的刚性支护方法，工程造价要低20％以上，工期要缩短许多；可以有效释放膨胀土遇雨水膨胀时产生的膨胀力。但是该专利中在格梁槽开挖好后，用网状土工格栅网沿着整个坡面铺设一层网状土工格栅。该支护结构，尤其是上部的柔性防护系统无法限制坡面2.0～3.0m土体(即大气影响深度范围内土体)的干缩湿胀以及产生大量裂隙(破坏土体结构强度)，导致雨季雨水沿裂隙入渗到大气影响深度范围内土体，降低土体抗剪强度甚至会使土体出现流塑状态，致使边坡在大气影响深度范围内出现首次破坏，往往无法起到良好的支护效果。

申请号为CN200510031717.3的专利中公开了一种柔性加筋支挡结构及其施工方法，该实用新型提供的柔性支挡结构具有如下结构特征：在支挡结构的底层为透水基础层，在支挡结构与开挖面之间有透水层，该透水层与透水基础层为一体；透水基础层下开挖有渗沟；在整个支挡结构中铺设筋材，每层的筋材都超过支挡结构的宽度，反包至上一层，并与上一层的筋材连接，每层筋材用所开挖的土回填压实。该专利的柔性支挡结构对于顺层岩质边坡，这种因结构面易发生不可逆过大剪切变形的失稳破坏，往往难以达到预期效果。因此，本实用新型将柔性加筋支挡结构与刚性支撑系统结合，使支护结构在2.0～3.0m的大气影响深度时能起到良好的支护效果，尤其适用于上部为膨胀土，下部为膨胀泥岩的二元结构。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种刚性支撑和柔性支护组合的支护结构，能对膨胀土岩二元边坡起到结合支挡和综合防护双重功能。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种刚性支撑和柔性支护组合的支护结构，包括刚性支撑系统和柔性支护系统，所述刚性支撑系统为下层结构，所述柔性支护系统为上层结构，所述柔性支护系统采用柔性加筋支挡结构。

进一步地，所述刚性支撑系统设置于膨胀泥岩外侧，所述柔性支护系统设置于膨胀土外侧。上部的膨胀土由所述柔性支护系统进行支挡，刚性支撑系统的重力来平衡下部膨胀泥岩的剪切应力。

进一步地，所述柔性支护系统包括底层的透水层，透水层的底部设有第一盲沟管，所述透水层上方铺设多层筋材，每层所述筋材用土回填压实，相邻所述筋材之间相互连接，所述柔性支护系统表层为两布一膜，所述两布一膜表面铺设有耕植土。所述柔性支护系统具有协调胀缩变形、防排水功能。所述柔性支护系统表层采用两布一膜进行防渗处理，边坡及顶部上铺50cm以上的耕植土对土工格栅进行保护，实现防水和保护(防止筋材老化)的功效。透水层具有减胀和排水功能。回填可以采用开挖坡面的膨胀土(岩)为填料。

进一步地，为了加强筋材之间的连接稳定性，所述筋材都超过所述柔性支护系统的宽度，反包至上一层，并与上一层的所述筋材连接。

进一步地，所述耕植土边缘设置有截水沟。

进一步地，为了防止泥土堵塞，所述第一盲沟管利用两布一膜包裹。

进一步地，所述刚性支撑系统从底层到表层依次包括透水缓冲层和刚性挡土墙，所述透水缓冲层底部设置有第二盲沟管，所述第二盲沟管利用两布一膜包裹。采用刚性挡土墙(浆砌片石或浇筑混凝土)可以对坡脚剪切应力进行有效支挡，通过透水缓冲层的缓冲变形可以释放部分膨胀压力，有效减小刚性挡土墙(浆砌片石或浇筑混凝土)的墙背推力，此外，墙背土体内的水可以通过透水缓冲层汇集到第二盲沟管，统一纵向排出。为了达到透水、缓冲的目的，透水缓冲层材料可以采用碎石、石渣、石屑等，且为了便于施工，建议透水缓冲层宽度为1m左右。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型提供了一种刚性支撑系统+柔性支护的组合结构，柔性支护采用柔性加筋支挡结构，本实用新型在2.0～3.0m的大气影响深度时能起到良好的支护效果，尤其适用于对底部是膨胀泥岩，上部是膨胀土或者下部是炭质泥岩，上部是炭质泥岩风化残积土的二元结构路堑顺层边坡滑坍综合防治。

本实用新型综合利用了刚性挡土墙的重力来平衡下部膨胀泥岩的剪切应力，以及柔性支护的可变形特性来释放膨胀土开挖边坡大部分应力和膨胀及收缩应力，并结合透水缓冲层，通过透水缓冲层的缓冲变形释放部分膨胀压力，有效减小刚性重力式挡土墙的墙背推力，且可以汇集墙背土体内的水纵向排出，从而保持坡体含水量的稳定。具有成本低、施工简单、防排水效率高、环保性好等显著优势。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面根据本申报的专利技术在广西宁明地区完成的几个土、岩二元边坡路堑滑坡的成功防治实践，结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

参见图1，一种刚性支撑和柔性支护组合的支护结构由下部的重力式刚性挡土墙9、透水缓冲层8、第二盲沟管10和上部的土工格栅加筋土11、透水层1以及第一盲沟管2和坡面截水沟6、表层耕植土5共同组成的边坡综合支护结构。第一盲沟管2和第二盲沟管10所在的盲沟采用两布一膜4包裹防止泥土堵塞，在土工格栅加筋土11和耕植土5之间采用两布一膜4进行分隔防渗。具体结构可按如下步骤进行施工：

(1)开挖边坡至设计部位；

(2)按设计修筑截水沟6；

(3)刚性重力式刚性挡土墙9(浆砌片石或浇筑混凝土)修筑：①根据设计要求开挖，至刚性重力式挡土墙基础部位、并处理和检测至合格；②修筑刚性重力式刚性挡土墙9；③养护刚性重力式挡土墙至设计强度80％以上；④开挖盲沟，并在底部和两侧按设计铺设两布一膜4作为隔水材料，在其下部铺设包裹土工布的软式第二盲沟管10，并填筑碎石；⑤在刚性重力式挡土墙后及开挖坡面间填筑透水性材料形成透水缓冲层8，每填筑25cm厚，采用蛙跳式夯机一次；⑥重复步骤⑤至设计高程；

(4)柔性加筋支挡结构层的修筑：①在设计部位开挖盲沟；②在底部和两侧按设计铺设两布一膜4作为隔水材料，在其下部铺设包裹土工布的软式第一盲沟管2，并填筑碎石，同时在开挖坡面的表面铺设不少于50cm厚的碎石层，进而形成透水层1；③筋材3采用土工格栅，土工格栅筋材平铺长度不小于350cm，铺设第一层土工格栅，土工格栅预留反包至连接所需长度，采用U型钉7固定；④在铺设的土工格栅上分两层填筑并碾压膨胀土(岩)，按设计坡率进行修坡并进行反包；⑤铺设第二层土工格栅，土工格栅预留反包至连接所需长度，将第一层土工格栅反包部分与第二层土工格栅用连接棒连接，采用U型钉7固定；⑥在铺设的第二层土工格栅上部分两层填筑并碾压膨胀土(岩)，按设计坡率进行修坡并进行反包；⑦重复步骤⑤⑥至设计高程，土体内的水可以通过透水层1汇集到第一盲沟管2，统一纵向排出，从而保持坡体含水量的稳定；

(5)在土工格栅柔性支护顶部铺设两布一膜4土工材料至截水沟6边缘部位，并在其上部以及土工格栅柔性支护坡面上培植厚于50cm的耕植土，用于防治土工格栅和两布一膜材料的老化；

(6)按常规在培植的耕植土上绿化。

本实用新型通过将刚性挡土墙结构与柔性加筋支挡结构相结合，形成一种柔性加筋支挡结构(具有内排水、外防渗、既可变形的、能有效保证土体含水量不发生大的变化，可释放开挖边坡大部分应力和膨胀力)+刚性挡土墙结构(具有内排水、外防渗、可缓冲膨胀压力、能有效保证土体含水量不发生大的变化，具有缓冲膨胀应力增大、抵挡剪切变形破坏能力)的组合结构。

本实用新型打破传统的单一刚性支挡结构和单一的柔性防护思路，采用“刚柔相济”的思想，既可以防止上部膨胀土边坡的首次浅层牵引式破坏，又可以预防下部膨胀泥岩的顺层剪切推移式滑坡。以达到结合支挡和综合防护双重功能。本实用新型将透水缓冲层融合到刚性挡土墙的支挡结构内，形成既可以释放部分膨胀压力，又可以平衡较大剪切应力，防止较大剪切变形的支挡体；利用土工格栅加筋和包裹膨胀土(岩)体形成柔性支护，可以改善膨胀土表层的大气影响深度，防止雨水对坡面的直接冲刷，减少雨水渗入土体引起强度的大幅度衰退，同时能有效排泄坡体内的裂隙水，保持坡体含水量的稳定，由于柔性支护它允许坡体可以产生一定的胀缩变形，因此，可吸收胀缩过程中所积蓄的能量，降低了边坡超固结性所产生的膨胀力，减少因胀缩变形而造成支护措施失效或结构破坏的可能性。

Claims (5)

1.一种刚性支撑和柔性支护组合的支护结构，包括刚性支撑系统和柔性支护系统，所述刚性支撑系统为下层结构，所述柔性支护系统为上层结构，其特征在于，所述柔性支护系统采用柔性加筋支挡结构；

所述刚性支撑系统设置于膨胀泥岩外侧，所述柔性支护系统设置于膨胀土外侧；

所述刚性支撑系统从底层到表层依次包括透水缓冲层(8)和刚性挡土墙(9)，所述透水缓冲层(8)底部设置有第二盲沟管(10)，所述第二盲沟管(10)利用两布一膜(4)包裹。

2.根据权利要求1所述的支护结构，其特征在于，所述柔性支护系统包括底层的透水层(1)，透水层(1)的底部设有第一盲沟管(2)，所述透水层(1)上方铺设多层筋材(3)，每层所述筋材(3)用土回填压实，相邻所述筋材(3)之间相互连接，所述柔性支护系统表层为两布一膜(4)，所述两布一膜(4)表面铺设有耕植土(5)。

3.根据权利要求2所述的支护结构，其特征在于，所述筋材(3)都超过所述柔性支护系统的宽度，反包至上一层，并与上一层的所述筋材(3)连接。

4.根据权利要求2所述的支护结构，其特征在于，所述耕植土(5)边缘设置有截水沟(6)。

5.根据权利要求2所述的支护结构，其特征在于，所述第一盲沟管(2)利用两布一膜(4)包裹。

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