CN217679174U - 一种膨胀土边坡柔性生态支护结构 - Google Patents

Abstract

一种膨胀土边坡柔性生态支护结构，包括植被保护垫、锚杆、U形钉、截/排水沟和护坡植被，所述植被保护垫平铺在膨胀土边坡表面且与土体互相贴合，其边缘部分埋入所述截/排水沟底部，所述锚杆按矩形布置在所述植被保护垫的网格内，所述U形钉用于固定锚杆与锚杆之间及截/排水沟边缘处的植被保护垫，所述截/排水沟底部固定所述植被保护垫，上部按设计深度制作截/排水沟，最终并入排水系统，所述截/排水沟设置在边坡防护外缘，所述护坡植被密集种植在所述植被保护垫的三维网格空间内。采用本实用新型能够实现较缓膨胀土边坡的表层防护，提高边坡的整体稳定性，长期治理效果好。

Description

一种膨胀土边坡柔性生态支护结构

技术领域

本实用新型属于岩土工程领域，涉及一种膨胀土边坡柔性生态支护结构，用于综合保证膨胀土缓坡表层防护和整体稳定的柔性生态支护的技术。

背景技术

膨胀土是富含蒙脱石的特殊粘性土，易遇水膨胀、失水收缩，具有显著的胀缩性和裂隙性。膨胀土反复膨胀或收缩一方面使土体结构趋于松散，强度发生衰减，另一方面也诱使裂隙产生和发育。而裂隙的产生和发展既削弱了土体的整体性，又使得土体的入渗通道增加，导致裂隙发育深度的土体吸水软化，基质吸力丧失，强度急剧下降，而裂隙延伸深度以下的土体仍然保持较低的渗透性，雨水难以入渗，往往积聚于裂隙内，并在浅层形成饱和带，最终导致边坡整体破坏。针对膨胀土边坡浅表层破坏发展了一些支护措施，目前主要的支护措施有刚性支护、柔性支护和生态护坡技术。

刚性支护结构的延展性较差，不允许被支护体产生较大的变形，而膨胀土反复胀缩会使刚性支护结构产生较大变形，容易导致刚性支护结构破坏，影响边坡支护效果。柔性支护结构延展性较好，允许膨胀土产生一定的变形，实现“以柔治胀”，保证边坡稳定。然而现有柔性支护技术如土工格栅、土工袋等存在施工工序复杂、后期维护费用高、耐久性不良、长期支护效果不理想等问题。此外，上述两种支护方法仍会造成膨胀土边坡表层水土流失，坡面防护和生态治理效果差强人意。

生态护坡技术是主要由植物或工程和植物组成的护坡技术。其特点是利用植物与土体的根系锚固作用对边坡表层进行防护，既满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境。目前，膨胀土边坡的生态护坡技术也存在一些缺点：土工织物与植被结合不牢靠，土体容易被冲蚀或冲走，后期维护成本较高等问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提出一种膨胀土边坡柔性生态支护结构(简称ARVS系统)，能够有效减少水土流失、防护坡面侵蚀，保护生态环境，同时实现膨胀土边坡表层防护，保证边坡整体稳定。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种膨胀土边坡柔性生态支护结构，包括植被保护垫、锚杆、U形钉、截/排水沟和护坡植被，所述植被保护垫平铺在膨胀土边坡表面且与土体互相贴合，其边缘部分埋入所述截/排水沟底部，所述锚杆按矩形布置在所述植被保护垫的网格内；所述U形钉用于固定锚杆与锚杆之间及截/排水沟边缘处的植被保护垫；所述截/排水沟底部固定所述植被保护垫，上部按设计深度制作截/排水沟，最终并入排水系统，所述截/排水沟设置在边坡防护外缘；所述护坡植被密集种植在所述植被保护垫的三维网格空间内。

所述植被保护垫具有规律性波浪形起伏的粗糙表面，至少具有30％以上的网孔空间，所述植被保护垫弹性阶段的纵、横向伸长率均应小于1％，纵、横向断裂伸长率差别不超10％，所述植被保护垫与保护垫相连处至少重叠150mm，重叠部分由所述U形钉固定，所述植被保护垫的纵、横向设计抗拉强度需经拟合公式计算得出，所述植被保护垫包括长纤维的尼龙丝缠绕高韧性聚酯土工格栅、或由韧性聚酯丝线编织而成的具周期性凹凸起伏的密网，但不限于上述两种，凡是满足植被保护垫使用要求的都应包括在内。

所述锚杆包括杆体、锚垫板和标准螺母，所述杆体外露端设有标准螺纹，所述锚垫板为厚度大于10mm的钢板，结合标准螺母固定所述杆体，并固定所述植被保护垫于边坡坡面，所述锚垫板和标准螺母外层均涂有防锈层，所述杆体采用螺纹钢筋，所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构的锚杆设计时需考虑所述植被保护垫传递的拉力。

所述截/排水沟的开挖深度超过常规截/排水沟设计深度20cm以上。

所述锚杆间距为1～2m，锚杆倾角为15°～25°，锚杆深度超过当地膨胀土边坡滑动面、或膨胀土边坡大气急剧影响深度1m以上。

所述U形钉至少有30cm的锚固长度。

本实用新型的突出优点在于：

1、植被保护垫承担固土防冲刷和受力双重功能，植被保护垫凹凸起伏的表面，增大了坡面的粗糙程度，结合护坡植被茎叶可以减弱雨水的冲击，减小径流量，从而有效地抵御雨水对表层土体的侵蚀，同时又允许膨胀土产生一定变形，承担膨胀土变形对植被保护垫产生的拉力。

2、植被保护垫和护坡植被根系结合，在膨胀土缓边坡表层组成复合加筋层，增强土体的抗剪强度，发挥较强的固土和加筋防护作用，减少水土流失，生态环保作用显著。植被保护垫、护坡植被根系和表层膨胀土紧密缠绕，既能有效地防止表层土体溜坍、滑塌，又允许膨胀土产生一定变形，释放膨胀力，减弱了膨胀土膨胀变形的危害，此外还能限制膨胀土边坡裂隙的发育，阻止大气影响深度向土体深处发展。

3、锚杆与植被保护垫、护坡植被、边坡土体连成一个整体，增强边坡的整体稳定性，实现膨胀土边坡的整体防护，其中锚杆除了承受膨胀土施加的力，还会受到植被保护垫传来的拉力，设计时应予以考虑。此外，所述截/排水沟上部制作常规截/排水沟，用于拦截和排除坡顶、坡面的雨水，防止雨水冲刷坡面和渗入坡体内，减弱膨胀土遇水膨胀变形的危害；底部用于锚固植被保护垫，防止植被保护垫发生滑移。

4、植被保护垫采用的材料是难降解的高韧性聚酯材料，耐腐蚀，耐久性好，可实现长期防护，锚杆体系的长期锚固性能牢靠，护坡植被具有优良的再生能力，均可实现长期设计寿命，能满足膨胀土边坡工程长期防护要求。

5、整体结构简单，安装便捷、后期维护简单；结构的各零件质量较轻、均可大批量生产、生产成本低，有着较大的经济效益和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构布置示意图。

图2为本实用新型所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构的锚杆结构示意图。

图3为本实用新型所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构的截/排水沟结构示意图。

图中标记为：植被保护垫1、U形钉2、锚杆3、杆体4、锚垫板5、标准螺母6、水泥砂浆7、截水沟8、排水沟9、护坡植被10、回填土11、边坡坡面12、膨胀土13。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。

实施例1

如图1至图3所示，本实用新型所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，包括植被保护垫1、U形钉2、锚杆3、截水沟8、排水沟9和护坡植被10。具体结构为：

所述植被保护垫1具备凹凸起伏的粗糙表面、充足的网孔空间，平铺在边坡坡面13上，保证护坡植被10生长发育；所述植被保护垫1与保护垫1相连处至少重叠150mm，重叠部分由所述U形钉2固定；所述植被保护垫1抗拉强度高、有一定延展性，既允许坡面膨胀土产生一定变形，释放膨胀力，又能限制坡面裂隙的发育。所述锚杆3包括杆体4、锚垫板5和标准螺母6。所述杆体4外露端设有标准螺纹，埋入边坡部分全部灌注水泥砂浆，使锚杆与周围膨胀土体连结成整体；所述锚垫板5紧贴植被保护垫1，结合标准螺母6固定所述杆体4，并固定所述植被保护垫1于边坡坡面，使得所述锚杆3和植被保护垫1结合成牢靠的防护结构。护坡植被10种植在植被保护垫1的网孔内，待植被根系达到一定长度后，可与植被保护垫1相互缠绕形成加筋层。所述截水沟8和排水沟9的开挖深度超过常规截/排水沟设计深度20cm以上，其底部用于固定所述植被保护垫1，并回填土体11至设计深度压实，上部按设计深度制作常规截/排水沟。

实施例2

本实用新型所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构的施工方法，包括如下步骤：

(1)平整坡面，铺耕植土。清除膨胀土边坡坡面12的岩石、土块、杂草等物体，使边坡坡面12平整。平整坡面后，在坡面上平铺一层5cm左右的耕植土。

(2)测量放线、钻孔、清孔、安插锚杆杆体4、灌注水泥砂浆7。所述锚杆3按照矩阵型进行布置，锚杆3间距为1～2m，锚孔倾角为15°～25°，锚杆3深度比当地膨胀土边坡滑动面或者膨胀土边坡大气急剧影响深度大1m以上，所述锚杆3设计时需考虑所述植被保护垫1传递的拉力，确定方法如下：

植被保护垫1受膨胀土膨胀延展呈弧线，其与原始边坡坡面12的夹角为θ，则植被保护垫1传递给所述锚杆3的拉力F_a为：

F_a＝F_h/2·sinθ

F_h为植被保护垫所受拉力，θ为植被保护垫所呈弧形与原始坡面的夹角；

(3)开挖所述截/排水沟，铺设植被保护垫。在边坡防护外缘开挖所述截水沟8和排水沟9，所述截水沟8和排水沟9的底层预留至少20cm的深度用于固定所述植被保护垫1，并回填土体11至设计深度压实，上部按设计深度制作截/排水沟，最终并入排水系统。上述工作完成后，紧贴边坡土体铺设植被保护垫1，相邻保护垫与保护垫之间至少重叠150mm，由U形钉2固定1，所述植被保护垫纵向和横向设计抗拉强度的确定方法以下，

植被保护垫平铺紧贴坡面，允许膨胀土发生一定变形，膨胀土的变形量也就是植被保护垫的变形量，植被保护垫承受土体的膨胀力之后，传递给两端锚杆，膨胀力视为各位置大小不同的分布荷载，因此植被保护垫的受力视为受分布荷载的简支梁。植被保护垫柔韧性高，受分布荷载后呈弧形，靠近锚杆固定端的挠度小，中部的挠度大。膨胀土吸水膨胀时，假设植被保护垫受土体膨胀力延展后的挠度表达式为y(x)，该表达式可通过试验得出，

应用求弧线长度的积分公式求得植被保护垫伸长后的长度l_s、伸长量△l为：

Δl＝l_s-l

则植被保护垫所受拉力F_h为：

y(x)为膨胀后植被保护垫的挠度表达式，x为植被保护垫所呈弧形上任一点至锚杆中心的投影距离(m)，a、b为植被保护垫伸长的范围，l为植被保护垫初始长度，A为植被保护垫的截面面积(m²)，E为植被保护垫的弹性模量(Pa)；

所述植被保护垫纵向和横向设计抗拉强度需大于或等于F_h；

假设植被保护垫伸长距离为l＝2m，植被保护垫的弹性模量E为2GPa，植被保护垫的厚度为4mm，则取0.1m计算，植被保护垫截面积为A＝0.0004m²，假设某弱膨胀潜势膨胀土吸水膨胀时，植被保护垫的挠度表达式为y(x)：

y(x)＝-0.125x²+0.250x+7.857×10^-4

此时植被保护垫伸长后的长度l_s、伸长量△l为：

Δl＝l_s-l＝0.0206m

则植被保护垫所受拉力F_h为：

取x＝1m，计算得植被保护垫所呈弧线与原始坡面的夹角θ＝7.17°，植被保护垫传递给所述锚杆的拉力F_a为：

F_a＝F_h/2·sinθ＝514.23N

(4)固定杆体和植被保护垫，填充植被保护垫空隙。安装锚垫板5，使锚垫板5紧贴植被保护垫1，用标准螺母6固定；铺设完成后，把植被保护垫1表层耕植土摊铺均匀，填充空隙。

(5)种植护坡植被。选用当地根系生长能力强、抗逆性好且可以在膨胀土边坡批量人工种植的护坡植被10。在步骤四施工完成后，在膨胀土边坡上洒水湿润耕植土，进行护坡植被种子均匀喷植施工；喷植施工完成后进行养护，喷植完成一天后在基材表面加盖透明的塑料膜，保湿保温养护，提高植物种子的出芽率，同时可以避免雨水入渗引起膨胀土裂隙发育，避免植被的根系还未发育完成即被破坏。待草长至3cm高，移去薄膜，最后还需进行一定周期的洒水、施肥等。

本实用新型的具体实施方式详述，可供岩土工程专业的技术人员理解本实用新型，但本实用新型不限于该具体实施方式的范围，对岩土工程的技术人员来讲，各种变化所附的权利要求和确定的本实用新型的精神和范围内，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征在于，包括植被保护垫、锚杆、U形钉、截/排水沟和护坡植被，所述植被保护垫平铺在膨胀土边坡表面且与土体互相贴合，其边缘部分埋入所述截/排水沟底部，所述锚杆按矩形布置在所述植被保护垫的网格内，所述U形钉用于固定锚杆与锚杆之间及所述截/排水沟边缘处的植被保护垫，所述截/排水沟底部固定所述植被保护垫，上部按设计深度制作截/排水沟，截/排水沟与排水系统连接，所述截/排水沟设置在边坡防护外缘，所述护坡植被密集种植在所述植被保护垫的三维网格空间内。

2.根据权利要求1所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征是，所述植被保护垫具有波浪形的粗糙表面。

3.根据权利要求1所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征是，所述植被保护垫为长纤维的尼龙丝缠绕高韧性聚酯土工格栅、或由韧性聚酯丝线编织而成的具有周期性凹凸起伏的密网。

4.根据权利要求1所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征是，所述植被保护垫至少具有30％以上的网孔空间。

5.根据权利要求1所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征是，所述植被保护垫纵、横向伸长率小于1％，纵、横向断裂伸长率差别不超过10％。

6.根据权利要求1所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征是，所述植被保护垫与保护垫相连处至少重叠150mm，重叠部分用所述U形钉固定。

7.根据权利要求1所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征是，所述锚杆包括杆体、锚垫板和标准螺母，所述杆体外露端设有标准螺纹，所述锚垫板为厚度大于10mm的钢板，结合标准螺母固定所述杆体，并固定所述植被保护垫于边坡坡面。

8.根据权利要求7所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征是，所述锚垫板和标准螺母外层均涂有防锈层，所述杆体采用螺纹钢筋。

9.根据权利要求1所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征是，所述锚杆间距为1～2m，锚杆倾角为15°～25°，锚杆深度超过膨胀土边坡滑动面、或膨胀土边坡深度1m以上。

10.根据权利要求1所述的膨胀土边坡柔性生态支护结构，其特征是，所述U形钉至少有30cm的锚固长度。

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