CN218204453U - 一种智能化膨胀土边坡防护结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能化膨胀土边坡防护结构，旨在检测膨胀土膨胀程度以及避免膨胀土过于膨胀引发滑坡等地质灾害，造成人员和经济损失，在我国多数省份和地区上凡是遇到需要设置路线的地界都需要对边坡膨胀土进行检测和控制。本专利包括位于坡脚处格宾石笼防护、智能监测站、砂桩、复合截排水沟、支挡结构检测系统、太阳能和风力复合供电系统、锚喷混凝土层，采用石笼防护防止膨胀土向路面方向侧移破坏路面，同时设置支挡结构检测系统检测对于坡角处位移应力进行检测，通过太阳能和风力复合供电系统对智能监测站进行多方位供能，保证智能监测站对膨胀土的膨胀量和膨胀力进行长久稳定地检测。
Description
技术领域
本专利申请一种智能化的膨胀土边坡防护，因为膨胀土边坡容易在降水较多的地区极易膨胀破坏，具体适应于膨胀土边坡的监测和保护，属于土木工程领域。
背景技术
膨胀土广泛分布于中国云南、贵州、四川、广西、河北、河南、湖北、陕西、安徽和江苏等地，均有不同范围的分布，它亦称“涨缩性土”，因为浸水后体积会剧烈收缩，失水后体积显著收缩的黏性土，因为土中含有大量的蒙脱石、伊利石和黏土矿物，具有较高的亲水性，如果膨胀土所在边坡地区如果降水量较高或者地下水较高时，高天然含水率会让膨胀土浸水后膨胀量和膨胀力均较小，而失水后的收缩量与收缩力很大，所以某些天然孔隙比愈大时，膨胀量与膨胀力越小，收缩量与收缩力则大些。这类土对建筑物会造成严重危害，但在天然状态下强度一般较高，压缩性低，易被误认为是较好的土边坡，为此，我们提出一种智能化边坡防护结构。
实用新型内容
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：专利选择对于膨胀土边坡坡脚和坡顶进行监测，对于坡脚处应用土压力盒和斜侧管对坡脚处的主动土压力和转动位移进行监测，对于坡顶处设置智能监测结构对于传感器传来的坡体内部的膨胀力的大小进行监测，通过太阳能和风能两种发电系统对智能监测系统进行供电。对于预防水对膨胀土边坡产生的破坏作用，在坡体中上部设置截排水沟，将降水快速拦截避免雨水入渗坡体，并设置砂桩挤密土坡增强排水功能，在坡体表面锚喷混凝土层也可以大幅度降低雨水和膨胀土边坡表面的直接接触。
其包括石笼防护、土压力盒、斜侧管、智能监测站、砂桩、复合截排水沟、支挡结构检测系统、太阳能和风力复合供电系统、锚喷混凝土层、边坡；石笼防护放置在边坡的坡角处；所述智能监测站设置在边坡上部，砂桩伸入到边坡内部。
所述智能监测站中包括传感器、雨量针、高智能裂缝宽度仪、数据采集板、智能传输控制终端、电力系统、预警系统，利用传感器检测边坡内部膨胀力的变化，将膨胀力传输到数据收集板内利用控制器进行处理，通过设定阈值让报警装置检测膨胀力变化；
复合截排水沟设置在边坡的坡中偏上位置上，其包括截水沟和排水沟，截水沟和排水沟之间通过格挡相连，格挡分设连接空隙，排水沟隔段设置坡道将水流引导排除。
所述土压力盒和斜侧管组成支挡结构检测系统，土压力盒和斜侧管分别检测膨胀土边坡坡脚处的压力和转动位移。
所述太阳能和风力复合供电共有两套独立发电模块，分别为风电供电模块、太阳能供电模块，两套独立发电模块可独立工作，将电能储存在控制系统的储能装置中，为整个系统提供电能。
所述锚喷混凝土层的锚喷混凝土厚度为50-70mm。
所述支挡结构检测系统检测对坡角处位移应力进行检测。
本专利的特点在于设置膨胀土边坡坡脚出应力应变的检测和边坡坡中膨胀土膨胀力和膨胀量的检测，且对膨胀土破坏进行控制。
在边坡上，对于坡角处进行防护和监测，将石笼防护放置在坡角处抵挡膨胀土边坡坡脚处的应力和应变。
智能监测站可以设置于膨胀土边坡坡中，智能监测站中包括传感器、雨量针、高智能裂缝宽度仪、数据采集板、智能传输控制终端、电力系统、预警系统，利用传感器检测坡体内部膨胀力的变化，将膨胀力传输到数据收集板内利用控制器进行处理，通过设定阈值让报警装置检测膨胀力变化，做到充分保证监测和报警功能。
本专利采用砂桩是应用软弱地基处理方式中的一种，作为散体桩复合地基，本专利为了应对膨胀土遇水膨胀采用砂桩增强边坡密实性，其特征在于砂桩可以和膨胀土复合成稳定土层，提高边坡土强度。
复合截排水沟采用截排水同时进行，设置于边坡坡中偏上位置，引导降水先到截水沟中，截水沟和排水沟之间通过格挡相连，格挡分设连接空隙，排水沟隔段设置坡道将水流引导排除。
支挡结构检测系统由土压力盒和斜侧管组成，利用土压力盒和斜侧管分别检测膨胀土边坡坡脚处的压力和转动位移，判断实测压力大小和坡脚是否发生转动发生越过石笼的滑坡灾害。
太阳能和风力复合供电，所述供电系统共有两套独立发电模块，分别为风电供电模块、太阳能供电模块，两套独立发电模块可独立工作，将电能储存在控制系统的储能装置中，为整个系统提供电能。
锚喷混凝土层，根据可选择的锚喷混凝土厚度为50mm-70mm，避免水分直接作用于膨胀土边坡上。
有益效果：
本专利为了保证膨胀土边坡稳定性涉及到了一种新型的结构，旨在检测膨胀土膨胀程度以及避免膨胀土过于膨胀引发滑坡等地质灾害，造成人员和经济损失，在我国多数省份和地区上凡是遇到需要设置路线的地界都需要对边坡膨胀土进行检测和控制。本专利包括位于坡脚处格宾石笼防护、智能监测站、砂桩、复合截排水沟、支挡结构检测系统、太阳能和风力复合供电系统、锚喷混凝土层，采用石笼防护防止膨胀土向路面方向侧移破坏路面，同时设置支挡结构检测系统检测对于坡角处位移应力进行检测，通过太阳能和风力复合供电系统对智能监测站进行多方位供能，保证智能监测站对膨胀土的膨胀量和膨胀力进行长久稳定地检测。
附图说明
附图1为本实用新型结构图
附图2为智能监测站内部分类图
附图3为复合截排水沟结构图
具体实施方式
结合附图进行描述，本专利其包括石笼防护1、土压力盒2、斜侧管3、智能监测站8、砂桩4、复合截排水沟6、支挡结构检测系统、太阳能和风力复合供电系统7、锚喷混凝土层5、边坡9；石笼防护1 放置在边坡9的坡角处；所述智能监测站8设置在边坡9上部，砂桩 4伸入到边坡9内部。
所述智能监测站8中包括传感器、雨量针、高智能裂缝宽度仪、数据采集板、智能传输控制终端、电力系统、预警系统，利用传感器检测边坡9内部膨胀力的变化，将膨胀力传输到数据收集板内利用控制器进行处理，通过设定阈值让报警装置检测膨胀力变化；
复合截排水沟6设置在边坡9的坡中偏上位置上，其包括截水沟和排水沟，截水沟和排水沟之间通过格挡相连，格挡分设连接空隙，排水沟隔段设置坡道将水流引导排除。
所述土压力盒2和斜侧管3组成支挡结构检测系统，土压力盒2 和斜侧管3分别检测膨胀土边坡坡脚处的压力和转动位移。
所述太阳能和风力复合供电7共有两套独立发电模块，分别为风电供电模块、太阳能供电模块，两套独立发电模块可独立工作，将电能储存在控制系统的储能装置中，为整个系统提供电能。
所述锚喷混凝土层5的锚喷混凝土厚度为50-70mm。
所述支挡结构检测系统检测对坡角处位移应力进行检测。
在坡脚处铺设石笼防护，格宾石笼网箱组装：
(1)间隔网应与网身相交成90°，将其绑扎形成长方形网箱组或网箱形式。
(2)绑扎线须采用与网线同材质的钢丝。
(3)绑扎时，应采用绞紧的双股线。
(4)网格箱与网格箱组的网片绑扎时的绑扎道数应该满足以下几点要求：
a)网身与间隔网的四处交角须各绑扎一道；
b)网身与间隔网交接处须每隔25cm绑扎一道；
c)网身与间隔网间的相邻框线须采用组合线联结，也就是用绑扎线一孔绕一圈接一孔绕二圈呈螺旋状穿孔绞绕联结。
(5)网箱组间连接绑扎时应满足以下几点要求：
a)相邻网箱组的上下四角各绑扎一道；
b)相邻网箱组的上下框线、折线须每隔25cm绑扎一道；
c)相邻网箱组的网片结合面须每平方米绑扎2处；
d)在绑扎相邻边框线下角一道时，如果下方有网箱组，必须将下方网箱一并绑扎，将其连成一体。
(6)裸露部位的网片应在每次箱内填充石料达到1/3高后设置拉筋线，使其呈八字形，向内拉紧固定。
石料装填：
(1)填充料容重应达1.70t/m3。
(2)充填料施工时，每层填筑料厚度不得超过30cm，通常1m 高的网箱须分四次投料。
(3)顶面填充石料应该高于网箱，紧密坚实，并用小碎石将空隙填充。
(4)应该同时向同一层的网箱中投放填充料，严禁一次性将单个网格填满。
(5)裸露的填充料应该采用人工或机械的方式夯实整平，石料间应该相互搭接。
封闭笼盖：
(1)封盖前，顶部石料需砌垒平整。
(2)封盖时，需将每端相邻的结点用夹子固定，然后进行绑扎。
(3)封盖与网箱边框相交线处需每隔25cm绑扎一道。
(4)一层网箱施工完成后，应将墙后填料填至于网箱齐平，再叠砌上面一层网箱。
坡面绿化：
(1)网箱封盖后，土壤应填满箱体中的空隙，顶部填土高度约 5cm。
(2)选择植被草种或灌木品种，应该满足景观要求及当地土壤、气候条件。
(3)应该根据草种、灌木等植物的特性，加强植被和灌木的后期养护措施。
可选择的智能监测站(附图2)由力传感器、雨量针、高智能裂缝宽度仪、数据采集板、智能传输控制终端、电力系统、预警系统七个部分组成。
可选择的力传感器需要设置在膨胀土边坡不同深度处，每隔三米设置两个进行数据对照，可选择压力传感器来监测土体内部土体膨胀力的大小，主要监测最上层传感器的压力值，及时将压力值传到数据采集板，并由数据采集板记录。在距离合适且满足施工条件的情况下可以在智能监测站下部铺设光纤可以满足人员远程视频监控实时地质情况。
可选择的智能型雨量计:①分辨力:0.1mm；②降雨强度测量围:0.01～8mm/min(毫米/分)；③测量准确度(在0.01～8mm/min雨强围):降水量<10mm，测量误差:+0.2mm；降水量210mm，测量误差:+(0.2mm+1％F.S)；④输出信号:RS-485接口，输出实时累计降雨量、雨量编码器真值、相关报警信号；⑤雨量计本机存储记录容量:大于 3000mm或大于1.5年。
可选择的高智能裂缝宽度仪:量程200mm,分辨率0.01mm,精度 0.1mm,工作温度为-20～80℃。
可选择的数据采集板，由集成电路板、电池、数据接头构成，最优选择电池可以替换为风能太阳能供电系统供电，数据接头要与传感器紧密接触，最优选择接头需要设置保护盒防止土中腐蚀性物质对其的损害，集成电路板会储存一定时间内的压力值，它同时具有运算、数据传输、供电、和数据储存几个功能。
智能传输控制终端可以采用廉价的GPRS系统为无线传输通道，对大范围的膨胀土边坡进行廉价、不受时间空间控制的监测。它包括需要具备通信模块、定位模块、电源模块和显示模块组成,所述定位模块、通信模块集成为天线模块，同时具备下载、导入、导出、查询、删除、反馈等功能，将由数据采集板收集的信息进行完全的自主控制，让数据和信息可以自动化处理上传。
可选择的在此处通信模块可以连接控制室，将实时边坡情况上报，所具备的定位模块也可让应急抢险人员迅速查询灾害地址。
电路系统需要与供电系统相互连接，由风能与太阳能共同供电系统供能给电力系统，主要包括电路、开关等，由智能传输控制终端控制。
预警系统包括预警设置:提供自动预警和手动预警方式，预警中心可提供短信和预警。自动预警:各站点可按照参数标准自定义设置预警参数，对达到预警标准的站点执行自动预警操作，向所设置的相关用户发出短信或预警信息。手动预警:管理人员可以按照操作步骤手动操作预警流程，发布预警信息。
可选择的砂桩为30cm砂桩，采用冲击成桩法打桩，于截排水沟旁边处和膨胀土边坡坡脚上部设置砂桩，保证截排水沟周围排水解压也对坡脚起挤密作用。利用柴油打桩机将砂桩打入膨胀土层中，用内管道夯击实砂填料，可选择的采用单管法和逐步拔管法，利用振动和锤击打桩机将钢桩入土成孔，之后在向桩管中灌砂，停滞几秒后边振动边拔起桩管，到达一定的高度后停止振动，补充填料，重复进行指导管桩拔出地面即成。本专利选用排水砂桩增加孔隙水的渗透途径，其特征在于，缩短排水距离，同时也提高土的承载能力，砂桩加固砂土时，桩孔内充填反滤性好的粒料，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超静孔隙水压力的增高和砂土产生液化，并可加快地基的排水固结，从而提高桩间土的抗液化能力。
可选择的复合式截排水沟(附图3)设置在边坡偏上部，是将截水沟和排水沟平行相连设定，中间设置可透水结构，例如透水孔或者方形空隙，水沟的边缘离开坡顶的距离视土质而定，以不影响边坡稳定为原则。一般土质至少应离开5m；对黄土地区，距离不应小于10m 并应进行防渗加固。为防止水流下渗和冲刷，截排水沟应进行严密的防渗和加固处理，水沟可用防水材料喷护，尤其对沟底纵坡较大的土质。截排水沟宽度设置2m左右，截水沟及截水沟的出水口每隔500m 以上可以设置，视具体情况而定，出水时将排水沟中的水引至山坡侧的自然沟中或桥涵进水口，截排水沟必须有牢靠的出水口，必要时须设置跌水或急流槽。如果不能满足自然排水条件将水引入，可以适当引入边沟，但也要对其做防渗和加固处理。截排水沟挖出的土，可在坡顶与截水沟之间修成土台，并进行夯实，台顶应筑成2％倾向截水沟的横坡。
可选择的支挡结构监测系统，对于路段监测装置来说，考虑到边坡坡脚处的压力变化值和受坡脚剪应力集中导致的转动情况，支挡监测结构的主要监测内容为选择为土压力和向外转动角度两个变量，其中土压力盒放置在断面1上(石笼防护与坡脚接触面上布置)，根据石笼的高度为1m，每一阶层的石笼防护均应布置土压力盒。坡脚变形的监测可将斜侧管设置在距离石笼防护不到1m的坡脚内(如断面 2)。
可选择的本专利的发电系统为太阳能和风能共同发电系统主要包括多晶硅太阳能发电板、风力发电机、蓄电池和控制板，其中太阳能发电板和风力发电机并联蓄电池，保证有风无太阳能和有太阳能无风时的稳定供电，利用高效率的电子线路确保两个发电系统给蓄电池充电，利用控制板给智能监测站供直流电。
可选择的锚喷混凝土层，利用喷射机将预先配好的水泥、砂子、石子、水和一定数量的外加剂喷射到边坡坡面上，利用高速将其形成较厚的混凝土保护层，尽量保证坡面免受降水的作用，而且如何膨胀土膨胀量过大会使保护层开裂，也可以直观的判断膨胀土边坡的实时情况。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种智能化膨胀土边坡防护结构，其特征在于：包括石笼防护(1)、土压力盒(2)、斜侧管(3)、智能监测站(8)、砂桩(4)、复合截排水沟(6)、支挡结构检测系统、太阳能和风力复合供电系统(7)、锚喷混凝土层(5)、边坡(9)；石笼防护(1)放置在边坡(9)的坡角处；所述智能监测站(8)设置在边坡(9)上部，砂桩(4)伸入到边坡(9)内部。
2.根据权利要求1所述的一种智能化膨胀土边坡防护结构，其特征在于：所述智能监测站(8)中包括传感器、雨量针、高智能裂缝宽度仪、数据采集板、智能传输控制终端、电力系统、预警系统，利用传感器检测边坡(9)内部膨胀力的变化，将膨胀力传输到数据收集板内利用控制器进行处理，通过设定阈值让报警装置检测膨胀力变化；
复合截排水沟(6)设置在边坡(9)的坡中偏上位置上，其包括截水沟和排水沟，截水沟和排水沟之间通过格挡相连，格挡分设连接空隙，排水沟隔段设置坡道将水流引导排除。
3.根据权利要求2所述的一种智能化膨胀土边坡防护结构，其特征在于：所述土压力盒(2)和斜侧管(3)组成支挡结构检测系统，土压力盒(2)和斜侧管(3)分别检测膨胀土边坡坡脚处的压力和转动位移。
4.根据权利要求3所述的一种智能化膨胀土边坡防护结构，其特征在于：所述太阳能和风力复合供电系统(7)共有两套独立发电模块，分别为风电供电模块、太阳能供电模块，两套独立发电模块可独立工作，将电能储存在控制系统的储能装置中，为整个系统提供电能。
5.根据权利要求4所述的一种智能化膨胀土边坡防护结构，其特征在于：所述锚喷混凝土层(5)的锚喷混凝土厚度为50-70mm。
6.根据权利要求3所述的一种智能化膨胀土边坡防护结构，其特征在于：所述支挡结构检测系统对坡角处位移应力进行检测。
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| CN202221166045.2U CN218204453U (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种智能化膨胀土边坡防护结构 |
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| CN202221166045.2U CN218204453U (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种智能化膨胀土边坡防护结构 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117344759A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-01-05 | 郓城县农业综合执法大队 | 一种水土保持型生态护坡结构 |
-
2022
- 2022-05-16 CN CN202221166045.2U patent/CN218204453U/zh not_active Expired - Fee Related
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