一种膨胀土或冻融冻胀土边坡防护结构的制作方

作者：杨超月

1.本实用新型属于水利建筑工程技术领域，具体的讲涉及一种膨胀土或冻融冻胀土的边坡防护结构。

背景技术：

2.边坡包括诸对分布于我国西部和东部的西线、中线和东线的南水北调所建设的输水渠道边坡、建设于祖国各地的用于农业灌溉的各种大中小型水渠水库边坡以及修建铁路、公路劈山填壑而形成的工程边坡。这些边坡工程在运行过程中，形成边坡坡体中的地下水不能够得到有效处理，其工程边坡会出现变形、崩塌现象。而上述边坡，特别是由膨胀土作为土基边坡以及使用于纬度较高地区的冻融冻胀土基水渠边坡，其边坡土基中的地下水对其危害性更大。
[0003] 膨润（胀）土作为一种特殊岩土基，是一种具有多裂性、强胀缩性和强度衰减性的非饱和土，即其渗水至大约0.8——1.2米深度形成固定的膨润（胀）土层，该土层极易与没有浸水的结构层间产生滑移，形成表面的滑移层结构，造成结构开裂、变形、边坡失稳等情况。在自然环境中膨润（胀）土边坡的吸水和失水随季节、降雨等反复发生，导致因土基结构胀缩变形而引起的强度衰减，对护坡结构存在长期潜在的破坏。同时，膨润（胀）土边坡的滑坡灾害有浅层性、牵引性、平缓性、长期性及季节性的特点，使得膨润（胀）土边坡更难以治理防护。
[0004]
同时，高纬度地区所使用的水渠，由于其为季节性的输水，在停水的寒冷冬季，沟渠土基土在冻结过程中，土中的水分冻结成冰，并生成许多冰夹层、冰镜体形成冻胀土结构。冻胀土所引起的土颗粒的相对位移、产生土基膨胀的现象称为冻胀。冻胀的外观现象是土层的均匀或不均匀隆起、鼓包、开裂等；融化后发生明显下沉，使得边坡结构遭到破坏。
[0005]
由此知，无论是膨润（胀）土、还是冻融冻胀土作为边坡土基，都是由于其所含的地下水（或浸渗水）得不到有效排出，形成病害性边坡，造成对边坡以及水渠渠道形成危害。

技术实现要素：

[0006]
本实用新型的目的就是提供一种能够有效治理因膨胀或冻融冻胀造成危害的膨胀土或冻融冻胀土边坡防护结构。
[0007]
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
[0008]
一种膨胀土或冻融冻胀土边坡防护结构，其特征在于：包括铺设于坡顶、斜坡和坡底的防渗基材，在所述斜坡和坡底设置有地下水强排机构，在所述防渗基材的外侧面上设置有边坡衬砌结构；其中，
[0009]
铺设于坡顶防渗基材的端部与构成坡顶的土基固定；
[0010]
所述地下水强排机构的结构包括，设置于土基中的其周侧开有聚水孔的用于聚集地下水的集水箱体和与之匹配能够将集水强制排出的排水泵机构。
[0011]
构成上述一种膨胀土或冻融冻胀土边坡防护结构的附加技术特征还包括：
[0012]
——所述的防渗基材包括防渗基材本体和其内侧面上间隔或连续设置有由若干并排的支撑组件构成的支撑结构，在所述支撑结构的外部设置有具有渗水性能的土工布层；上述支撑机构和所述土工布间形成流水通道；
[0013]
——在所述斜坡和坡底分别设置有排水逆止阀，设置于所述斜坡的排水逆止阀的位置高于所述地下水强排机构的位置；
[0014]
——所述斜坡排水逆止阀的阀体上设置有斜向插入所述土基深处的聚水结构；
[0015]
——所述斜坡强排机构的集水箱体上设置有斜向插入所述土基深处的第二聚水结构；
[0016]
——所述的聚水结构有设置有透水孔的透水管道构成；
[0017]
——所述的聚水结构由集水沟槽和填于其中的滤水材料以及透水管道构成；
[0018]
——铺设于坡顶防渗基材的端部深入至所述坡顶土基中；
[0019]
——所述坡顶防渗基材的端部深入至所述坡顶土基中至少0.5米；
[0020]
——所述坡顶防渗基材的端部深入至所述坡顶土基中，并通过锚固件固定；
[0021]
——在所述边坡底部与所述坡底的交界处设置有固脚，用于稳固所述的衬砌结构。
[0022]
本实用新型所提供的一种膨胀土或冻融冻胀土边坡防护结构与现有技术相比，具有以下优点：其一，由于将防渗基材延伸铺设到边坡结构的坡顶，斜坡和坡底设置有地下水强排机构，能够将边坡土基中的水分强制排除，使得坡顶与斜坡间形成了一个相对干燥的土基区域，有效避免该区域中的膨胀土或含水冻融冻胀土表面的滑移层结构的形成，并有效避免下滑现象的发生，同时对防渗基材进行锚固，使其能够承受衬砌结构的重力形成的下滑力，保证了边坡衬砌结构的安全；其二，由于在斜坡部排水逆止阀的阀体以及斜坡部强排机构的集水箱体上设置有斜向插入边坡土基深处的聚水结构，能够有效将边坡土基中的自由水通过渗流排出，有目的引导水分的迁移，另外集水透水管能够实现对边坡结构的锚固作用，进一步增强了边坡的稳定性。
附图说明
[0023]
图1为膨胀土土基边坡防护结构的截面结构示意图；
[0024]
图2为冻融冻胀土土基的边坡防护结构的截面结构示意图；
[0025]
图3为构成上述边坡防护结构中防渗基材的截面结构示意图。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图对本实用新型所提供的一种膨胀土或冻融冻胀土边坡防护结构的结构和工作原理作进一步的详细说明。
[0027]
如图1所示，为本实用新型所提供的一种膨润土土基的边坡防护结构的截面结构示意图。该边坡防护结构包括延长铺设于坡顶土基11、斜坡坡面土基12和坡底土基13上的由聚乙烯等塑料材料形成的防渗基材2，在构成边坡的斜坡上和坡底上分别设置有地下水强排机构31和32，该地下水强排机构包括设置于土基12、13中的其周侧开有聚水孔301的用于聚集地下水的集水箱体302和与之匹配能够将集水强制排出的排水泵机构303；在上述坡顶的加长防护区、斜坡坡面以及坡底的防渗基材的外侧面上设置有由轻质混凝土形成的边
坡衬砌结构4；其中，铺设于坡顶防渗基材的端部20通过锚固机构21与坡顶的土基11固定。
[0028]
上述边坡防护结构特别适用于膨润土土基的边坡，其机理为：将现有技术中仅仅铺设于斜坡坡面土基和坡底土基上的由聚乙烯等塑料材料形成的防渗基材延伸铺设在坡顶土基上，可以有效阻止坡顶部的地表水的渗入，使得构成边坡的坡顶与斜坡坡面间构成的边坡土基形成相对干燥土基区域a，有效避免膨润（胀）土膨胀土或含水冻胀土表面的滑移层结构的形成，有效克服了下滑现象的发生，同时对防渗基材进行锚固，使其能够大大增强阻止衬砌结构的下滑力，保证边坡衬砌结构的安全。在上述边坡防护结构中，边坡的斜坡上和坡底上分别设置有地下水强排机构31和32，能够使得边坡在运行（水渠输水）中，通过其周侧设置的聚水孔301将渗入到边坡土基中的地表水以及边坡土基中的地下水聚集至集水箱体302中，并由与之匹配能够将排水泵机构303强制排出，可以有效降低边坡的土基中的水位，保证边坡不会因为高水位的地下水的侵蚀失稳而出现滑移。
[0029]
在构成上述膨胀土或冻融冻胀土边坡防护结构中，
[0030]
——在上述斜坡和坡底中分别设置有排水逆止阀51、52，并且设置于斜坡的排水逆止阀51的位置高于其地下水强排机构31的位置；设置排水逆止阀51、52，其目的是用于解决地下水强排机构31、32没有强排时（强排具有季节性，一般会在沟渠停水的9月至10月间进行强排，在寒冷的冬季会将构成强排机构的排水泵机构303拆除）的地下水的排除问题；当地下水强排机构31在边坡土基中的丰水季节时，处于较低位置的地下水强排机构31能够更多的集聚渗水，并将之强制排出，以保证边坡土基中的低持水量；
[0031]
——为了能够使得该边坡结构适应于高纬度的北方地区，如图2所示在斜坡排水逆止阀51的阀体上设置有斜向插入土基11深处的聚水结构61；构成该聚水结构61的结构最好包括集水沟槽601、能够将渗流水有效地汇集的回填碎石或中粗砂等滤水材料604、铺设于该沟槽601中的外层包裹透水土工材料602的透水管道603；该聚水结构能够将对汇集的渗流水通过过滤后，由斜向设置的透水管道流入到排水逆止阀或聚水箱中排出。边坡土基的含水率是影响土基冻融冻胀情况的主要因素，该结构就是将边坡土基中的自由水通过渗流排出，有目的引导水分的的迁移；同时利用土基冻、融过程为逐层进行的特点，当坡顶、边坡逐层融化时，由于通过锚固机构21深埋于坡顶土基还处于冻结状态，因此可以有效实现对坡顶和边坡上防渗基材的有效固定，承担了整体边坡由于表层融化而形成的斜滑面的下滑力；而当坡顶土基完全融化后，坡顶和边坡的表面层土基持水通过渗出或蒸发形成了稳定层。采用集水的透水管对边坡进行锚固，能够进一步增强边坡的稳定性，再利用高强复合土工膜的高强特点，增强边坡衬砌结构的自我承受能力；
[0032]
为了进一步提高对边坡土基中渗水、冻融水的有效排出，在上述斜坡部强排机构的集水箱体302的上设置有斜向插入边坡土基深处的与上述聚水结构61结构相同的第二聚水结构62，可以进一步提高边坡土基中渗水、冻融水的有效排出，以提高边坡的使用寿命；
[0033] ——由于膨润（胀）土其浸润水深度一般在0.5—1.2米，冻土的深度二米左右，因此，铺设于坡顶部防渗基材2的端部20最好深入至所述坡顶土基中至少0.5米，其可以使得坡顶与斜坡间由防渗基材2围成形成了一个相对干燥的整体边坡区域a，有效避免含水冻融冻胀土表面的滑移层结构的形成，并有效避免下滑现象的发生，同时对防渗基材进行锚固，能够有效形成一个抗拉伸整体，具备承载边坡衬砌结构4的重力形成的下滑力，保证边坡衬砌结构的安全；
[0034]
——在构成所述斜坡土基12与所述坡底部土基13的交界处设置有最好是混凝土浇筑的固脚14，用于稳固斜坡上的衬砌结构4；
[0035]
——铺设在边坡的坡顶、斜坡和坡底部的防渗基材可以是：
[0036]
设置有加强层的土工膜，其主要目的就是用于防止边坡形成的沟渠的渠水对边坡土基的渗透，具有较好的防渗性能；其次，由于在土工膜层上设置有提高其抗拉强度的加强层，因此可以起到承载设置于土工膜层上衬砌结构的下滑力，保证边坡衬砌结构的安全性；
[0037]
该防渗基材还可以是如图3所示的结构，即包括有塑料材料形成的防渗基材本体21和其内侧面上间隔或连续设置有由若干并排的支撑组件22构成的支撑结构，在该支撑结构的外部设置有具有渗水性能的土工布层23，上述支撑机构和土工布间形成流水通道24；形成边坡土基中的渗水、地下水则通过土工布层进入流水通道汇集至排水逆止阀51或/和地下水强排机构31中排出。