抗冻胀边坡护坡结构及其施工方法

摘要

一种抗冻胀边坡护坡结构及其施工方法，护坡结构用于设于河堤上，包括：设于河堤的坡面上的第一黏土层；设于第一黏土层上的碎石层；设于碎石层内部的输水管，输水管的一端与水泵连接，输水管设有多个出水口，每个出水口处均设有阀门；设于碎石层远离第一黏土层一侧的第二黏土层，第二黏土层以及第一黏土层上均设有用于检测裂缝的第一传感器，多个出水口与多个第一传感器一一对应布设；以及，设于第二黏土层上的护坡模块，护坡模块设有多个种植格，每个种植格中均设有植被层。边坡护坡结构可靠性高，可控性高，使用寿命长，安全性高。

说明书

技术领域

本发明涉及环保领域，具体而言，涉及一种抗冻胀边坡护坡结构及其施工方法。

背景技术

现有边坡护坡结构中大多采用挡墙、格构、柔性网及减重等方法提高边坡的安全系数，防止边坡失稳给工程构筑物造成损害。挡墙的种类很多，包括重力式挡墙、扶壁式挡墙以及桩板墙等，每一种护坡结构都有其独特的优势，能够在边坡护坡中发挥重要作用，不同类型的挡墙在支挡过程中的受力形式均不相同。格构则是主要利用刚性混凝土梁进行边坡护坡，刚性梁交汇位置布设锚固结构进行锚固，进而实现边坡防护的目的。柔性网则是利用铁丝网或者钢丝网以及高分子材料编制成的网进行边坡防护，防止崩塌等坠落物对底部构筑物造成影响，主要在岩质边坡防护中使用较多。介于我国75％以上的国土面积中都处于寒区旱区环境，岩土工程中使用的边坡防护结构的抗冻性必须予以考虑，冻融循环作用会引起已有边坡防护结构劣化，进而失去护坡作用。因此，具有抗冻性且利用新型材料制备的边坡防护结构继续产生，在护坡边坡稳定性的过程中确保自身强度亦能够满足岩土工程设计的要求，尤其是极端环境下的设计要求。

经发明人研究发现，现有的边坡护坡结构存在如下缺点：

可靠性差，可控性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗冻胀边坡护坡结构及其施工方法，其能够提高边坡护坡结构的可靠性和可控性，从而提高安全性，还能够有效降低边坡失稳概率，减少损失。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种抗冻胀边坡护坡结构，用于设于河堤上，包括：

设于河堤的坡面上的第一黏土层；

设于第一黏土层上的碎石层；

设于碎石层内部的输水管，输水管的一端与水泵连接，输水管设有多个出水口，每个出水口处均设有阀门；

设于碎石层远离第一黏土层一侧的第二黏土层，第二黏土层以及第一黏土层上均设有用于检测裂缝的第一传感器，多个出水口与多个第一传感器一一对应布设；

以及，设于第二黏土层上的护坡模块，护坡模块设有多个种植格，每个种植格中均设有植被层。

在可选的实施方式中，阀门设置为电磁阀。

在可选的实施方式中，输水管包括主管以及多根支管，主管的一端与水泵连接，多根支管均与主管连接，且每根支管的管壁设有出水口。

在可选的实施方式中，每个出水口处设有引水件，引水件具有输水通道和多个排水口，输水通道与对应的出水口连通，多个排水口均与输水通道连通，且多个排水口在对应的第一传感器的周向上间隔排布。

在可选的实施方式中，输水管设置为导热管。

在可选的实施方式中，护坡模块包括主骨架以及多个锚固件，主骨架包括交叉设置的多根连接梁，多根连接梁在交叉位置处形成一个节点，每个节点处的多根连接梁与一个锚固件连接，多根连接梁以及多个锚固件共同限定出多个种植格；锚固件同时贯穿第一黏土层、碎石层和第二黏土层，并锚固于河堤上。

在可选的实施方式中，连接梁包括由内向外依次套设的隔热件、导热件、缓冲传热件、钢筋混凝土梁和保温件，隔热件设有穿线孔；钢筋混凝土梁具有与缓冲传热件连接的内周壁以及与保温件连接的外周壁，内周壁和外周壁均设有用于检测裂缝的第二传感器；导热件用于将电能转化为热能并能加热钢筋混凝土梁。

在可选的实施方式中，碎石层包括钢丝网袋以及设于钢丝网袋中且依次设置的第一石块层、第二石块层和第三石块层，第一石块层和第二石块层的粒径均小于第二石块层的粒径，第一石块层与第一黏土层接触；第三石块层与第二黏土层接触。

在可选的实施方式中，抗冻胀边坡护坡结构还包括发电模块，发电模块设于河堤上，第一传感器和水泵均与发电模块电连接。

第二方面，本发明提供一种抗冻胀边坡施工方法，包括：

在河堤的坡面上铺设第一黏土层，在第一黏土层上布设用于检测裂缝的传感器；

在第一黏土层上铺设碎石形成碎石层，且在铺设碎石层时将输水管埋设在碎石层内；

在碎石层上铺设第二黏土层，在第二黏土层上布设用于检测裂缝的传感器；且每个传感器与输水管的一个出水口对应，每个出水口设有一个阀门；

在第二黏土层上设置护坡模块，护坡模块具有多个种植格；

以及在每个种植格中种植植物。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本实施例提供的抗冻胀边坡护坡结构，设于河堤上，应当理解，河堤是泛指，可以是江边的堤坝、河边的堤坝、湖边的堤坝、寒区水库库岸边坡或引水工程处的河堤。护坡结构包括依次层叠排布的第一黏土层、碎石层、第二黏土层和护坡模块，护坡模块上设有植被层，第一黏土层和第二黏土层上均设有第一传感器，第一传感器用于检测第一黏土层和第二黏土层的裂缝。同时，碎石层中设有输水管，输水管设有多个出水口，多个出水口与多个第一传感器一一对应排布，也即，一个第一传感器所在位置设有一个出水口。输水管与水泵连接，水泵用于抽取江水、湖水或河水，并输送至输水管中。在每个出水口处设置有阀门，阀门能够开启或关闭对应的出水口。第一黏土层和第二黏土层均能够阻挡雨水，既避免雨水从护坡模块处渗透至河堤内，也避免了河堤内的水回流到护坡模块处。河堤内部以及表面均不易积水，不易出现冻胀，结构稳定性高。

同时，在第一黏土层和第二黏土层开裂后，第一黏土层和第二黏土层上对应位置的第一传感器检测到裂缝后，将裂缝位置信息传递至智能终端(例如手机、计算机或平板等)，维护人员根据裂缝位置信息控制对应位置的阀门，使阀门被打开，此时，水泵将水从对应的出水口排出，黏土层吸水后能够膨胀，将裂缝修复，也即黏土层实现自修复，避免了雨水从裂缝位置进行渗透，提高了防渗透能力，河堤内部不易出现大量积水，防冻胀效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的抗冻胀边坡护坡结构的结构示意图；

图2为本发明实施例的输水管的结构示意图；

图3为本发明实施例的输水管的局部分布结构示意图；

图4为本发明实施例的抗冻胀边坡护坡结构的变形结构示意图；

图5为本发明实施例的连接梁的结构示意图；

图6为本发明实施例的碎石层的结构示意图。

图标：

100-河堤；200-第一黏土层；210-第一传感器；300-碎石层；310-钢丝网袋；320-第一石块层；330-第二石块层；340-第三石块层；400-输水管；410-主管；420-支管；430-引水件；500-护坡模块；510-主骨架；511-连接梁；5111-隔热件；5112-导热件；5113-缓冲传热件；5114-钢筋混凝土梁；5115-保温件；5116-穿线孔；5117-第二传感器；512-种植格；520-锚固件；600-植被层；700-发电模块；800-第二黏土层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-图6，本实施例提供了一种抗冻胀边坡护坡结构，抗冻胀能力强，可靠性高，且能够实时检测内部是否出现裂缝，在裂缝位置处能够进行自修复以及人工辅助修复，可控性高，安全性高。

请参阅图1，本实施例中，抗冻胀边坡护坡结构包括：

设于河堤100的坡面上的第一黏土层200；

设于第一黏土层200上的碎石层300；

设于碎石层300内部的输水管400，输水管400的一端与水泵连接，输水管400设有多个出水口，每个出水口处均设有阀门；

设于碎石层300远离第一黏土层200一侧的第二黏土层800，第二黏土层800以及第一黏土层200上均设有用于检测裂缝的第一传感器210，多个出水口与多个第一传感器210一一对应布设；

以及，设于第二黏土层800上的护坡模块500，护坡模块500设有多个种植格512，每个种植格512中均设有植被层600。

本实施例中，需要说明的是，河堤100是泛指，可以是设于河边、湖边、江边、寒区水库库岸或引水工程岸边等，不限定是设于河边的堤坝。

此外，河堤100的坡度按需设置，本实施例中不进行具体限定，本实施例提供的抗冻胀边坡护坡结构适用于各种坡度和长度的河堤100防护。

本实施例提供的抗冻胀边坡护坡结构的有益效果包括，例如：

抗冻胀边坡护坡结构设于河堤100上，护坡结构包括依次层叠排布的第一黏土层200、碎石层300、第二黏土层800和护坡模块500，第一黏土层200与坡面接触，护坡模块500上设有植被层600，第一黏土层200和第二黏土层800上均设有第一传感器210，第一传感器210用于检测第一黏土层200和第二黏土层800对应位置处是否产生裂缝。同时，碎石层300中设有输水管400，输水管400设有多个出水口，多个出水口与多个第一传感器210一一对应排布，也即，一个第一传感器210所在位置设有一个出水口。在每个出水口处均设置有阀门，阀门能够开启或关闭对应的出水口。输水管400与水泵连接，水泵用于抽取江水、湖水或河水，根据河堤100的位置就地取水，水资源利用率高，且降低成本。水泵将水输送至输水管400中。第一黏土层200和第二黏土层800均能够阻挡雨水，既避免雨水从护坡模块500处渗透至河堤100内，也避免了河堤100内的水回流到护坡模块500处。河堤100内部以及表面均不易积水，不易出现冻胀，结构稳定性高。

同时，在第一黏土层200和第二黏土层800产生裂缝时，第一黏土层200和第二黏土层800上对应位置的第一传感器210检测到裂缝后，将裂缝位置信息传递至智能终端(例如手机、计算机或平板等)，维护人员根据裂缝位置信息控制对应位置的阀门工作，使阀门被打开，此时，水泵将水从对应于裂缝位置的出水口排出，黏土层吸水后能够膨胀，将裂缝修复，也即黏土层实现自修复，避免了雨水从裂缝位置进行渗透，提高了防渗透能力，河堤100内部不易出现大量积水，防冻胀效果好。

应当理解，在第一传感器210检测到裂缝后，可以进行多次少量的自修复，也即，通过控制每次修复时输送至黏土层的水量，实现逐步自修复，修复效果好，膨胀体积便于控制，可控性大大提高。

请参阅图2，本实施例中，可选的，输水管400的数量可以是一根或者多根，本实施例中，输水管400的数量为多根，多根输水管400在河堤100的长度方向上均匀间隔排布。其中，河堤100的长度方向为河流的延伸方向。如此，能够使多根输水管400基本覆盖河堤100，使水源能够及时有效地输送至裂缝位置。应对理解，每根输水管400可以配置一台水泵，水泵独立控制，操控方便可靠。

可选的，每根输水管400包括主管410和多根支管420，多根支管420均与主管410的一端连通，主管410的另一端与水泵的出口连通。多根支管420交错排布，在碎石层300中形成网状结构，覆盖面积广。

请参阅图3，进一步的，每根支管420设有多个出水口，多个出水口分布在支管420的管壁上，同时，支管420的端口处也可以设置一个出水口。每个出水口处连接有一个引水件430，每个引水件430设有输水通道和多个排水口，输水通道的一端与支管420上对应的出水口连通，多个排水口均与输水通道的另一端连通，且多个排水口呈环形排布，多个排水口围绕对应的第一传感器210且在第一传感器210的周向上均匀间隔排布。

应当理解，输水管400中的水用于输送至第一黏土层200和第二黏土层800，因此，与主管410连接的多个支管420分为两层，每层支管420均为网状结构，且每层支管420均具有引水件430。如此，两层支管420分别对应在第一黏土层200和第二黏土层800所在位置。

通过将多个排水口设置为围绕第一传感器210的环形排布方式，如此，在裂缝产生后，在对应裂缝处的阀门被打开，水同时从多个排水口排出，能够从裂缝的四周流入黏土层中，从而使裂缝从四周向中间进行缩小，最终实现裂缝的愈合，黏土层膨胀均匀，裂缝修复效果好。

应当理解，阀门可以设置为电磁阀。阀门、第一传感器210和水泵均与控制系统通信连接，控制系统可以是计算机，当第一传感器210检测到裂缝信息后，将信息传输至控制系统，控制系统处理信息后控制水泵以及对应的电磁阀打开，从而使水泵将水输送至对应的裂缝处，实现黏土层的自修复。整个修复过程自动化程度高，修复及时，降低裂缝扩大的概率，提高修复效率。

进一步的，输水管400设置为导热管，例如，输水管400设置为金属管。应当理解，主管410、支管420和引水件430均为导热管。在寒冷的冬季，输水管400中注入有河水、江水或湖水，由于水的比热容大，在受冷时水温变化小，有输水管400中储存有水，使得护坡结构内部的温度变化小，不易出现大幅度降温。并且，即使护坡结构的温度在外界冷空气影响下降温，由于河水、湖水或江水的温度变化小，河水、湖水和江水的温度高于护坡结构内部的温度，如此，水温通过水以及输水管400本身与护坡结构进行热交换，使得护坡结构的内部温度升高，降低护坡结构温度过低而出现冻胀现象的概率，抗冻胀能力大大提到。

请参阅图6，本实施例中，可选的，碎石层300包括钢丝网袋310以及设于钢丝网袋310中且依次设置的第一石块层320、第二石块层330和第三石块层340，第一石块层320和第二石块层330的粒径均小于第二石块层330的粒径，第一石块层320与第一黏土层200接触；第三石块层340与第二黏土层800接触。其中，石块的粒径可以是石块上最远两点之间的距离的一半。将第一石块层320的粒径和第三石块层340的粒径设置为小于第二石块层330的粒径，如此，第一石块层320和第三石块层340的变形能力更好，能够适应凹凸不平的表面，从而起到与第一黏土层200和第二黏土层800结合更加紧密的作用。

应当理解，石块可以包括石头和鹅卵石。

铺设碎石层300和输水管400时，可以先在第一黏土层200上铺设钢丝网袋310，钢丝网袋310未封口，将第一层的网状结构的支管420设于第一黏土层200上，排水口与对应的第一传感器210配合，然后从第一黏土层200从未封口的位置填充第一石块层320，第一石块层320填满支管420之间的间隙，并与第一黏土层200接触。第一石块层320铺设完成后，在第一石块层320上铺设第二石块层330，将第一层支管420覆盖；然后，再在第二石块层330上设置第二层的网状结构的支管420，再填充第三石块层340，使第三石块层340填充第二层支管420的间隙，第三石块层340与第二石块层330接触。再铺设第二黏土层800，第二黏土层800上的第一传感器210与排水口对应。

请参阅图4，本实施例中，可选的，护坡模块500包括主骨架510以及多个锚固件520，主骨架510包括交叉设置的多根连接梁511，多根连接梁511在交叉位置处形成一个节点，每个节点处的多根连接梁511与一个锚固件520连接，多根连接梁511以及多个锚固件520共同限定出多个种植格512；锚固件520同时贯穿第一黏土层200、碎石层300和第二黏土层800，并锚固于河堤100上。

请参阅图5，进一步的，连接梁511包括由内向外依次套设的隔热件5111、导热件5112、缓冲传热件5113、钢筋混凝土梁5114和保温件5115，隔热件5111设有穿线孔5116；钢筋混凝土梁5114具有与缓冲传热件5113连接的内周壁以及与保温件5115连接的外周壁，内周壁和外周壁均设有用于检测裂缝的第二传感器5117；导热件5112用于将电能转化为热能并能加热钢筋混凝土梁5114。穿线孔5116中穿设电源线和信号线等。

可选的，隔热件5111可以是隔热阻燃件，例如石棉、麻等。

可选的，导热件5112可以是电热丝，能够将电能转化为热能，从而为钢筋混凝土梁5114提供热量。

可选的，缓冲传热件5113可以是导热垫。

可选的，保温件5115可以是土工布，土工布包裹在钢筋混凝土梁5114外。

应当理解，本实施例提供的护坡模块500可以是预制件，在现场进行装配即可。

本实施例提供的护坡模块500，在钢筋混凝土梁5114的内周和外周均设有第二传感器5117，能够在出现裂缝后及时被维护人员发现，从而对钢筋混凝土梁5114及时有效的采取修复措施，避免被冻胀损坏，延长使用寿命。

本实施例中，可选的，抗冻胀边坡护坡结构还包括发电模块700，发电模块700设于河堤100上，第一传感器210和水泵均与发电模块700电连接。发电模块700可以是风力发电模块700和太阳能发电模块700二者中的至少一个。

第一传感器210、水泵、第二传感器5117、导热件5112和控制系统均与发电模块700电连接。

需要说明的是，第一传感器210和第二传感器5117均可以设置为应变片。

本实施例中，植被层600可以是与河堤100周围环境相同的植被，不易破坏生态环境。植被层600种植在种植格512中，也即，每个种植格512设有一个植被层600。

本实施例提供的抗冻胀边坡护坡结构，抗冻胀能力强，可控性高，安全性高，使用寿命长，防护效果好。

本实施例还提供了一种抗冻胀边坡护坡方法，包括：

在河堤100的坡面上铺设第一黏土层200，在第一黏土层200上布设用于检测裂缝的传感器；

在第一黏土层200上铺设碎石形成碎石层300，且在铺设碎石层300时将输水管400埋在碎石层300中；

在碎石层300上铺设第二黏土层800，在第二黏土层800上布设用于检测裂缝的传感器；且每个传感器与输水管400的一个出水口对应，每个出水口设有一个阀门；

在第二黏土层800上设置护坡模块500，护坡模块500具有多个种植格512；

以及在每个种植格512中种植植物。

本实施例提供的抗冻胀边坡施工方法，边坡抗冻胀能力强，不易损坏，安全性高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。