[发明专利]一种膨胀土边坡自适应排水减胀综合处治系统及其施工方法

说明书

本发明公开了一种膨胀土边坡自适应排水减胀综合处治系统，包括格构梁、触展型锚杆、自适应抽排水装置、流体减胀装置和区间能控器，格构框格内均设置有植被；多个触展型锚杆设置于格构梁的多个单元梁交叉点处；触展型锚杆包括锚杆体、联动杆和多个注浆管，联动杆设置于锚固区内，注浆管与联动杆转动连接；自适应抽排水装置包括泵机、抽水头、喷头和排水管，流体减胀装置包括活塞缸和活塞头，区间能控器控制综合处治系统运行。本发明的综合处治系统除内压调节外，在活塞缸充、排流体的动态变化过程中，还同步实现减胀行程的调节，雨季时减胀行程变化量为正值，旱季时减胀行程变化量为负值，以此实现减胀效果的自适应调节功能。

技术领域

本发明涉及岩土工程膨胀土边坡处治技术领域，具体涉及一种膨胀土边坡自适应排水减胀综合处治系统及其施工方法。

背景技术

在铁路建设中，原始地形条件难以达到平、纵断面线性要求，工程建设过程中的深挖高填边坡不可避免。当边坡建设于膨胀土上时，边坡极易发生垮塌、滑动等工程灾害，危及沿线铁路和住宅安全，岩土工程从业人员甚至称此类边坡“逢堑必滑，无堤不塌”。

膨胀土含有的黏粒成分主要由蒙脱石、伊利石等强亲水性的矿物组成，具有反复胀缩性、多裂隙性、水敏感性等特性，性质极不稳定。而这三大特性都跟水或湿度相关，其中由于湿度变化造成的干湿循环对膨胀土工程性状影响巨大，也是膨胀土强度劣化的重要原因。一旦环境湿度变化，膨胀土吸水膨胀、失水收缩，产生强烈的胀缩变形，同时传递给刚性或半刚性支护结构巨大的膨胀力，导致结构支护性能不断劣化。随着干湿循环次数的增加，膨胀土表面裂隙不断扩张，土体结构不断发生变化，水分入渗和散失更加迅速，干湿循环越来越剧烈，导致膨胀土土体的强度和稳定性显著降低。此外，裂隙的深入发展和贯穿联通造成膨胀土边坡表面出现大量裂缝，加剧了坡表水土流失情况，致使萌发和植物生长经常面临着严重干旱和养分不足的环境，显著降低了膨胀土边坡的植物护坡能力和景观和谐度。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

1、排水效果差。现有边坡排水技术可为三种：在坡体内部负角度插入排水管排出内部积水；在支护结构后设置反滤层排出内部积水并阻止土体流失；在边坡表面设置土工布和排水沟排出表面积水。其中排水管技术容易造成管体堵塞，并且由于负角度的插入方式导致排水范围覆盖不深，而且这种传统排水技术是被动的，无法调节排水速率，排水能力不强；反滤层技术和坡表排水技术无法排出边坡深处积水；且上述三种排水结构皆独立于边坡支护结构，需单独设计施工，耗时耗力。

2、植物灌溉不能自足。现有膨胀土边坡处治技术过于关注边坡排水，忽略了对边坡表面植物的合理灌溉——易导致植物因缺水而产生的生长不良甚至死亡，丧失植物对边坡的护坡作用；即便明白灌溉植物的重要性也没有将其与加固结构结合起来——即需要单独安装灌溉结构，从其他区域输送水资源进行灌溉，降低了经济性。

3、过度强调结构刚性，加固和减胀效果差。现有膨胀土边坡处治技术根据结构刚性和允许变形大小可分为刚性支挡技术和柔性支挡技术。刚性支挡技术，如挡土墙、抗滑桩、锚杆(索)框架梁等，在边坡加固的同时很难兼顾减胀作用，导致支挡结构在膨胀土反复胀缩变形及膨胀力的作用下产生不可逆的损伤，劣化其力学性能，大大降低了结构的耐久性，弱化了结构的支护能力。柔性支挡技术可分为两种：在刚性支挡结构后设置如聚苯乙烯EPS板、反滤层等具有柔性减胀功能材料或直接向边坡表面打孔放入沙土等柔性减胀材料，如发明CN115262591A；在边坡表层设置较为复杂的减胀消能结构，如CN1163619A。其中聚苯乙烯EPS板技术和反滤层技术无法自适应匹配膨胀变形，导致在减胀材料厚度较小时减胀效果差，厚度较大时又无法兼顾经济合理性；减胀消能结构技术使用的减胀结构较为复杂，且需要将减胀结构单独设计安装，无法达到经济性的目的。

4、结构集成率低，施工步骤繁琐，工程造价高。现有膨胀土边坡处治技术不能集成边坡排水、植物灌溉、柔性减胀、边坡支护等结构或功能，不仅增加了多项工程，复杂了施工步骤，而且还提高了工程造价。

发明内容