一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域中的施工技術(shù)，主要用于邊坡工程設(shè)計(jì)和施工，特別是一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，膨脹土地區(qū)大量公路、鐵路和水利工程的營(yíng)運(yùn)或開(kāi)工建設(shè)，以及膨脹土地區(qū)城市化的建設(shè)過(guò)程，造就了大量的膨脹土塹坡。膨脹土塹坡的形成過(guò)程，是人類改造自然的結(jié)果，這常常會(huì)破壞自然物質(zhì)原有的穩(wěn)定狀態(tài)，為坡體災(zāi)變埋下隱患。大氣影響下，隨著蒸發(fā)和降雨引起干濕循環(huán)的次數(shù)和幅度增加，膨脹土反復(fù)脹縮使得土體產(chǎn)生縱橫交錯(cuò)的裂隙，土體變得松散，強(qiáng)度降低，加上風(fēng)化作用，進(jìn)一步破壞了土體的完整性，使膨脹土塹坡趨于不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致破壞。當(dāng)膨脹土承受上部壓力時(shí)，干濕循環(huán)引起的土體脹縮變形會(huì)大大減小，土體的干密度和裂隙變化可以得到有效抑制，土體強(qiáng)度的衰減幅度大大降低。所以，采用維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置及其方法，可有效維持膨脹土強(qiáng)度，保證塹坡穩(wěn)定性，并且施工方法簡(jiǎn)便、效率高，布置方式靈活，可降低工程成本，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]1.要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于現(xiàn)場(chǎng)操作、工程造價(jià)低廉、符合膨脹土工程特性的維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置及其方法。
[0005]2.技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置，包括錨桿、第一圓板、第二圓板、高強(qiáng)彈簧，所述的第一圓板和第二圓板套在錨桿上，所述的第一圓板和第二圓板之間設(shè)有高強(qiáng)彈簧，所述的第一圓板上設(shè)有螺母，所述的螺母固定套在錨桿上。
[0008]所述的第一圓板直徑小于第二圓板直徑。
[0009]所述的錨桿入土深度為1.5-2倍大氣劇烈影響深度。
[0010]所述的第一圓板和第二圓板的間距為0.2-0.5m。
[0011]一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)方法，其特征在于步驟包括:
[0012]步驟I)現(xiàn)場(chǎng)取樣，開(kāi)展膨脹變形試驗(yàn)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定土樣上覆OkPa、
12.5kPa、25kPa、50kPa和10kPa時(shí)土樣膨脹變形量，通過(guò)內(nèi)插法換算出膨脹變形量為零時(shí)的上覆壓應(yīng)力S ；
[0013]步驟2)通過(guò)上覆壓應(yīng)力δ、第二圓板面積A和高強(qiáng)彈簧的變形系數(shù)k，換算出彈簧的變形量S = (δ.Α)Λ;
[0014]步驟3)根據(jù)膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范判斷土體大氣劇烈影響深度d ;
[0015]步驟4)根據(jù)大氣劇烈影響深度d，考慮土體錨固力F = 1.2.δ.Α、測(cè)試錨固區(qū)土體的強(qiáng)度參數(shù)C、Φ、錨桿摩擦系數(shù)μ，依據(jù)規(guī)范換算出錨桿需深入到大氣劇烈影響深度以下的長(zhǎng)度I ;
[0016]步驟5)根據(jù)錨桿需深入到大氣劇烈影響深度以下的長(zhǎng)度1、大氣劇烈影響深度d、彈簧變形量s和自加壓裝置長(zhǎng)度m，確定自加壓裝置錨桿總長(zhǎng)度L = 1+d+m-s ;
[0017]步驟6)用錘擊的方式擊入不同組合形式的自加壓裝置，錨桿入土深度為D = 1+d。
[0018]3.有益效果
[0019]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]通過(guò)自加壓的裝置，解決了膨脹土塹坡在大氣作用下趨于不穩(wěn)定的問(wèn)題，適用于各種類型的膨脹土，同時(shí)布置形式簡(jiǎn)單，施工操作簡(jiǎn)便，也可用于臨時(shí)防護(hù)，其工程應(yīng)用前景廣闊。防護(hù)裝置的作用機(jī)理符合膨脹土塹坡的工作規(guī)律，防護(hù)設(shè)計(jì)中充分考慮了膨脹土工程特性；施工效率高，布置靈活，適用各種土層；材料可以選擇金屬材料，也可根據(jù)防護(hù)時(shí)間長(zhǎng)短采用竹子或木材等材料，對(duì)環(huán)境影響小。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的單彈簧結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為圖1彈簧位置示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明多組彈簧示意圖。
[0024]圖4為圖3彈簧位置示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明安裝示意圖。
[0026]圖6為本發(fā)明坡面布置示意圖。
[0027]圖7為本發(fā)明分組類型示意圖。
[0028]圖中:1、錨桿2、第一圓板3、第二圓板4、高強(qiáng)彈簧5、螺母。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0030]本發(fā)明屬于膨脹土塹坡工程防護(hù)新裝置和新方法，針對(duì)膨脹土塹坡的災(zāi)變特性，設(shè)計(jì)出自加壓裝置，可以阻止大氣作用下脹縮循環(huán)導(dǎo)致的膨脹土強(qiáng)度衰減，維持膨脹土強(qiáng)度，從而確保膨脹土塹坡的穩(wěn)定，起到塹坡防護(hù)的作用。改變自加壓的壓力和影響范圍，采用不同材料，可以形成可靠的膨脹土塹坡防護(hù)體系，適用于不同脹縮性的膨脹土塹坡。
[0031]本發(fā)明結(jié)合膨脹土塹坡災(zāi)變的演化過(guò)程，采用自加壓裝置，也可結(jié)合竹制或木制等材料，利用自加壓的壓力，阻止膨脹土脹縮循環(huán)導(dǎo)致的強(qiáng)度衰減，從而維持塹坡穩(wěn)定，為膨脹土地區(qū)塹坡的綠色防護(hù)供理論依據(jù)和技術(shù)支持，同時(shí)也可為其它地區(qū)的特殊土邊坡防護(hù)提供有益參考。該方法可降低塹坡防護(hù)工程的造價(jià)，適用于各種土層，其工程應(yīng)用前景廣闊。
[0032]實(shí)施例1
[0033]如圖1和圖2所示，一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置，包括錨桿1、第一圓板2、第二圓板3、高強(qiáng)彈簧4，所述的第一圓板2和第二圓板3套在錨桿I上，所述的第一圓板2和第二圓板3之間設(shè)有單個(gè)高強(qiáng)彈簧4，所述的第一圓板2上設(shè)有螺母5，所述的螺母5固定套在錨桿I上。所述的第一圓板2直徑小于第二圓板3直徑。所述的第一圓板2和第二圓板3的間距為0.2-0.5m。
[0034]如圖5所示，所述的錨桿I入土深度為1.5-2倍大氣劇烈影響深度。
[0035]實(shí)施例2
[0036]如圖3和圖4所示，一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置，包括錨桿1、第一圓板2、第二圓板3、高強(qiáng)彈簧4，所述的第一圓板2和第二圓板3套在錨桿I上，所述的第一圓板2和第二圓板3之間設(shè)有三個(gè)高強(qiáng)彈簧4，所述的第一圓板2上設(shè)有螺母5，所述的螺母5固定套在錨桿I上。所述的第一圓板2直徑小于第二圓板3直徑。所述的第一圓板2和第二圓板3的間距為0.2-0.5m。
[0037]如圖5所示，所述的錨桿I入土深度為1.5-2倍大氣劇烈影響深度。
[0038]一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)方法，其特征在于步驟包括:
[0039]步驟I)現(xiàn)場(chǎng)取樣，開(kāi)展膨脹變形試驗(yàn)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定土樣上覆OkPa、12.5kPa、25kPa、50kPa和10kPa時(shí)土樣膨脹變形量，通過(guò)內(nèi)插法換算出膨脹變形量為零時(shí)的上覆壓應(yīng)力S ；
[0040]步驟2)通過(guò)上覆壓應(yīng)力δ、第二圓板3面積A和高強(qiáng)彈簧4的變形系數(shù)k，換算出彈簧的變形量S = (δ.Α)Λ;
[0041]步驟3)根據(jù)膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范判斷土體大氣劇烈影響深度d ;
[0042]步驟4)根據(jù)大氣劇烈影響深度d，考慮土體錨固力F = 1.2.δ.Α、測(cè)試錨固區(qū)土體的強(qiáng)度參數(shù)C、Φ、錨桿I摩擦系數(shù)μ，依據(jù)規(guī)范換算出錨桿I需深入到大氣劇烈影響深度以下的長(zhǎng)度I ;
[0043]步驟5)根據(jù)錨桿I需深入到大氣劇烈影響深度以下的長(zhǎng)度1、大氣劇烈影響深度d、高強(qiáng)彈簧4變形量s和自加壓裝置長(zhǎng)度m，確定自加壓裝置錨桿I總長(zhǎng)度L = 1+d+m-s ;
[0044]步驟6)用錘擊的方式擊入不同組合形式的自加壓裝置，錨桿I入土深度為D =Ι+d，坡面布置如圖6所示。
[0045]本裝置通過(guò)將錨桿I擊入土中，第一圓板2和第二圓板3之間的高強(qiáng)彈簧4產(chǎn)生變形，對(duì)第二圓板3產(chǎn)生壓力，壓力大小可通過(guò)控制錨桿I擊入深度引起的彈簧變形大小決定，壓力通過(guò)第二圓板3再傳遞到膨脹土表面，施加的壓力可限制膨脹土的脹縮變形量，維持土體干密度，降低大氣作用對(duì)膨脹土強(qiáng)度衰減的影響，從而維持膨脹土塹坡穩(wěn)定。利用擊入法施工，彈簧壓縮施加在第二圓板3上的壓力可由錨桿I擊入量人為控制；塹坡上自加壓的防護(hù)裝置可以按梅花的形式布置。
[0046]當(dāng)土體趨于破碎，裂隙較發(fā)育時(shí)，可通過(guò)計(jì)算，考慮采用兩個(gè)自加壓裝置或三個(gè)自加壓裝置一組，如圖7所示，按以上方式施工。
[0047]大氣劇烈影響深度:
[0048]大氣影響深度是自然氣候作用下，由降雨、蒸發(fā)、地溫等因素引起土的升降變形的有效深度。大氣劇烈影響深度是指大氣影響特別顯著的深度，基本為0.45倍的大氣影響深度。具體參見(jiàn)膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置，包括錨桿、第一圓板、第二圓板、高強(qiáng)彈簧，其特征在于所述的第一圓板和第二圓板套在錨桿上，所述的第一圓板和第二圓板之間設(shè)有高強(qiáng)彈簧，所述的第一圓板上設(shè)有螺母，所述的螺母固定套在錨桿上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置，其特征在于所述的第一圓板直徑小于第二圓板直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置，其特征在于所述的錨桿入土深度為1.5-2倍大氣劇烈影響深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置，其特征在于所述的第一圓板和第二圓板的間距為0.2-0.5m。
5.一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)方法，其特征在于步驟包括: 步驟I)現(xiàn)場(chǎng)取樣，開(kāi)展膨脹變形試驗(yàn)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定土樣上覆0kPa、12.5kPa、25kPa、50kPa和10kPa時(shí)土樣膨脹變形量，通過(guò)內(nèi)插法換算出膨脹變形量為零時(shí)的上覆壓應(yīng)力δ ； 步驟2)通過(guò)上覆壓應(yīng)力δ、第二圓板面積A和高強(qiáng)彈簧的變形系數(shù)k，換算出彈簧的變形量 S= ( δ.A) /k ; 步驟3)根據(jù)膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范判斷土體大氣劇烈影響深度d ; 步驟4)根據(jù)大氣劇烈影響深度d，考慮土體錨固力F = 1.2.δ.Α、測(cè)試錨固區(qū)土體的強(qiáng)度參數(shù)C、Φ、錨桿摩擦系數(shù)μ，依據(jù)規(guī)范換算出錨桿需深入到大氣劇烈影響深度以下的長(zhǎng)度I ; 步驟5)根據(jù)錨桿需深入到大氣劇烈影響深度以下的長(zhǎng)度1、大氣劇烈影響深度d、彈簧變形量s和自加壓裝置長(zhǎng)度m，確定自加壓裝置錨桿總長(zhǎng)度L = 1+d+m-s ； 步驟6)用錘擊的方式擊入不同組合形式的自加壓裝置，錨桿入土深度為D = 1+do
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種維持膨脹土塹坡穩(wěn)定的自加壓防護(hù)裝置及其方法，裝置包括錨桿、第一圓板、第二圓板、高強(qiáng)彈簧，所述的第一圓板和第二圓板套在錨桿上，所述的第一圓板和第二圓板之間設(shè)有高強(qiáng)彈簧，所述的第一圓板上設(shè)有螺母，所述的螺母固定套在錨桿上。通過(guò)自加壓的裝置，解決了膨脹土塹坡在大氣作用下趨于不穩(wěn)定的問(wèn)題，適用于各種類型的膨脹土，同時(shí)布置形式簡(jiǎn)單，施工操作簡(jiǎn)便，也可用于臨時(shí)防護(hù)，其工程應(yīng)用前景廣闊。防護(hù)裝置的作用機(jī)理符合膨脹土塹坡的工作規(guī)律，防護(hù)設(shè)計(jì)中充分考慮了膨脹土工程特性；施工效率高，布置靈活，適用各種土層；材料可以選擇金屬材料，也可根據(jù)防護(hù)時(shí)間長(zhǎng)短采用竹子或木材等材料，對(duì)環(huán)境影響小。
【IPC分類】E02D17-20, E02D5-74
【公開(kāi)號(hào)】CN104790413
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510192475
【發(fā)明人】李雄威, 徐敏, 于?，? 羅元喜, 史貴才
【申請(qǐng)人】常州工學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日