外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及水利、公路、桥梁等工程边坡治理领域，更具体地说它是一种外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置。本发明还涉及这种外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置的施工方法。

背景技术

失水开裂、遇水膨胀是膨胀土最重要特征，也是膨胀土边坡表层(1-3m)发生滑坡的重要起因，此特征主要是由土体内水分状态所控制。当膨胀土土体内水分交替变化时，膨胀土将反复发生干缩开裂和湿胀变形，进而导致膨胀土土体松散，最终造成膨胀土边坡发生变形破坏。

国内已有工程实践表明，大气降水和地下水活动是造成膨胀土土体内水分交替的重要原因，膨胀性边坡开挖暴露大气环境后，表层土体迅速发生失水收缩开裂变形，形成网状胀缩裂隙，这些裂隙以干缩开裂形式存在于土层浅表部位，一旦大气降雨或者地下水入渗，这些裂隙在膨胀变形的作用下会迅速闭合。在开挖后气候反复的干湿交替作用下，网状胀缩裂隙被层理面、地下界面切割时，形成了有利的土体变形破坏条件，界面的胀缩活动导致土体变形和溜坍破坏的发生。

因此，为防止膨胀土渠道边坡表层发生破坏，必须有效控制地土体内水分状态，保持其稳定性，最为关键措施即为防止大气降水和地下水向膨胀土边坡内渗入。常规土质边坡支护一般采用格构混凝土+草皮护坡进行治理，但该措施无法保证大气降水的防渗以及坡内地下水的快速排出。

因此，研发一种外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置很有必要。

发明内容

本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置。

本发明的第二目的是为了提供这种外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置的施工方法。

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置，包括弱膨胀土层，其特征在于：还包括位于弱膨胀土层上方的内部排水层，位于内部排水层上方的外部置换层；

所述内部排水层包括位于弱膨胀土层上方的排水盲沟，与排水盲沟末端连接的排水管；

所述外部置换层包括位于排水盲沟上方的弱膨胀土台阶层，位于弱膨胀土台阶层上方的水泥改性土层。

在上述技术方案中，所述排水盲沟断面为梯形，排水盲沟侧面和底部铺设复合土工膜；所述排水盲沟包括多个干盲沟和多个支盲沟。

在上述技术方案中，所述排水盲沟内回填有砂砾石。

在上述技术方案中，所述排水盲沟底宽0.5m，顶宽0.8m，深度0.5m；干盲沟之间的间距为8米，支盲沟之间的间距为4m。

在上述技术方案中，水泥改性土由弱膨胀土和水泥拌合得到，水泥改性土经分层铺平、碾压制得300mm厚水泥改性土层，弱膨胀土台阶层为高25cm，宽1m的台阶。

为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对渠坡坡顶和附近地形的地表排水进行疏导，防止地表水冲刷清理后的变形体建基面，距离开口线30米范围内不应存在积水；

步骤2：对变形体的清理达到滑动面以下的原状土层，土体开挖为机械开挖，膨胀土预留8cm厚人工清面；

步骤3：在换填土与清理坡面之间设置排水盲沟，排水盲沟材料采用砂砾料、碎石，排水盲沟为梯形断面，底宽0.5m，顶宽0.8m，深度0.5m；

排水盲沟侧面和底部铺设400g/m

步骤4：对渠道开挖的弱、中膨胀土进行破碎至设计要求，土料粒径应不大于10cm，其中10cm-5cm粒径含量不大于5％，5cm-5mm粒径含量不大于50％，采用液压碎土机施工；破碎筛分后的膨胀土用稳定土拌合机掺4％水泥加水拌合，摊铺时水泥改性土的含水率高于最佳含水率1.0％，以补偿摊铺及碾压过程中的水分损失；

步骤5：拌制水泥合格后，及时上渠分层填筑，填筑厚度30cm。为做到处理层与边坡更好地结合，应结合铺料和平仓施工将边坡面整理开挖成小台阶状，台阶高25cm，宽1m；采用振动夯夯实，压实度不小于94％，完成施工。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明的外部置换层通过采用一定厚度的非膨胀性黏土进行换填坡体表层膨胀土，使下部膨胀土体的含水量不至于发生剧烈的变化，施工简单，容易操作，效果好。

2)本发明水泥改性土层的膨胀土加水泥改性后，作为膨胀土保护材料具有取材方便，稳定性好，强度高，能够预防膨胀土渠坡浅表层破坏和有效减小渠基抬升变形，并对内部膨胀土起到很好的保护作用。

3)本发明外部置换层在含水量发生变化时，其胀缩性、土体结构稳定性、抗剪强度变化明显高于被保护土体，达到对被保护体进行有效保护的目的；水泥改性土层隔离膨胀土与外部环境直接作用，吸收膨胀潜能，同时提高渠坡表层土体抗剪强度，进而提高渠坡稳定性。

4)本发明外部置换层隔断大气降水进入膨胀土渠坡的通道，同时降低地下水位，减少换填层下的扬压力，保证换填层的稳定性；

5)本发明内部排水层疏排因降雨入渗和坡后积水下渗而产生的渗流，加速坡面水的疏导，减小降水入渗引起膨胀土含水量变化，防止坡面水土流失。

6)本发明内部排水层可以及时将水分通过排水盲端排出坡外，减弱土内水分的波动和胀缩现象的发生，防止裂隙面进一步扩张，向内部发展。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为内部排水层的平面布置图。

图3为排水盲沟的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置，包括弱膨胀土层1，其特征在于：还包括位于弱膨胀土层1上方的内部排水层2，位于内部排水层2上方的外部置换层3；

所述内部排水层2包括位于弱膨胀土层1上方的排水盲沟21，与排水盲沟21末端连接的排水管22；

所述外部置换层3包括位于排水盲沟21上方的弱膨胀土台阶层31，位于弱膨胀土台阶层31上方的水泥改性土层32。

所述排水盲沟21断面为梯形，排水盲沟21侧面和底部铺设复合土工膜213；所述排水盲沟21包括多个干盲沟211和多个支盲沟212。

所述排水盲沟21内回填有砂砾石214或碎石。

所述排水盲沟21底宽0.5m，顶宽0.8m，深度0.5m；干盲沟211之间的间距为8米，支盲沟212之间的间距为4m。

水泥改性土由弱膨胀土和水泥拌合得到，水泥改性土经分层铺平、碾压制得300mm厚水泥改性土层32，弱膨胀土台阶层31为高25cm，宽1m的台阶。

外隔内排式弱膨胀土表层边坡治理装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，疏导排水：对渠坡坡顶和附近地形的地表排水进行疏导，防止地表水冲刷清理后的变形体建基面，距离开口线30米范围内不应存在积水；

步骤2，土体开挖：对变形体的清理达到滑动面以下的原状土层，土体开挖为机械开挖，膨胀土预留8cm厚人工清面；土体开挖应集中力量快速施工，尽量缩短建基面暴露时间

步骤3，内部排水层的施工：在换填土与清理坡面之间设置排水盲沟21，排水盲沟21材料采用砂砾料、碎石，排水盲沟21为梯形断面，底宽0.5m，顶宽0.8m，深度0.5m；

排水盲沟21侧面和底部铺设400g/m

步骤4，水泥改性土的制作：对渠道开挖的弱、中膨胀土进行破碎至设计要求，土料粒径应不大于10cm，其中10cm-5cm粒径含量不大于5％，5cm-5mm粒径含量不大于50％，采用液压碎土机施工；破碎筛分后的膨胀土用稳定土拌合机掺4％水泥加水拌合，摊铺时水泥改性土的含水率高于最佳含水率1.0％，以补偿摊铺及碾压过程中的水分损失；

步骤5，外部置换层施工：拌制水泥合格后，及时上渠分层填筑，填筑厚度30cm。为做到处理层与边坡更好地结合，应结合铺料和平仓施工将边坡面整理开挖成小台阶状，台阶高25cm，宽1m；采用振动夯夯实，压实度不小于94％，膨胀土的改性处理，从加水拌合到碾压终了的延续时间，不宜超过4小时，碾压过程中如有弹簧土、松散土、起皮现象，应及时翻开重新碾压；完成施工。

本发明解决的技术问题是：目前应用于弱膨胀土表层边坡治理的方法不能有效防止大气降雨渗入到膨胀土边坡内，同时也无法快速地将地下水排放到坡面外，直接影响到边坡局部及整体稳定。

实际使用中，本发明主要由外部置换层和内部排水层两部分组成，其中外部置换层的作用是隔离弱膨胀土和大气降水，防止大气降水入渗导致弱膨胀土崩解、软化；内部排水层的作用是将弱膨胀土边坡内部的地下水快速排出坡外，防止地下水运动导致上缘拉裂造成渠坡的跌瓦式破坏。

其它未说明的部分均属于现有技术。