一种树枝状埋入式柔性生态的斜坡排水沟及施工方法

技术领域

本发明涉及地质灾害防治领域，尤其涉及一种树枝状埋入式柔性生态的斜坡排水沟及施工方法。

背景技术

滑坡是最为常见的地质灾害，对重大基础设施及人们的生命财产安全造成巨大损失或威胁。水是引起滑坡最为主要的外在因素，所以做好斜/边坡排水是滑坡防治的根本。现有坡体排水措施主要分为坡面排水和地下排水，其中坡面排水主要通过修筑坡表截、排水沟等结构实现。现有截、排水沟通常为浆砌片石或混凝土结构，由于此类结构为刚性结构，不具有与坡体协调变形的能力，一旦坡体发生变形后容易产生裂缝或破坏，此时截、排水沟的坡面排水能力丧失，坡体表面径流将直接入渗至坡体内部，使得坡体内部地下水位升高，孔隙水压力增大，土体发生软化，土体抗剪强度降低，最终导致边坡的安全系数降低，增大了滑坡发生的风险甚至诱发滑坡灾害；其次，对于某些高陡边坡或地形条件复杂的滑坡，浆砌片石或混凝土运输较为困难，施工难度大，施工成本较高；另外，当截、排水沟位于严寒地区时，浆砌片石和混凝土在低温条件下易收缩开裂，耐久性更加难以保证；最后，浆砌片石和混凝土的大量使用，将不可避免的破坏边坡原有绿化，影响美观，不符合国家提倡的绿色生态发展理念。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种树枝状埋入式柔性生态的斜坡排水沟及施工方法，该斜坡排水沟不仅具有良好的坡面及坡体浅层集排水能力，还具有与坡体良好的协调变形能力、良好的耐久性、施工便捷性以及绿色环保等显著优点，该斜坡排水沟整体性能优异，能够用于滑坡所在斜/边坡排水。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面，提供一种树枝状埋入式柔性生态的斜坡排水沟，所述排水沟沟底沿排水方向的坡度≥3％，并且按树枝状横向分布于斜/边坡纵向主排水沟的两侧，将排水沟内水体导入主排水沟内集中排出；所述排水沟与主排水沟的相交夹角θ为70-80°，分支排水沟沟底标高较主排水沟沟底高出30-40cm；所述汇入口封堵结构设置于分支排水沟与主排水沟交界位置，其由混凝土浇筑而成并与主排水沟可靠连接，截面形状与排水沟主体一致；所述分支排水沟在与主排水沟交界位置设置汇入口封堵结构汇入口封堵结构，汇入口封堵结构上设置透水挡板；排水沟表面与坡体原有地表倾角保持一致。

所述排水沟包括主体和前置集导水沟体，二者联通。所述排水沟主体的前侧表面与边/斜坡土体表面接触部位应对坡体进行削坡处理，形成三角形截面前置集导水沟体，削坡角度α应为30-45°，α即为前置集导水沟体底部与水平面夹角，其底部与主体位于前侧的防渗黏土层顶部相交，以此保证坡体表面径流可顺利流入主体，避免坡体表面径流过多的流经砂土层，使得砂土层发生流失。

削坡形成的前置集导水沟体内应充填小粒径碎石层，保证坡体径流可顺利流入，同时也为前置集导水沟体提供可靠支撑，其中前置集导水沟体表面应与坡体原有地表倾角保持一致；所述前置集导水沟体底部铺设一层透水土工布防止土体堵塞集排水通道，同时为坡体浅层渗水提供集排水通道；所述前置集导水沟体的深度应为排水沟主体前侧深度的40-60％。

本发明第二方面，提供一种树枝状埋入式柔性生态的斜坡排水沟，其特征在于：所述分支排水沟包括透水土工布、防渗土工膜、砂土层、中粗砂层、碎石层、防渗黏土层、前置集导水沟体；

所述排水沟主体的前侧上部连接三角形前置集导水沟体，主体与前置集导水沟体的侧壁通过透水土工布隔开；

主体底部及侧壁均铺设一层透水土工布(5)，并在主体上方除前侧上部外铺设一层防渗黏土层(10)，且将防渗土工膜(6)铺设于防渗黏土层(10)之上；主体上铺设的透水土工布(5)与沟底岩土体相连，防渗黏土层(10)固定于透水土工布(5)之上，防渗土工膜(6)固定于防渗黏土层(10)之上；主体内在防渗土工膜(6)之上依次填充碎石层(9)、中粗砂层(8)和砂土层(7)；

所述前置集导水沟体(11)底部也铺设透水土工布(5)，内部充填小粒径碎石层(901)，前置集导水沟体(11)表面与坡体原有地表倾角保持一致；前置集导水沟体(11)的深度为分支排水沟(4)主体深度的40％-60％，且前置集导水沟体的沟底与位于主体前侧的防渗黏土层(10)前侧顶部相交，前置集导水沟体的前侧与水平面夹角α为30-45°；所述小粒径碎石层(901)的最大粒径小于主体内填充的碎石层的最大粒径，且小粒径碎石层的最大粒径不超过5cm，其余特性与排水沟(4)主体内碎石层(9)保持一致。

所述透水土工布采用300-400g/m

所述碎石层(9)厚度为40-60cm，且具有良好级配、抗风化性和抗溶蚀性，最大粒径不超过10cm，不均匀系数Cu≥5，曲率系数Cc＝1～3。

所述排水沟的主体截面为类梯形，梯形底部宽度为50-100cm，底部两侧倾角β范围为60-70°，深度应为60-80cm。

所述排水沟主体在顶部砂土层中种植沟顶植被，顶部砂土层表面与斜坡地表原有倾角保持一致，起到绿化和固土护坡作用。

汇入口封堵结构(301)设置于分支排水沟(4)与主排水沟(3)交界位置，汇入口封堵结构(301)由混凝土(302)浇筑而成并与主排水沟(3)可靠连接，汇入口封堵结构(301)的截面形状与分支排水沟(4)主体一致；在混凝土(302)的中下部中锚固透水挡板(303)，在透水挡板(303)内侧铺设滤网(304)；

所述混凝土(302)采用C10-C15毛石混凝土或素混凝土，且厚度大于主排水沟(3)壁厚10-20cm；所述透水挡板(303)应采用铸铁制成的排水格栅挡板，其中每个格栅的长和宽均不大于5cm，透水挡板(303)厚度不小于3cm；所述滤网(304)采用铁质滤网，孔径为5-10mm；所述透水挡板(303)上标高应比防渗黏土层(10)前侧上标高低3-5cm；所述汇入口封堵结构(301)中透水挡板两侧及底部边界到混凝土外边缘的距离，即t1、t2、t3应比防渗黏土层厚度大3-5cm；汇入口封堵结构顶部标高应比排水沟(4)顶部高5-10cm。

本发明第三方面，提供一种树枝状埋入式柔性生态的斜坡排水沟的施工方法，所述施工方法的具体步骤是：

S1:根据斜/边坡地形地貌及水文气象条件计算坡面径流量，据此设计分支排水沟(4)和坡体纵向主排水沟(3)的布置数量、流量、位置、截面尺寸以及分支排水沟(4)的树枝状布置方案；

S2:依据S1的设计,修建主排水沟(3)及汇入口封堵结构(301)，开挖分支排水沟(4)截面，并对分支排水沟(4)两侧及沟底进行整平压实，形成梯形主体和三角形前置集导水沟体，且保证分支排水沟(4)底部沿主排水沟(3)的方向具有≥3％的坡度；

S3:在分支排水沟(4)内依次铺设透水土工布(5)、防渗黏土层(10)并压实平整，然后将防渗土工膜(6)铺设于防渗黏土层(10)之上；在前置集导水沟体(11)底部铺设透水土工布(5)，透水土工布底端与位于主体前侧的防渗黏土层相接；

S4:在防渗土工膜(6)之上填充碎石层(9)至排水沟(4)主体前侧防渗黏土层(10)顶部标高并整平压实，然后在中粗砂层(8)与砂土层(7)竖向交界位置、碎石层(9)与中粗砂层(8)竖向交界位置、前侧集导水沟体(11)与砂土层(7)交界位置分别放置薄板分隔不同土层，首先填充前侧集导水沟体11内小粒径碎石层901，然后填充碎石层(9)、中粗砂层(8)、砂土层(7)并且整平压实，待填充碎石层(9)、中粗砂层(8)、砂土层(7)至低于主体高度2-3cm后，将中粗砂层(8)与砂土层(7)竖向交界位置、碎石层(9)与中粗砂层(8)竖向交界位置的薄板抖动提出，将主体剩余未填充部分用砂土填充完整后抖动提出前侧集导水沟体(11)与砂土层(7)交界位置的薄板，最后用砂土和小粒径碎石分别对主体和前侧集导水沟体(11)表面进行修整，使排水沟表面与坡体原始地表倾角保持一致；

S5:待排水沟(4)内填充完成后在主体表面的砂土层(7)上均匀种植沟顶植被(12)。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明斜坡排水沟作为支排水沟呈树枝状横向分布于纵向主排水沟两侧，可对称布置也可非对称布置，形成了斜/边坡地表集、排水的径流网络，各分支排水沟与主排水沟之间具有70-80°夹角，使其在斜/边坡纵向也具有一定的水头差，有效提升斜/边坡地表及浅层渗水的排水效果；同时在分支与主排水沟交界位置设置汇入口封堵结构，防止排水沟内填充土体流入至主排水沟使其发生堵塞，有效提高排水沟耐久性。

(2)相较于常规浆砌片石或混凝土结构排水沟，本发明设置与主体联通的前置集导水沟体具有更好的集排水性，其不仅可以收集坡体表面径流，并且可以收集坡体浅层渗水，有效防止坡体表面径流入渗至坡体深层。

(3)本发明斜坡排水沟的沟体内仅填充各类土层、碎石层、透水土工布及防渗土工膜等柔性材料，不需要使用浆砌片石或混凝土，使其具有与坡体变形相协调的柔性特性，其耐久性明显提高，避免了常规排水沟因常发生断裂或开裂而导致的坡面排水失效问题。

(4)本发明斜坡排水沟埋入地下浅层，对坡体原始地表扰动较小，同时沟顶植被可起到绿化、美观、固土护坡的作用，而且沟内集水还可为植被提供水分，保证植被的存活率。

(5)本发明结构构造、施工简单，所用材料可就地取材、成本较低，工程造价可明显降低；

(6)本发明不产生建筑垃圾，排水沟为隐形埋入式且上部进行植被绿化，符合国家绿色生态的发展理念。

(7)本发明斜坡排水沟中前侧设置三角形截面前置集导水沟体，在排水沟主体底层及侧壁铺设透水土工布，其铺设范围为排水沟主体外轮廓，以此防止填充土体发生流失；在土工布上表面采用局部填充方式填充防渗黏土层，再在其表面铺设防渗土工膜，两者将共同防止沟内集水入渗至坡体内部，并为沟内集水提供良好排水边界，主体的前侧上方不铺设防渗黏土层，以此保证沟体前侧的坡体浅层渗水能够流入沟体内；防渗土工膜上方依次填充碎石层、中粗砂层、砂土层，以此防止沟体的集、排水通道被堵塞；沟体内主要以填充碎石为主，以此保证沟内集水可在沟体内具有良好的流动性，同时为沟体提供可靠支撑，防止沟体产生较大变形甚至破坏。

附图说明

图1为本发明中分支排水沟的截面结构示意图；

图2为本发明图1中A的局部放大结构示意图；

图3为本发明图1中B的局部放大结构示意图；

图4为本发明中分支排水沟的三维结构示意图；

图5为本发明中分支排水沟与主排水沟连接三维示意图；

图6为本发明中汇入口封堵结构的结构示意图；

图7为本发明图6中汇入口封堵结构的C-C剖面结构示意图；

图中：1、滑体，2、滑床，3、主排水沟，301、汇入口封堵结构，302、混凝土，303、透水挡板，304、滤网，4、树枝状埋入式柔性生态的斜坡排水沟，5、透水土工布，6、防渗土工膜，7、砂土层，8、中粗砂层，9、碎石层，901、小粒径碎石层，10、防渗黏土层，11、前置集导水沟体，12、沟顶植被。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请所要求的保护范围。

实施例1

本实施例公开了一种树枝状埋入式柔性生态的斜坡排水沟4(简称排水沟，参见图1-7)，该排水沟4为填充结构，主体截面为类梯形，包括：透水土工布5，防渗土工膜6，砂土层7，中粗砂层8，碎石层9，小粒径碎石层901，防渗黏土层10；前置集导水沟体11，沟顶植被12；

参见图1、4，排水沟4主体的底层首先铺设一层透水土工布5，防止分支排水沟4主体内的填充土体(包括防渗黏土、碎石、中粗砂、砂土等)在长时间水流冲刷下发生流失，排水沟4前侧上方透水土工布(即图1中前置集导水沟体与砂土层交界位置的透水土工布)可防止排水通道被土体堵塞；防渗黏土层10铺设在透水土工布5上方，其厚度应为5-10cm，防渗黏土层10上方铺设一层防渗土工膜6，两者将共同防止沟内集水入渗至坡体内部并且为其提供良好排水边界；防渗黏土层10在排水沟4主体的前侧高度应为排水沟4主体深度的40-60％，以此保证坡面径流及坡体浅层渗水可汇入主体内，同时又保证排水沟4内部具有一定的集、排水空间；本申请中前侧指的是坡体较高的一侧，即前置集导水沟体11与主体相交界面的位置，后侧指坡体较低的一侧，主体深度是指以主体类梯形截面前侧边界最高点到主体沟底的竖向投影距离。

优选地，土工布5一般采用300-400g/m

参见图1、4，排水沟4内以铺设碎石层9为主，其主要为主体提供良好的集、排水通道，并为排水沟4提供可靠支撑，防止排水沟4产生较大变形甚至破坏；

所述碎石层9应具有良好级配，其不均匀系数Cu≥5，曲率系数Cc＝1～3；碎石层9应具有不易风化且抗溶蚀的特性，例如砂岩、花岗岩等；排水沟4主体内碎石层9的厚度应为40-60cm，最大粒径不应大于10cm。

参见图1、4，所述前置集导水沟体11是为了保证排水沟4前侧的坡面径流可流入至分支排水沟4主体内，同时防止坡体表面径流过多的流经砂土层7，使得砂土层7发生流失；前置集导水沟体11内应填充小粒径碎石层901，为其提供可靠支撑，并为坡面径流提供良好的集水通道；前置集导水沟体11底部应铺设一层透水土工布5防止集水通道堵塞，同时为坡体浅层渗水提供集排水通道；前置集导水沟体11的表面应与坡体原有地表倾角保持一致；前置集导水沟体11内小粒径碎石层901的最大粒径不应大于5cm，其余特性应与分支排水沟4主体内碎石层9保持一致，使其能够在相对较小的前置集导水沟体中起到良好填充、受力均匀、排水、稳固效果；前置集导水沟体11的底部应与主体位于前侧的防渗黏土层10顶部相交，其深度应为10-15cm，前置集导水沟体11底部与水平面夹角α应为30-45°。

参见图1、2，防渗黏土层10在排水沟4前侧的顶部应铺设防渗土工膜6，并且防渗土工膜6还应延伸至防渗黏土层10的前侧区域(也就是防渗黏土层所有表面均不直接与外界接触，其表面均铺设防渗土工膜)，防止防渗黏土层10发生流失；所述防渗土工膜6延伸长度的竖直投影长度不小于5cm。

参见图1、3，防渗黏土层10在排水沟4主体后侧接近地表位置应进行倒角处理，避免防渗黏土层10延伸至地表，使其被坡面径流冲刷破坏；位于主体后侧的防渗黏土层10顶部倒角处理后呈现向主体内部倾斜的坡面，在防渗黏土层表面铺设防渗土工膜。

参见图2、3，图中透水土工布5和防渗土工膜6的厚度仅为示意，不代表其真实厚度；

所述排水沟4主体截面的底部宽度应为50-100cm，底部两侧倾角β应为60-70°，深度应为60-80cm；主体截面为类梯形结构，梯形的两个底部倾角β可以相同也可以不同，能够发生柔性变化，适应坡体情况，倾角范围均在60-70°之间。

排水沟4在顶部砂土层7上均匀种植沟顶植被12，起到绿化和固土护坡的作用；

参见图6、7，所述汇入口封堵结构301设置于分支排水沟4与主排水沟3交界位置，其由混凝土浇筑而成并与主排水沟3可靠连接，截面形状与分支排水沟4主体保持一致，修筑目的是为了防止分支排水沟4主体内填充土体流入至主排水沟3内使其发生堵塞；汇入口封堵结构301设置透水挡板303并锚固于混凝土302之中，即混凝土302中间靠下区域内设置透水挡板303，使排水沟4主体内的水经透水挡板303而进入主排水沟3，为碎石层9提供可靠支撑并提供排水通道；所述排水挡板303内侧铺设一层滤网304，防止小粒径碎石随水流进入主排水沟3内。

参见图6、7，所述透水挡板303上标高应比防渗黏土层10前侧顶部标高低3-5cm，防止中粗砂层8发生流失；所述汇入口封堵结构301中t1、t2、t3厚度(即透水挡板两侧及底部边界到混凝土外边缘的距离)应比防渗黏土层10厚度厚3-5cm，防止防渗黏土层10发生流失；汇入口封堵结构301顶部标高对应地应比分支排水沟4主体顶部高5-10cm，防止排水沟4内填充土体流入至主排水沟3内。

优选地，所述混凝土302应采用C10-C15毛石混凝土或素混凝土，厚度应大于主排水沟3壁厚10-20cm；所述透水挡板303应采用铸铁制成的排水格栅挡板，该材料具有强度高、耐腐蚀、耐磨的特性，其中每个格栅的长和宽均不大于5cm，透水挡板303厚度不小于2cm；所述滤网304应采用铁质滤网，孔径应为5-10mm。

实施例2

本实施例公开了一种树枝状埋入式柔性生态的斜坡排水沟的施工方法，包括以下步骤：

S1:根据斜/边坡地形地貌及水文气象条件计算坡面径流量，据此设计排水沟4和坡体纵向主排水沟3的布置数量、流量、位置、截面尺寸以及排水沟4作为支排水沟的树枝状布置方案(包括排水沟4与主排水沟3的夹角，相邻排水沟4之间的距离)等；

S2:依据S1的设计,修建主排水沟3及汇入口封堵结构301，开挖排水沟4截面，并对分支排水沟4两侧及沟底进行整平压实，形成梯形主体和三角形前置集导水沟体，且保证4排水沟4底部沿主排水沟3的方向具有≥3％的坡度；

S3:在排水沟4内依次铺设透水土工布5、防渗黏土层10并压实平整，然后将防渗土工膜6铺设于防渗黏土层10之上；在前置集导水沟体11底部铺设透水土工布5，透水土工布5底端与位于主体前侧的防渗黏土层10相接；

S4:在防渗土工膜6之上填充碎石层9至排水沟主体前侧防渗黏土层10顶部标高并整平压实，然后在中粗砂层与砂土层竖向交界位置、碎石层9与中粗砂层8竖向交界位置、前侧集导水沟体与砂土层交界位置分别放置薄板分隔不同土层，首先填充前侧集导水沟11内小粒径碎石层901，然后填充碎石层、中粗砂层、砂土层并且整平压实，待填充碎石层、中粗砂层、砂土层至低于主体前侧高度2-3cm后，将中粗砂层与砂土层竖向交界位置、碎石层与中粗砂层竖向交界位置的薄板抖动提出，再对主体剩余未填充部分用砂土填充完整后抖动提出前侧集导水沟体11与砂土层交界位置的薄板，最后用砂土和小粒径碎石分别对主体和前侧集导水沟体表面进行修整，使排水沟表面与坡体原始地表倾角保持一致；

S5:待排水沟内填充完成后在主体表面的砂土层上均匀种植沟顶植被。

本发明未述及之处适用于现有技术。