专利名称：黄土边坡浅层加固及表层固结的方法
技术领域：
本发明属于土壤表层加固领域，具体为一种黄土边坡的加固方法。
背景技术：
中国是世界上黄土分布最广、厚度最大的国家，黄土地貌主要分布在北纬30° 48°间自西而东的条形地带上，面积约64万平方公里，其中山西、陕西、甘肃等省是典型的黄土分布区，分布面积广，厚度大。该地区不仅黄土面积大，而且地表水含盐量较多，植被不丰富。黄土具有目视可见的大孔和较发育的垂直节理，每当土层浸湿时或在重力作用的影响下，黄土层本身就失去了固结性能，常常引起强烈的沉陷和变形。黄土地区公铁路、农 田水利等基础设施建设时，形成大量多级开挖边坡，为提高边坡的稳定性，保障基础设施安全运营，通常采用浆砌石传统护坡措施。特别是对于粉质黄土边坡，坡面初形成时，坡面整体结构基本稳定，受日晒、风化、降雨等影响，短期内将出现风化剥落、塌陷等突出坡面失稳和整体破坏等突出问题，采取浆砌石传统护坡措施，不但工期长、造价高，而且浆砌石护坡易受不均匀变型、低温冻融、降雨侵蚀的影响，而断裂、倒塌。我国北方山西、陕西、甘肃等省的黄土主要为粉质黄土，土壤沙化严重，物候条件干燥，四季温差大，边坡的加固难度大，在道路工程、水利建设领域一直存在有对更有效的边坡加固技术的需求。
发明内容
为解决上述黄土地区边坡防护现存突出问题，本发明提出了黄土边坡浅层加固及表层固结的方法。为实现上述目的，具体技术方案为—种黄土边坡浅层加固及表层固结的方法，包括步骤I)开挖截排水沟在边坡外缘开挖截水沟。在平台内侧开挖横向排水沟，和/或在坡面上开挖纵向排水沟；2)截排水沟塑型在截排水沟表面喷涂水性聚氨酯树脂，即在步骤I)开挖的截水沟和排水沟表面喷涂水性聚氨酯树脂；3)钻孔垂直于坡面钻孔；4)加固钻孔后，在孔内注浆加固，所用的加固浆液为水泥粘土浆液、超细水泥浆液，水泥一水玻璃浆液、水玻璃一氯化钙浆、水性聚氨酯树脂浆液或丙烯酰胺浆液中的一种；5)制备固结层在浅层钻孔注浆加固的坡面上，喷涂水性聚氨酯，在坡面上形成固结层。其中，所述步骤I)之前还包括清理黄土边坡层风化松散层的步骤。采用人工和机械相结合的方式清理坡面表层风化松散层，对于新形成的工程坡面则无需清理。
其中，所述步骤I)中的截排水沟沟宽30_100cm，沟深20_50cm。其中，所述截排水沟包括截水沟和排水沟，其中截水沟沟宽40_100cm，沟深20-50cm ;排水沟宽 30_80cm,沟深 20_40cm。其中，所述截水沟位于坡面外边缘I. 5-3m范围内；排水沟为平台横向排水沟，和/或坡面纵向排水沟；平台横向排水沟与截水沟相通，坡面纵向排水沟与平台横向排水沟垂向相通。其中，所述步骤2)中喷涂水性聚氨酯树脂的入渗深度为3_7cm。水性聚氨酯以水为分散介质，浓度在8-20% (体积比)，在制备和使用过程中不使用有机溶剂，具有不燃、无毒、不污染环境、易加工等优点。水性聚氨酯树脂在坡面上形成具有良好的弹性、强度、抗寒和防渗功能的固结层，在气温低至_20°C时结构不发生变化。该黄土边坡加固方法适用于各种黄土坡面，尤其适于粉质黄土坡面的加固，有效解决了黄土坡面风化、冻融和降雨冲蚀，坡面浅层湿陷性滑塌等难题。
其中，所述步骤3)中钻孔的纵横间距O. 8-1. 5m的距离，孔径3-lOcm。其中，所述步骤4)中的加固浆液为水玻璃一氯化钙或水性聚氨酯树脂。注浆技术是一项实用性强、应用范围广的工程技术，它是用液压、气压或电化学的方法，把能能使岩土体固结的浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙或钻孔内，增强岩土体的强度、抗渗性、稳定性，从而达到改善岩土体的物理力学性质的目的。其中，所述步骤5)中喷涂水性聚氨酯的入渗深度2-5cm，水性聚氨酯浓度5_15%。本发明的有益效果在于通过对该坡面实施粉质黄土浅层加固及表层固结，有效增强了蓄水面以上坡面的稳定性，加固层土体的抗剪切强度比原素土抗剪切强度提高了近3倍，在坡面表层形成具有良好的弹性、强度、抗寒和防渗功能的固结层，彻底解决了表层风化剥落、坡面冲蚀问题。
图I为坡面的正面示意图。图2为坡面的剖面侧视图。图中，I为截水沟，2为平台，3为坡面，4为钻孔，5为坡面纵向排水沟，6为平台横向排水沟。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中，所用水性聚氨酯购自江苏艾特克环境工程设计研究院有限公司。实施例I :宁夏中卫市露天蓄水池黄土边坡浅层加固和表层的固结宁夏自治区中卫市露天蓄水池黄土边坡浅层防渗加固，坡面高4m，坡比I: O. 6，坡面风化剥落现象严重。属北温带大陆性季风气候，年平均气温8. 4°C，最低气温_20°C，最高气温33°C。针对该粉质黄土的土壤条件，加固步骤如下I、坡面清理。采用人工和机械相结合的方式清理坡面表层风化松散层。2、开挖截排水沟。在边坡外缘开挖截水沟，截水沟断面为自然弧形边沟，沟宽为60cm，沟深为40cm。坡面上间距50m开挖纵向排水沟，纵向排水沟断面为自然弧形边沟，沟宽为40cm,沟深20cm。
3、截排水沟塑型。在新开挖的截水沟和纵向排水沟表面喷涂水性聚氨酯树脂，浓度10%，入渗深度4cm。形成具有良好的弹性、强度、抗寒和防渗功能的固结层。4、在坡面上按照纵横间距为O. Sm的距离预设孔位，采用手持空心钻在预定孔位上垂直于坡面钻出钻孔，孔径为5cm,钻孔深度为70cm。5、钻孔后，采取双组份注浆技术(参见标准JGJ211-2010 )，在孔内注入水泥-水玻璃浆。6、在浅层钻孔注浆加固的坡面上，喷涂水性聚氨酯，浓度8%，入渗深度3cm。通过对该坡面实施粉质黄土浅层加固及表层固结，有效增强了蓄水面以上坡面的稳定性，加固层土体的抗剪切强度比原素土抗剪切强度提高了近3倍，在坡面表层形成具有良好的弹性、强度、抗寒和防渗功能的固结层，彻底解决了表层风化剥落、坡面冲蚀问题。 该固结层已制成3年，没有观察到破损。实施例2 :宁夏某市公路黄土边坡浅层加固和表层固结该坡面属三级边坡，坡面风化剥落现象严重。针对该粉质黄土的土壤条件，加固步骤如下(参见图I和图2)I、坡面清理。采用人工和机械相结合的方式清理坡面3表层风化松散层。2、开挖截排水沟。在边坡外边缘开挖截水沟1，截水沟I断面为自然弧形边沟，沟宽W2为60cm，沟深为40cm。在平台内侧开挖平台横向排水沟6，横向排水沟断面为自然弧形边沟，沟宽为50cm，沟深30cm。在坡面上间距50m开挖纵向排水沟5，纵向排水沟5断面为自然弧形边沟，沟宽Wl为40cm，沟深20cm。纵向排水沟5与平台横向排水沟6相通。3、截排水沟塑型。在新开挖的截水沟I和排水沟表面喷涂水性聚氨酯树脂，浓度10%，入渗深度4cm。形成具有良好的弹性、强度、抗寒和防渗功能的固结层。 4、在坡面上按照纵横间距D为O. Sm的距离预设孔位，采用手持空心钻在预定孔位上垂直于坡面钻出钻孔4，孔径为5cm，钻孔深度L为70cm。5、钻孔后，采取双组份注浆技术，在孔内注入水泥-水玻璃浆。6、在浅层钻孔注浆加固的坡面上，喷涂水性聚氨酯，浓度8%，入渗深度3cm。通过对该坡面实施粉质黄土浅层加固及表层固结，有效增强了坡面的稳定性，在坡面表层形成具有良好的弹性、强度、抗寒和防渗功能的固结层，彻底解决了表层风化剥落、坡面冲蚀问题。实施例3 :甘肃省某公路粉质黄土边坡加固该地年平均气温11. 5°C，年最低气温_20°C。该坡面为二级道路边坡，坡面面积7580平方米，一级坡高8m，二级坡高6. 5m,坡比1:0. 75，平台宽 2. 5mο边坡加固步骤包括I、采用人工和机械相结合的方式清理坡面表层风化松散层，保持坡面平整。2、开挖截排水沟。在边坡外边缘开挖截水沟，截水沟断面为自然弧形边沟，沟宽80cm，沟深45cm。在平台内侧开挖横向排水沟，排水沟断面为自然弧形边沟，沟宽为50cm，沟深30cm ;在坡面上每50m开挖纵向排水沟，纵向排水沟断面为自然弧形边沟，沟宽40cm，沟深20cm，纵向排水沟与平台横向排水沟相通。3、截排水沟塑型。在新开挖的截排水沟表面喷涂新型水性聚氨酯树脂，浓度为15%,入渗深度3cm。4、在坡面上按照纵横间距Im的距离预设孔位，采用手持空心钻在预定孔位上垂直于坡面钻孔，孔径8cm,深度100cm。5、钻孔后，采取双组份注浆技术，在孔内注入水玻璃一氯化钙浆。6、在浅层钻孔注浆加固的坡面上，喷涂新型水性聚氨酯，浓度为12%，入渗深度5cm。通过实施粉质黄土边坡浅层加固，有效提高了坡面整体稳定性，加固层的抗剪切和抗拉伸强度分别较原素土的抗剪切和抗拉伸强度提高了近2. 5和3. 4倍，有效解决了粉质黄土坡面风化剥落、降水冲蚀、坡面滑移等突出问题。与传统的浆砌石防护措施相比，避免了石料开采对环境的破坏，减少石料长距离运输和人工砌筑，每平米节约成本近20%。加 固工程完成后3年，没有观察到破损。
权利要求
1.一种黄土边坡浅层加固及表层固结的方法，包括步骤 1)开挖截排水沟在边坡外边缘开挖截水沟；在平台内侧开挖横向排水沟，和/或在坡面上开挖纵向排水沟； 2)截排水沟塑型在截排水沟表面喷涂水性聚氨酯树脂； 3)钻孔垂直于坡面钻孔； 4)加固钻孔后，在孔内注浆加固，所用的加固浆液为水泥粘土浆液、超细水泥浆液，水泥一水玻璃浆液、水玻璃一氯化钙浆、水性聚氨酯树脂浆液或丙烯酰胺浆液中的一种； 5)制备固结层在浅层钻孔注浆加固的坡面上，喷涂水性聚氨酯，在坡面上形成固结层。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤I)之前还包括清理黄土边坡层风化松散层的步骤。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤I)中的截水沟和排水沟的沟宽30-100cm，沟深20-50cm，截水沟和排水沟的沟宽和沟深相同或不同。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述截水沟沟宽40-100cm，沟深20_50cm；排水沟宽30-80cm，沟深20-40cm。
5.如权利要求1-4任一所述的方法,其特征在于,所述截水沟位于坡面外边缘I.5-3m范围内；排水沟为平台横向排水沟，和/或坡面纵向排水沟；平台横向排水沟与截水沟相通，坡面纵向排水沟与平台横向排水沟垂向相通。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中喷涂水性聚氨酯树脂的入渗深度为3_7cm。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中喷涂水性聚氨酯的体积浓度为 8-20%ο
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中钻孔的纵横间距O.8-1. 5m的距离。
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中的加固浆液为水玻璃一氯化钙或水性聚氨酯树脂。
10.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤5)中喷涂水性聚氨酯的入渗深度为2-5cm，水性聚氨酯浓度为5-15%。
全文摘要
本发明提供一种黄土边坡浅层加固及表层固结的方法，包括步骤1)开挖截排水沟；2)截排水沟塑型在截排水沟表面喷涂水性聚氨酯树脂；3)钻孔垂直于坡面钻孔；4)注浆钻孔后，在孔内注浆；5)制备固结层在浅层钻孔注浆加固的坡面上，喷涂水性聚氨酯，在坡面上形成固结层。通过对该坡面实施粉质黄土浅层加固及表层固结，有效增强了坡面的稳定性，加固层土体的抗剪切强度比原素土抗剪切强度提高了近3倍，在坡面表层形成具有良好的弹性、强度、抗寒和防渗功能的固结层，彻底解决了表层风化剥落、坡面冲蚀问题。
文档编号E02D3/10GK102926390SQ20121044841
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者祁有祥, 辜再元, 王京燕 申请人:北京北林绿源生态技术研究院有限责任公司