本发明涉及边坡防护工程技术领域，具体是涉及一种膨胀图路堑边坡防护结构及施工方法。
背景技术：
目前，公路膨胀土路堑边坡传统治理方法一般是放缓边坡或者圬工结构防护，放缓边坡的防护原理是通过超挖土体减小下滑荷载，圬工结构防护的防护原理是以砖、石材作为建筑材料，通过将其与砂浆或小石子混凝土砌筑形成硬防护，以增加其抗滑力。由于膨胀土是浸水后体积剧烈膨胀、失水后体积显著收缩的黏性土，采用传统治理方法施作的边坡，容易因长时间受雨水影响而出现开裂、局部塌陷等现象，一旦出现坍塌现象还会影响公路行车安全。传统治理方法施作边坡时，还需要清除超挖的膨胀土，进而导致公路征地增加、项目建设成本增大。
技术实现要素：
本发明的第一目的是提供一种能有效治理膨胀土边坡，维持边坡基体结构稳定，防止发生开裂和局部塌陷等现象的膨胀土路堑边坡的防护结构。
本发明的第二目的是提供一种能有效治理膨胀土边坡，维持边坡基体结构稳定，防止发生开裂和局部塌陷等现象的膨胀土路堑边坡防护结构的施工方法。
为了实现上述的第一目的，本发明提供的一种膨胀土路堑边坡的防护结构，包括至少一个边坡基体，边坡基体包括底部防护结构、中部防护结构和顶部防护结构；底部防护结构位于路面以下，底部防护结构从下至上依次包括第一防水土工布、基础排水垫层和第一加筋层，在基础排水垫层内设置有渗沟，渗沟沿基础排水垫层的延伸方向延伸；中部防护结构沿边坡的斜面向上延伸地设置在底部防护结构上，中部防护结构从内至外依次包括内部排水层、第二加筋层和斜面耕种土层，内部排水层与基础排水垫层连接，内部排水层用于向基础排水垫层排水，第二加筋层设置在与第一加筋层上，斜面耕种土层位于路面以上；顶部防护结构包括第二防水土工布和顶部保护层，第二防水土工布设置在中部防护结构的顶部，顶部保护层设置在第二防水土工布上。
由上述方案可见，通过设置底部防护结构、中部防护结构和顶部防护结构，从边坡的底部、中部和底部多角度地保护边坡，有利于提高膨胀土路堑边坡的结构强度和结构稳定性；通过在底部设置基础排水垫层和渗沟，有利于及时排走边坡基体底部多余的水分，保证边坡基体底部的水分平衡和结构强度；通过设置内部排水层向基础排水垫层排水，有利于快速排走边坡基体中部多余的水分，保证边坡斜面的水分平衡和结构强度；通过在顶部设置第二防水土工布，使得边坡基体上方斜面内的多余水分能沿第二防水土工布横向排出至斜面耕种土层之外，有利于避免多余水分进入边坡基体，进一步提高边坡基体的水分平衡和结构强度；通过在边坡基体内设置第一加筋层和第二加筋层，有利于提高边坡基体的自身结构强度，防止出现开裂、局部塌陷等现象。
进一步的方案是，第一防水土工布设置为向上开口的凹槽结构，第一防水土工布的中部向下凹陷形成渗沟安装槽，渗沟设置在渗沟安装槽内，第一防水土工布靠近斜面的一侧向上延伸至斜面上；基础排水垫层为碎石层，基础排水垫层填筑在凹槽结构和渗沟安装槽内，基础排水垫层靠近斜面的一侧向上延伸并形成凸起部；第一加筋层与路面平齐，第一加筋层包括碎石土和至少一层第一土工格栅，第一土工格栅采用反包方式固定碎石土，在靠近斜面的一侧，第一加筋层的端面与凸起部的侧面邻接。
由上述方案可见，通过碎石回填形成基础排水垫层，有利于实现隔水和排水作用；通过将渗沟设置在渗沟安装槽内，使得渗沟处于一个较低位置，有利于基础排水垫层内的多余水分能快速汇聚至渗沟安装槽内并通过渗沟排出边坡基体之外；通过设置第一土工格栅反包碎石土，碎石土作为路基填筑材料具有渗透性强、抗剪强度高、密实度高、压缩变形低等优点，有利于提高底板防护结构的结构强度，防止发生坍塌现象。
进一步的方案是，内部排水层为碎石砂砾层，内部排水层的底部与凸起部连接，内部排水层通过凸起部向下排水；第二加筋层包括膨胀土和多层第二土工格栅，多层第二土工格栅呈阶梯式设置，膨胀土位于相邻两层第二土工格栅之间，第二土工格栅采用反包的方式固定膨胀土。
由上述方案可见，通过设置内部排水层通过凸起部向下排水，有利于及时向下排走多余水分，防止水分过渡浸润第二加筋层内的膨胀土；通过设置第二土工格栅反包固定膨胀土，有利于提高膨胀土的结构强度；本发明的膨胀土为超挖边坡时的膨胀土，有利于清除膨胀土，减少膨胀土清除所需费用，降低建设成本。
进一步的方案是，第二防水土工布在靠近斜面的一侧沿斜面向上延伸并伸入斜面之内，第二防水土工布在远离斜面的一侧穿过斜面耕种土层；在第二防水土工布靠近斜面的一侧上还设置有顶部垫层和排水沟，顶部垫层为砂砾垫层，顶部垫层位于顶部保护层内，排水沟沿顶部保护层的顶面向下凹陷，排水沟设置在顶部垫层上。
进一步的方案是，防护结构包括两个以上边坡基体，所有边坡基体沿边坡的斜面呈阶梯设置，所有边坡基体的内部排水层相互连接并向下排水。
由上述方案可见，通过设置两个以上的边坡基体，有利于根据不同高度的边坡，具体设置数量合适的边坡基体，以保护整个边坡。
为了实现上述的第二目的，本发明提供的一种膨胀土路堑边坡防护结构的施工方法，包括施作边坡基体步骤，施作边坡基体步骤包括超挖步骤和施作防护结构步骤，超挖步骤包括在边坡的斜面上超挖坡面并对坡面进行整平，在边坡的底部超挖凹槽，凹槽位于路面以下，并对凹槽的槽底进行碾压及整平；施作防护结构步骤包括依次执行施作底部防护结构步骤、施作中部防护结构步骤、施作顶部防护结构步骤，底部防护结构、中部防护结构与顶部防护结构由下往上依次布置。
进一步的方案是，在执行施作底部防护结构步骤之前，在凹槽的槽底向下开挖渗沟预安装槽；施作底部防护结构步骤包括：在凹槽的槽底和两侧槽壁上铺设第一防水土工布，第一防水土工布的中部向下铺设在渗沟预安装槽内，形成渗沟安装槽；在渗沟安装槽内施作用于排水的渗沟；在第一防水土工布和渗沟安装槽上填筑基础排水垫层，使得基础排水垫层在靠近斜面的一侧形成向上凸起的凸起部，基础排水垫层为碎石层；在基础排水垫层上施作第一加筋层，第一加筋层包括碎石土和至少一层第一土工格栅，第一土工格栅采用反包方式固定碎石土，在靠近斜面的一侧，第一加筋层的端面与凸起部的侧面邻接。
进一步的方案是，施作中部防护结构步骤包括：沿斜面施作内部排水层，内部排水层的下部与凸起部连接，内部排水层通过凸起部向基础排水垫层排水，内部排水层为碎石砂砾层；在第一加筋层上方施作第二加筋层，第二加筋层包括膨胀土和多层第二土工格栅，多层第二土工格栅呈阶梯式设置，膨胀土位于相邻两层第二土工格栅之间，第二土工格栅采用反包方式固定膨胀土；沿第二加筋层的倾斜面施作斜面耕种土层，夯实后进行绿化种植。
进一步的方案是，施作顶部防护结构步骤包括：在中部防护结构的顶部铺设第二防水土工布，第二防水土工布在靠近斜面的一侧沿斜面向上延伸并伸入斜面之内，第二防水土工布远离斜面的一侧穿过中部防护结构的斜面耕种土层；在第二防水土工布靠近斜面的一侧上施作顶部垫层和排水沟，顶部垫层为砂砾垫层，排水沟设置在顶部垫层上；在第二防水土工布上施作顶部保护层，顶部保护层设置在顶部垫层的上方且位于在排水沟的两侧。
进一步的方案是，施工方法还包括：在边坡的斜面上施作两个以上边坡基体，所有边坡基体沿边坡的斜面呈阶梯设置，所有边坡基体相互连接并能向下排水。
附图说明
图1是本发明实施例中边坡基体的结构图。
图2是图1中a处的放大图。
图3是图1中b处的放大图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
膨胀土路堑边坡的防护结构实施例
参见图1至图3，本发明提供的膨胀土路堑边坡的防护结构包括两个边坡基体，两个边坡基体呈阶梯地设置在边坡的斜面x上。边坡基体包括底部防护结构1、中部防护结构2和顶部防护结构3。
底部防护结构1位于路面l以下，底部防护结构1从下至上依次包括第一防水土工布11、基础排水垫层12和第一加筋层13。在边坡的底部超挖凹槽并在凹槽的槽底超挖渗沟预安装槽，凹槽位于路面l以下。第一防水土工布11设置在凹槽内，且第一防水土工布11的两侧分别铺设在凹槽的槽壁上，形成凹槽结构。在靠近边坡斜面x的一侧，第一防水土工布11沿凹槽槽壁向上延伸至斜面x上。第一防水土工布11的中部向下凹陷铺设在渗沟预安装槽内，形成渗沟安装槽111，在渗沟安装槽111内设置有用于向外排水的渗沟14，渗沟14沿边坡的延伸方向设置。基础排水垫层12填筑在第一防水土工布11形成的凹槽结构内和渗沟安装槽111内，基础排水垫层12为碎石层，具有隔水、排水的作用。基础排水垫层12靠近斜面x的一侧向上延伸并形成凸起部121，凸起部121与斜面x邻接且凸起部121的顶面低于路面l。第一加筋层13设置在基础排水垫层12之上并位于凸起部121的一侧，第一加筋层13的表面与路面l平齐。第一加筋层13包括碎石土132和两层第一土工格栅131，两个第一土工格栅131上下间隔预设距离地设置，碎石土132填筑在两个第一土工格栅131之间及在上一个第一土工格栅131之上，第一土工格栅131采用反包方式固定碎石土132并通过锚固件锚固。反包方式是指土工格栅边缘处向上弯折，以保住回填碎石土132。碎石土132作为填筑材料具有渗透性强、抗剪强度高、密实度高、压缩变形低等特点。在靠近斜面x的一侧，第一加筋层13的端面与凸起部121的侧面邻接。
中部防护结构2沿边坡的斜面x延伸地向上设置在第一加筋层13上，中部防护结构2从内之外依次包括内部排水层21、第二加筋层22和斜面耕种土层23。内部排水层21的底部伸入路面l以下并与凸起部121连接，使得内部排水层21通过凸起部121向基础排水垫层12排走多余水分。内部排水层21采用碎石、砂砾填筑而成，内部排水层21的厚度与凸起部121的厚度相等。第二加筋层22设置在第一加筋层13上，第二加筋层22包括膨胀土222和多层第二土工格栅221，多层第二土工格栅221呈阶梯式向上设置，膨胀土222回填在相邻两层第二土工格栅221之间，第二土工格栅221采用反包的方式固定膨胀土222并通过锚固件锚固。斜面耕种土层23设置在路面l以上并沿第二加筋层22的斜面x设置。斜面耕种土层23采用耕种土进行回填并夯实，斜面耕种土层23上可种植草、树木等植物进行绿化，既能起到美化效果，又能利用植物的蒸发、保水和防冲刷等作用，使得边坡基体膨胀土222的含水量保持在一个相对平衡的状态，维持边坡基体长期稳定。
顶部防护结构3包括第二防水土工布31、顶部保护层32、顶部垫层33和排水沟34。第二防水土工布31设置在中部防护结构2的顶部，第二防水土工布31靠近斜面x的一侧先沿斜面x向上延伸一段距离再伸入斜面x之内，第二防水土工布31远离斜面x的一侧穿过斜面耕种土层23，用于向斜面耕种土层23外侧排出多余水分。顶部垫层33设置在第二防水土工布31靠近斜面x的一侧上，顶部垫层33为砂砾垫层。顶部保护层32设置在第二防水土工布31上，顶部垫层33位于顶部保护层32内，排水沟34沿顶部保护层32的顶面向下凹陷，排水沟34位于顶部垫层33上。顶部保护层32为耕种土层，其上可进行绿化种植，或者，顶部保护层32为圬工结构层，通过硬防护增加边坡基体顶部的抗滑力，防止发生坍塌现象。
在本实施例中，两个边坡基体的结构相同，或者，在上一个边坡基体的底部防护结构1可根据实际需要调整，使得在上一个边坡基体能向在下一个边坡基体排水，本实施例优选为后者。即在上一个边坡基体的底部设置有用于与上下两个内部排水层21连接的平直排水层，平直排水层采用碎石、砂砾填筑而成，在上的内部排水层21能通过平直排水层向在下的内部排水层21排走多余水分。
一种膨胀土路堑边坡防护结构的施工方法实施例
本实施例提供的施工方法包括在边坡上施作至少一个边坡基体，本实施例优选为施作两个边坡基体，使得两个边坡基体沿边坡的斜面呈阶梯设置，两个边坡之间相互连接并能向下排走多余水分。
施作边坡基体步骤包括超挖步骤和施作防护结构步骤，施作防护结构步骤包括依次执行施作底部防护结构步骤、施作中部防护结构步骤、施作顶部防护结构步骤，底部防护结构、中部防护结构与顶部防护结构由下往上依次布置。
超挖步骤具体包括如下步骤：
首先，在边坡的斜面上超挖两个边坡基体的施工位置，两个施工位置呈阶梯布置并相互连通，对施工位置进行整平；然后，在边坡的底部，即在超挖坡面的底部超挖凹槽，使得凹槽位于路面以下，并对凹槽的槽底进行碾压及整平；接着，在凹槽的槽底向下开挖渗沟预安装槽。
施作底部防护结构步骤包括如下步骤：
在凹槽的槽底和两侧槽壁上铺设第一防水土工布，第一防水土工布的中部向下铺设在渗沟预安装槽内，使得第一防水土工布的中部形成有渗沟安装槽。
在渗沟安装槽内施作用于排水的渗沟，渗沟沿凹槽的延伸方向延伸；
在第一防水土工布和渗沟安装槽内填筑基础排水垫层，使得基础排水垫层在靠近斜面的一侧上形成有向上凸起的凸起部。基础排水垫层为碎石层。
在基础排水垫层上施作第一加筋层，第一加筋层包括碎石土和至少一层第一土工格栅。在施作第一加筋层时，先在基础排水垫层上铺设一层第一土工格栅，然后填筑碎石土，第一土工格栅采用反包方式固定碎石土；接着在碎石土上铺设一层第一土工格栅并填筑碎石土，以此方式逐层施作，直至第一加筋层的顶面与路面平齐。为了提高碎石土和第一土工格栅的连接稳定性，可通过锚固件将第一土工格栅与碎石土锚固在一起。在靠近斜面的一侧，第一加筋层的端面与凸起部的侧面邻接，且第一加筋层的顶面高于凸起部的顶面。
施作中部防护结构步骤包括如下步骤：
沿斜面施作内部排水层，内部排水层的下部伸入路面以下与凸起部连接，使得内部排水层能通过凸起部向基础排水垫层排水，内部排水层采用碎石、砂砾填筑而成。
在第一加筋层上方沿内部排水层的倾斜面施作第二加筋层，第二加筋层包括膨胀土和多层第二土工格栅，多层第二土工格栅呈阶梯式设置，膨胀图填筑在相邻两层第二土工格栅之间，第二土工格栅采用反包方式膨胀土，第二土工格栅和膨胀土之间还可以通过锚固件进行锚固。为了施工方便，内部排水层和第二加筋层可同步设置，即从下至上，填筑预设高度的内部排水层后，可进行相等高度的第二加筋层设置，直至到达边坡的目标高度，即到达中部防护结构的顶部。
在路面以上，沿第二加筋层的倾斜面施作斜面耕种土层，并对斜面耕种土层进行整平及夯实，经过夯实的斜面耕种土层上可进行绿化种植，绿化种植可作为边坡基体防护结构施工方法的最后一个步骤。
施作顶部防护结构步骤包括如下步骤：
在中部防护结构的顶部铺设第二防水土工部，使得第二防水土工布在靠近斜面的一侧沿斜面向上延伸一段距离后沿水平方向伸入斜面之内，第二防水土工部远离斜面的一侧从中部防护结构的斜面耕种土层穿出，使得边坡内多余的水分能沿第二防水土工布的延伸方向向外排出多余水分。
在第二防水土工部靠近斜面的一侧上施作预设面积的顶部垫层，并在顶部垫层上施作排水沟，顶部垫层有砂砾垫层，起找平作用。
在第二防水土工部上施作顶部保护层，顶部保护层设置在顶部垫层的上方且位于排水沟的两侧。顶部保护层为耕种土层，其上可进行绿化种植，或者，顶部保护层为圬工结构层，通过硬防护增加边坡基体顶部的抗滑力，防止发生坍塌现象。
本实施例提供的施工方法在完成在下一个边坡基体的施工后，接着进行在上一个边坡基体的施工。在上一个边坡基体无需设置底部防护结构，即在上一个边坡基体的底部通过平直排水层直接与在下一个边坡基体的内部排水层连接，使得上下两个边坡基体相互连接并能向下排水。
综上可见，本发明通过设置底部防护结构、中部防护结构和顶部防护结构，从边坡的底部、中部和底部多角度地保护边坡，有利于提高膨胀土路堑边坡的结构强度和结构稳定性；通过在底部设置基础排水垫层和渗沟，有利于及时排走边坡基体底部多余的水分，保证边坡基体底部的水分平衡和结构强度；通过设置内部排水层向基础排水垫层排水，有利于快速排走边坡基体中部多余的水分，保证边坡斜面的水分平衡和结构强度；通过在顶部设置第二防水土工布，使得边坡基体上方斜面内的多余水分能沿第二防水土工布横向排出至斜面耕种土层之外，有利于避免多余水分进入边坡基体，进一步提高边坡基体的水分平衡和结构强度；通过在边坡基体内设置第一加筋层和第二加筋层，有利于提高边坡基体的自身结构强度，防止出现开裂、局部塌陷等现象。
最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。