强风化泥岩深路堑边坡排水结构及施工方法、施工装置与流程

1.本发明涉及公路边坡排水施工领域，特别是一种强风化泥岩深路堑边坡排水结构及施工方法、施工装置。


背景技术：

2.某公路边坡地质结构为：表层粉质黏土；上层强风化砂岩泥岩互层，岩体极破碎，为软岩；下层中风化砂岩泥岩互层，砂岩质较硬，泥岩质较软，泡水后易软化，干后易崩裂，岩体较破碎，为软岩。泥岩浸水易软化，抗剪强度急剧下降，极易出现边坡沿该软弱层变形滑塌。因此降雨期间基岩裂隙水对边坡稳定。且坡顶至坡底高度差达到77米。由于地质条件极差，边坡表层容易失稳、开挖施工过程中容易造成边坡整体失稳，抗滑桩成井爆破也容易引起边坡失稳，且边坡高度较高，大型施工设备难以入场，尤其是大型抗滑桩施工设备难以架设，现场施工难度极高。为避免边坡滑移，减少降水对强风化砂岩泥岩的渗透是有益的，现有技术中的排水施工是将阵列布置的pvc管预埋到坡面，pvc管的管口外露，存在的问题是预埋pvc管需要打孔，在1：1的陡峭坡面施工较为困难，而且周围的渗入水很难全部排出。例如中国专利文献cn103410159a记载了一种膨胀土路堑边坡支护结构及其施工方法，即提出了设置泄水管的结构，但是渗入到坡面的地表水难以被排出。cn 111549799 a记载了一种应用于碎石土边坡综合防治体系，其中提出了设置沿坡向的急流排水管，能够提高渗入水的排泄速度，还通过设置集中渗流区和深层排水管提高渗入水的排泄速度。存在的问题是，急流排水管的排水范围较小，难以解决整个坡面的排水问题。而集中渗流区很容易导致该区域的水渗入到更深的坡面深处，导致滑坡，而且位于坡面的深层排水管也存在施工难度大的问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种强风化泥岩深路堑边坡排水结构及施工方法、施工装置，能够提高边坡的排水效果，避免水的渗入导致泥岩滑移。能够简化施工难度，尤其是在1：1坡面上施工的难度，并能够提高施工效率。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种强风化泥岩深路堑边坡排水结构，包括多个沿着边坡的主排水沟，多个预埋在坡面之下的水平排水管与主排水沟连接，水平排水管与主排水沟连接的一端高程较低，水平排水管远离主排水沟另一端高程较高；水平排水管上设有多个用于进水的孔；水平排水管为弧形。
5.优选的方案中，所述的水平排水管的管体外壁设有多孔碎石层，多孔碎石层的外壁设有渗水土工布层。
6.优选的方案中，所述的多孔碎石层为节段环形圆柱状的多孔混凝土。
7.优选的方案中，在多孔碎石层之外，渗水土工布层成螺旋状包绕在多孔碎石层之
外。
8.优选的方案中，所述的边坡从上到下设有多个水平布置的排水沟，主排水沟与水平布置的排水沟连通。
9.一种上述的强风化泥岩深路堑边坡排水结构的施工方法，包括以下步骤：s1、敷设水平排水管时，先施工水平管槽；s2、在边坡的顶部设置卷扬装置，利用卷扬装置将坡面开槽机下放到施工水平管槽的位置；s3、坡面开槽机以卷扬装置为圆心进行水平管槽的施工；s4、开挖沿坡面的排水主槽基础；s5、在水平管槽中埋设水平排水管，将水平排水管的端头与排水主槽基础连通；s6、施工排水主槽混凝土结构；通过以上步骤实现坡面排水结构施工。
10.优选的方案中，水平排水管施工前穿入多孔碎石层，并在多孔碎石层外包绕渗水土工布层；水平排水管布设在水平管槽内之后，在水平管槽内填充粒径0.5cm以上碎石。
11.一种用于上述的强风化泥岩深路堑边坡排水结构的施工装置，包括坡面开槽机，坡面开槽机的结构为：车体上设有行走轮，在车体两侧设有悬挂吊耳，车体的前端设有前牵引吊耳，车体的后端设有后牵引吊耳；在车体中间设有工作槽，工作槽一端支撑有两片锯槽锯片，电机通过传动机构驱动锯槽锯片旋转，锯槽锯片穿入工作槽，用于锯切水平管槽的两侧；工作槽的另一端支撑有转盘，电机通过传动机构驱动转盘旋转，在转盘的边缘设有多个销轴，销轴与摆锤铰接，摆锤用于穿过工作槽敲击坡面。
12.优选的方案中，转盘沿轴向设置为多个，转盘边缘设有用于容纳摆锤的空腔；摆锤位于两片锯槽锯片之间。
13.优选的方案中，还设有卷扬装置，卷扬装置用于设置在边坡的顶部，卷扬装置固设或者设置在限位导轨上，卷扬装置的钢丝绳用于连接坡面开槽机的车体的悬挂吊耳；卷扬装置的卷筒与定摩擦片连接，动摩擦片通过花键结构与轴连接，轴与蜗轮蜗杆结构连接，蜗杆通过弹性联轴器与卷扬电机连接；动摩擦片还与磁控装置连接，磁控装置用于控制动摩擦片沿轴滑动；动摩擦片与定摩擦片之间构成可脱开连接的摩擦传动结构。
14.本发明提供的一种强风化泥岩深路堑边坡排水结构及施工方法、施工装置，通过采用埋设树状排水结构的方案，与其他坡面处置措施配合，例如挂网喷植、框架梁等措施配合，能够拦截并排出渗入坡面的渗流水，大幅减少渗流水对强风化砂岩泥岩的侵害，确保基岩的稳定性，大幅降低滑坡几率。采用多孔碎石层和渗水土工布层的结构，能够避免水平排水管的管体的孔被堵塞，而且多孔碎石层采用节段管体的结构，也便于水平排水管的安装和敷设。采用的坡面开槽机，能够方便地在坡面开挖水平管槽，效率高，安全性高，操作方便。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的边坡坡面的正视图。
16.图2为本发明的边坡的横截面结构示意图。
17.图3为本发明的卷扬装置的结构示意图。
18.图4为本发明的坡面开槽机的俯视图。
19.图5为本发明的坡面开槽机的主视图。
20.图6为本发明中水平排水管的横截面示意图。
21.图中：边坡1，框架梁2，抗滑桩3，坡面开槽机4，车体401，行走轮402，轮轴403，传动机构404，悬挂吊耳405，后牵引吊耳406，前牵引吊耳407，行走电机408，锯槽锯片409，清槽锤410，锤击电机411，锯槽电机412，转盘413，摆锤414，工作槽415，预应力锚索5，锚杆6，平台7，测斜管8，卷扬装置9，磁控装置91，动摩擦片92，定摩擦片93，卷筒94，钢丝绳95，蜗轮96，蜗杆97，弹性联轴器98，卷扬电机99，排水结构10，水平排水管101，管体1011，多孔碎石层1012，渗水土工布层1013，排水主槽102，水平管槽103，底排水沟11，顶部排水沟12，平台排水沟13，导轮14，限位导轨15。
具体实施方式
22.实施例1：如图1中，一种强风化泥岩深路堑边坡排水结构，包括多个沿着边坡1的主排水沟102，多个预埋在坡面之下的水平排水管101与主排水沟102连接，水平排水管101与主排水沟102连接的一端高程较低，水平排水管101远离主排水沟102另一端高程较高；本例中的水平排水管101是指大致为水平向的排水管，这是与沿着坡面斜面方向的主排水沟102相对而言的。水平排水管101上设有多个用于进水的孔；由此结构，经过水平排水管101汇集坡面渗流水，从水平排水管101排入到排水主槽102内，将坡面渗流水快速排出，避免坡面渗流水使强风化泥岩砂岩产生滑移。经测试，本发明的排水结构，有效的克服了强风化砂岩泥岩互层结构的施工难题。
23.水平排水管101为弧形。由此结构，便于采用从边坡1下放的坡面开槽机4进行施工，而无需人员在坡面开凿，大幅降低施工风险，提高施工效率。
24.优选的方案如图6中，所述的水平排水管101的管体1011外壁设有多孔碎石层1012，多孔碎石层1012的外壁设有渗水土工布层1013。管体1011的材质为pvc。
25.优选的方案中，所述的多孔碎石层1012为节段环形圆柱状的多孔混凝土。在实验过程中，采用了将水平排水管101直接敷设在碎石中的方案，但是在实际施工过程中，发现水平排水管101的高程位置很难控制，即存在水平排水管101高低不平，受力不均的问题，影响最终排水效果。
26.优选的方案中，在多孔碎石层1012之外，渗水土工布层1013成螺旋状包绕在多孔碎石层1012之外。
27.优选的方案中，所述的边坡1从上到下设有多个水平布置的排水沟，例如顶部排水沟12、平台排水沟13和底排水沟11，主排水沟102与水平布置的排水沟连通。由此结构，构成一个完整的排水体系。完善的排水体系、支护体系和植被体系综合治理，能够有效解决强风
化泥岩深路堑边坡支护的技术难题。
28.实施例2：如图1、2中，一种上述的强风化泥岩深路堑边坡排水结构的施工方法，包括以下步骤：s1、敷设水平排水管101时，先施工水平管槽103；s2、在边坡1的顶部设置卷扬装置9，利用卷扬装置9将坡面开槽机4下放到施工水平管槽103的位置；优选的，设置卷扬装置9的位置最好相距一级坡面。以确保水平管槽的平直度。例如在一级坡面施工水平管槽103，则将卷扬装置9设置在三级坡面。
29.s3、坡面开槽机4以卷扬装置9为圆心进行水平管槽103的施工，优选的，施工过程中前段钢丝绳保持不动，后段的位置下放钢丝绳，以使水平管槽103具有一定倾角；优选的，位于顶级坡面时，将卷扬装置9设置在限位导轨15上，施工时，卷扬装置9沿着限位导轨15平移，且不断下放钢丝绳95。
30.s4、开挖沿坡面的排水主槽基础；排水主槽开挖也可以采用本发明的坡面开槽机4分多次进行开挖。将钢丝绳95牵引在坡面开槽机4的后牵引吊耳406上，更换大直径的锯槽锯片409和清槽锤410，沿着排水主槽102多次下滑施工即可快速完成排水主槽基础的开挖，无需将挖掘机开到平台位置进行施工，避免施工扰动造成坡面滑坡。
31.s5、在水平管槽103中埋设水平排水管101，将水平排水管101的端头与排水主槽基础连通；优选的方案中，水平排水管101施工前穿入多孔碎石层1012，并在多孔碎石层1012外包绕渗水土工布层1013；水平排水管101布设在水平管槽103内之后，在水平管槽103内填充粒径0.5cm以上碎石。
32.s6、施工排水主槽混凝土结构；排水主槽混凝土立模时，需要确保水平排水管101穿出内模模板，且将水平排水管101管口封堵，避免混凝土堵塞水平排水管101。
33.通过以上步骤实现坡面排水结构施工。
34.实施例3：如图4、5中，一种用于上述的强风化泥岩深路堑边坡排水结构的施工装置，包括坡面开槽机4，坡面开槽机4的结构为：车体401上设有行走轮402，优选的，行走轮402的表面设有多个齿，以便于在坡面实现自行走，行走轮402通过传动机构404与行走电机408连接，行走电机408和其他电机的控制采用电缆线的控制信号线进行控制或者采用遥控控制。本例中的传动机构404优选采用链传动机构。
35.在车体401两侧设有悬挂吊耳405，车体401的前端设有前牵引吊耳407，车体401的后端设有后牵引吊耳406；悬挂吊耳405用于连接位于边坡1顶部的卷扬装置9，前牵引吊耳407和后牵引吊耳406用于辅助牵引。后牵引吊耳406还用于在排水主槽102的施工过程中与卷扬装置9连接。
36.在车体401中间设有工作槽415，工作槽415一端支撑有两片锯槽锯片409，电机通过传动机构驱动锯槽锯片409旋转，优选的，采用独立的锯槽电机412进行驱动。锯槽锯片409穿入工作槽415，用于锯切水平管槽103的两侧；工作槽415的另一端支撑有转盘413，电机通过传动机构驱动转盘413旋转，优选
的，采用独立的锤击电机411驱动转盘413旋转。
37.在转盘的边缘设有多个销轴，销轴与摆锤414铰接，摆锤414用于穿过工作槽415敲击坡面。优选的，在锤击电机411的输出轴设置有弹性联轴器，以缓冲转盘413上摆锤414的冲击。
38.优选的方案中，转盘413沿轴向设置为多个，转盘413边缘设有用于容纳摆锤414的空腔；优选的，在每个转盘413上，摆锤414的数量不多于四个，均沿圆周均布。
39.摆锤414位于两片锯槽锯片409之间。摆锤414用于在离心力作用下锤击被切割后的坡面，将水平管槽103内的强风化岩体破碎，形成碎石，便于后继敷设水平排水管101。
40.优选的方案中，还设有卷扬装置9，卷扬装置9用于设置在边坡1的顶部，卷扬装置9固设或者设置在限位导轨15上，卷扬装置9的钢丝绳95用于连接坡面开槽机4的车体401的悬挂吊耳405；卷扬装置9的卷筒94与定摩擦片93连接，动摩擦片92通过花键结构与轴连接，轴与蜗轮蜗杆结构连接，蜗杆通过弹性联轴器98与卷扬电机99连接；动摩擦片92还与磁控装置91连接，磁控装置91用于控制动摩擦片92沿轴滑动；动摩擦片92与定摩擦片93之间构成可脱开连接的摩擦传动结构，优选的，常态下动摩擦片92与定摩擦片93互相接触，可摩擦传动。设置的磁控装置91类似一个大型的电磁铁，通过点动的方式，能够快速下放钢丝绳，控制更为方便，而蜗轮蜗杆结构传动比较大，而且能够实现自锁，能够有效固定坡面开槽机4。
41.使用时，将卷扬装置9的钢丝绳95与坡面开槽机4的车体401的悬挂吊耳405连接，另前后各设置一根牵引绳分别与前牵引吊耳407和后牵引吊耳406连接，利用卷扬装置9的磁控装置91点动将坡面开槽机4下放到位。启动锯槽电机412使锯槽锯片409开槽；启动然后锤击电机411使转盘413旋转，摆锤414敲击坡面使两片锯槽锯片409之间的岩石破碎，同时行走电机408驱动行走轮402行走，形成水平管槽103。在靠近排水主槽102的位置，点动磁控装置91，使动摩擦片92与定摩擦片93互相脱开，下放钢丝绳，使水平管槽103具有一定倾角，便于排水。
42.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。