一种黑土区冻融边坡榫卯插接固土植生防护结构

本发明涉及水土保持工程，具体为一种黑土区冻融边坡榫卯插接固土植生防护结构。

背景技术：

1、我国东北黑土区是全球三大黑土带之一，该区域冬季漫长严寒、冻融循环频繁，季节性冻深可达1.5-2.5m，在公路、铁路、水利及土地整治工程中形成大量裸露土质边坡。传统边坡防护多采用浆砌片石、混凝土框架、格构锚固等刚性支护，或简单植草、土工格栅等柔性防护，以实现边坡稳定与坡面固土功能。

2、现有刚性防护结构自重较大、施工繁琐，在黑土区反复冻融作用下，易因土体冻胀融沉产生不均匀变形，导致框架开裂、节点脱榫、整体失稳；其不透水、不透气的特性还会阻断坡面排水，加剧孔隙水压力累积，进一步放大冻融破坏。同时，刚性结构无法与植被生长协同，生态修复效果差，难以适配黑土区生态保护与可持续治理需求。

3、常规柔性植生防护虽具备一定生态效益，但存在固土能力弱、抗冲刷性能差、抗冻性不足等突出问题。黑土黏粒含量高、透水性差，冻融后土体结构松散，普通土工布易淤堵、根系难穿透，植被存活率低；加之边坡拼接节点缺乏可靠锁紧设计，在冻胀位移与径流冲刷下，易出现框格松动、搭接脱开、局部坍塌，无法长期抵御冻融循环与土体滑移，导致防护失效快、运维成本高，难以满足黑土区冻融边坡长效稳定与生态覆绿的双重要求。

4、为此，本发明提出一种黑土区冻融边坡榫卯插接固土植生防护结构，针对性解决上述技术难题。

技术实现思路

1、1、本发明要解决的技术问题

2、本发明的目的在于提出一种黑土区冻融边坡榫卯插接固土植生防护结构以解决现有技术中存在的如下问题：

3、（1）解决黑土区冻融循环作用下，传统边坡防护结构易开裂、脱榫、锚固不牢、整体稳定性差的技术问题。黑土冻胀融沉变形大，常规刚性框架应力集中、节点连接薄弱，易出现松动、滑移甚至坍塌，无法适应冻融往复作用。

4、（2）解决传统防护固土与生态覆绿难以协同、排水反滤效果差、植被存活率低的技术问题。常规结构排水不畅加剧冻融破坏，土工布易淤堵、根系难穿透，植生层配比不合理导致出苗差、固土弱，难以实现长效固土与生态修复。

5、2、技术方案

6、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种黑土区冻融边坡榫卯插接固土植生防护结构，包括预制框，所述预制框内表面安装有环形内衬，所述环形内衬与预制框之间设置有连接膨胀槽，所述预制框上表面四角设置有压槽，所述压槽上开设有弧形辅助插槽，所述环形内衬上表面开设有t型回水膨胀槽，所述t型回水膨胀槽设置为上窄下宽型设计，还包括定位连接内撑机构，所述定位连接内撑机构设置在压槽中，所述定位连接内撑机构用于预制框的抗冻抗拉连接。

7、作为优选的，所述定位连接内撑机构包括插杆，所述插杆外周下表面开设有弧形圆角面，所述弧形圆角面中部外表面套设有四角连接块，所述四角连接块中部上表面开设有辅助槽，所述辅助槽中圆周开设有导向槽，

8、作为优选的，所述辅助槽导向槽中滑动安装有连接板，所述连接板一端固定安装有弧形内撑，所述连接板另一端开设有斜角面，所述弧形内撑设置为弧形，且与连接膨胀槽弧面角度相同，所述四角连接块分别卡设在压槽与连接膨胀槽中，所述斜角面与弧形圆角面坡面角度相同。

9、作为优选的，所述预制框主体采用c30抗冻混凝土预制轻型框格，薄壁设计，厚度6～10cm，所述插杆为不锈钢圆柱型限位插件，长1~1.2m，直径2.8~3cm，埋深0.9~1.1m，与框格压槽精准匹配。

10、作为优选的，所述预制框底部铺设双层功能化土布组合，所述双层功能化土布组合包括：

11、下层，长丝纺粘针刺非织造土工布，其中优选规格：单位面积质量200~300g/m²，等效孔径o90=0.15~0.25mm，透水率0.08~0.15cm/s，断裂强力≥10kn/m，顶破强力≥1.5kn，紧贴原状边坡，透水、透气、根系可穿透，阻隔黑土细颗粒流失，长期不淤堵；

12、上层：短纤针刺非织造土工布，优选为150~200g/m²，作为过渡层，提升基质与土工布的结合性，避免局部冲刷。

13、土工布上方铺设3~5cm薄层碎石，形成透水不透土、隔土不隔根的反滤固土层，快速排出边坡内部积水，降低孔隙水压力，从根源减轻冻融破坏，同时为植被根系向下生长提供通道。

14、作为优选的，所述环形内衬中部空腔内采用三层填充结构，自上而下，具体包括：

15、表层为覆绿层，厚度为3~5cm，采用腐熟泥炭土、乡土草种加纤维保水剂，所述乡土草种包括羊草、披碱草、冰草，实现保水出苗，快速覆盖；

16、中层为固土基质层，厚度为15~25cm，采用原状黑土、粉碎玉米秸秆加有机肥，所述原状黑土与粉碎玉米秸秆体积比为5:1，实现保水保肥、利于根系伸展，秸秆腐解提升有机质，增强土体抗剪强度；

17、底层为导水固根层，厚度为5~8cm，采用粗砂与腐殖土，且体积比3:1，衔接土工布，利于排水与根系下扎。

18、所述环形内衬中部填充层整体容重控制在1.1~1.3g/cm3，既保证土体稳固，又利于植被生长。

19、作为优选的，所述预制框靠近坡脚锚固与坡顶锁边坡脚设置预制限位短桩，防止水流淘刷导致边坡悬空失稳；坡顶设置浅槽式锁边结构，拦截地表径流，避免水流直冲坡面。

20、与现有技术相比，本发明提供的一种黑土区冻融边坡榫卯插接固土植生防护结构，具备以下有益效果：

21、（1）本发明通过方圆嵌套复合结构与榫卯插接多维锁紧，显著提升黑土区冻融边坡的整体抗变形与抗滑移能力。环形内衬将冻胀挤压力、土体侧压力均匀传导至方形外框，避免边角应力集中开裂；同时，定位连接内撑机构实现插杆纵向锁紧、弧形内撑横向顶紧的双向锚固，让多组预制框形成刚性整体，从根本上解决传统框架冻融后松动、脱榫、移位失效问题，大幅提升结构稳定性与耐久性。

22、（2）本发明依托双层功能化土工布+薄层碎石反滤层，实现透水不透土、隔土不隔根的精准防护效果，从源头削弱冻融破坏动力。下层长丝土工布阻隔黑土细颗粒流失且长期不淤堵，上层短纤土工布提升土体结合性，碎石层快速疏导边坡内部积水、降低孔隙水压力；同时为植被根系提供向下生长通道，使根系可穿透扎入原状土体，既减轻冻胀危害，又强化土体自身固持能力，实现工程防护与生态固土协同。

23、（3）本发明采用三层梯度填充结构，兼顾快速覆绿、长效固土与导水促根，显著提升黑土区植被建植成功率与坡面覆盖效率。表层覆绿层保水出苗快，中层固土基质层以黑土与秸秆配比提升有机质与抗剪强度，底层导水固根层顺畅排水并引导根系下扎；整体容重控制在适宜区间，既保证土体稳定，又为植被生长提供宽松环境，解决传统植生层出苗差、根系浅、易冲刷流失的难题。

24、（4）本发明采用c30抗冻混凝土薄壁轻型框格与不锈钢限位插件，实现轻量化、预制化、快速装配施工，大幅降低工程成本与工期。薄壁设计减轻自重、减少材料用量，榫卯插接与插杆锚固无需复杂现浇作业，适配大面积边坡快速施工；同时材料抗冻、抗老化性能与工程周期匹配，避免频繁维修更换，在保证防护强度的同时，显著提升工程经济性与可实施性。

25、（5）本发明通过t型回水膨胀槽、坡脚短桩、坡顶浅槽锁边形成全坡面系统防护，全面提升抗冻、抗冲刷、抗淘刷能力。t型回水膨胀槽分散冻胀应力并快速导排坡面积水，坡脚限位短桩防止水流淘刷导致悬空失稳，坡顶锁边结构拦截地表径流避免直冲坡面，其中t型回水膨胀槽纵向通长布置，提升整体导水与应力释放连续性。整套体系闭环防护，有效应对黑土区冻融循环、径流冲刷、土体滑移等多重病害，实现固土、抗冻、生态覆绿一体化长效治理。