一种柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施及其施工方法与流程

1.本发明涉及土工工程与水利工程技术领域，具体涉及到一种柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施及其施工方法。


背景技术：

2.渠道在农业灌溉、大范围调水等工程中作为主要的输水形式，在社会生态与经济发展中发挥着极为重要的作用。渠道边坡的稳定性直接影响到渠道的整体的输水性能和稳定性，传统的渠道边坡防护形式主要包括：干砌石块护坡、碎石护坡、混凝土板护坡和混合护坡等防护形式，上述防护形式在我国南部及温度较高区域防护效能较优异，但在膨胀土区域，特别是在高寒地区，渠道边坡由于受到冻融、冻胀等破坏形式，传统渠道边坡的防护结构已无法满足该地区渠道防护要求，且被破坏的防护结构、边坡侵蚀料均淤积于渠道底部，抬高渠道水位，对渠道正常过程能力产生较为严重的影响。


技术实现要素：

3.针对上述的不足或缺陷，本发明的目的是提供一种柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施及其施工方法，可有效解决现有技术中缺乏有效防止输水渠道冻胀破坏、侵蚀破坏的问题。
4.为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：
5.本发明提供一种柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施，防护结构的顶部与底部分别设置上固定部和下固定部，上固定部包括顶部固定槽，顶部固定槽内从上至下依次设置有回填胶结土层和回填石层一，下固定部包括底部固定槽，底部固定槽内从上至下依次设置有抗冲刷固定层和回填石层二，防护结构的表面通过u型钉固定有复合型材料防护层。
6.进一步地，复合型材料防护层由外至内依次分别为辅助防渗粘结层、抗冲抗老化层、连接缓冲层、主防渗层和保土反滤层。
7.本发明中复合型材料防护层(即柔性抗侵蚀柱状防护材料)具有优异的耐低温、抗冻胀、抗刺破、抗顶破及适应变形等特性。
8.进一步地，辅助防渗粘结层的材料为氰凝涂料，抗冲抗老化层的材料为pet布，连接缓冲层的材料为200g/m2土工布，主防渗层的材料为0.3
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0.5mm厚土工膜，保土反滤层的材料为400g/m2土工布。
9.进一步地，复合型材料防护层的结构形式采用柱状结构防护，且该复合型材料上表面在制作时，预留结构内部因填充变形的空间，底部则保持平直，增加材料的与渠道边坡的贴合度，该型防护设施每块的铺设面积为1～2m2。
10.进一步地，柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施的内部填充材料为农作物废弃物，且农作物废弃物的粒径远大于防护材料孔径。
11.进一步地，农作物废弃物为稻壳或秸秆。
12.本发明采用稻壳或秸秆为内部填充材料，具有很好的抗冲刷、抗侵蚀等特性。同时，该填充材料具有耐老化、粒径大、生态效益好、农作废弃物二次利用等优点。此外，以稻
壳或秸秆为填充材料具有很好的保温性能，在高寒地区可以保护渠道边坡发生冻融、冻胀等破坏形式，保护渠道边坡的边坡稳定性和输水稳定性。
13.本发明还提供上述柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施的施工方法，具体包括以下步骤：
14.步骤(1)：清理渠道边坡表面上杂物，修复平整渠道边坡；
15.步骤(2)：将粉碎好的稻壳装填入防护设施柱状预留孔内部，并进行封口，完成所有防护设施的填充工作；
16.步骤(3)：根据渠道边坡防护设施设计要求，将步骤(2)装填好的防护设施依次铺设于渠道边坡表面上，并运用连接绳将相邻的两块防护设施进行连接；
17.步骤(4)：根据u型钉固定方法，将步骤(3)中铺设完成的防护设施进行锚固，完成所有防护设施铺设；
18.步骤(5)：运用连接绳将四周固定端防护材料与柱状防护设施进行连接，并在防护设施四周边界处开挖一个宽40～55cm、深90～110cm的沟槽；
19.步骤(6)：将连接好的边界防护材料置于挖好的沟槽内部，同时运用u型钉锚固法对其进行锚固；
20.步骤(7)：待步骤(6)完成后，对于底部槽的回填方式为土工袋压脚方式；
21.步骤(8)：待步骤(6)完成后，对于两侧锚固沟的回填方式为块石回填方式；
22.步骤(9):待步骤(6)完成后，对顶部锚固沟的回填方式为土石分层夯实回填法。
23.本发明中边界固定采用边界u型土槽固定法，即在防护设施四周边界开挖宽40～55cm、深90～110cm的沟槽，随后将边界固定材料置于沟槽内部，并运用u型钉加以固定，最后对土槽进行回填；防护设施两侧沟槽回填方法采用大快石头压底层，上层胶结土回填的方法进行回填。该种方法可增加防护设施边界抗侵蚀特性，防止两侧沟槽内部回填料遇水出现滑移，保证防护设施安全稳定运行；为防止因土料胶结程度低等特点，故在顶部沟槽回填时，采用胶结土分层夯实法回填，在胶结土的制作则根据土料的分散性、胶结性、粒径等土的物理力学性质及水流特征等性质，确定石灰、水泥、土料的配合比，使该胶结土抗侵蚀特性达到最优；u型钉选用螺纹钢材质进行制作，其长度则根据水流抗侵蚀特性进行确定，以增加防护设施抗侵蚀抗冲刷特性。
24.进一步地，步骤(4)中u型钉固定方法的具体过程为：首先将u型钉钉入至u型钉总长的1/3～1/2，然后将其拔出，并在该孔灌入混凝土浆，最后将u型钉全部钉入。
25.进一步地，步骤(5)中沟槽的宽为50cm、深为100cm。
26.进一步地，步骤(5)中相邻两块防护设施采用连接绳的连接方式进行连接的具体过程为：首先在防护设施边界3
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4cm出钻烫连接孔，然后采用八字穿绳法连接，其中连接孔与连接绳直径则根据水流特征进行确定。
27.进一步地，步骤(7)中土工袋压脚方式的具体过程为：首先在防护设施底部开挖一条深1m宽0.5m的锚固沟，开挖完成后将连接好的锚固材料放入锚固沟，并运用u型钉进行锚固；然后将土工袋防护锚固沟中，在土工袋分层装入胶结土、砂或碎石等材料，并进行夯实；最后运用手持缝纫机对土工袋进行封口。
28.进一步地，步骤(8)中碎石回填方式的具体过程为：首先在防护设施顶部开挖一条深1m宽0.5m的锚固沟，开挖完成后将与防护设施连接锚固材料放置于锚固沟内；由于锚固
材料表面光滑，在对防护设施两侧进行锚固时，回填土体有出现沿坡面下滑的风险，故在运用u型钉对锚固材料进行锚固时，u型钉入方式采用半钉入方式，且在宽0.5m的锚固沟中，每一排u型钉钉入数量不少于5个；然后将准备好的碎石进行回填，最后采用分层夯实法将锚固沟挖出的土料进行夯实回填。
29.进一步地，步骤(9)中土料分层夯实回填法的具体过程为：首先在防护设施顶部开挖一条深1m宽0.5m的锚固沟，开挖完成后将与防护设施连接锚固材料放置于锚固沟内，随后运用u型钉对锚固材料进行锚固；最后将开挖出来的土料改性后，采用分层夯实法进行回填。
30.进一步地，步骤(9)中最后分层夯实法进行回填的具体过程为：先放入一层厚0.2m的土料，然后运用夯实机对其进行夯实，夯实完成后铺设第二层土料进行夯实，依次类推填满整个锚固沟。
31.本发明中为防止底部防护设施因水流侵蚀对防护设施造成破坏，底部回填方法采用复合土工袋压脚方式进行回填，即：待沟槽内部边界固定材料铺设、固定完成后，将复合土工袋置于沟槽内部，复合土工袋内部填充料可为土、胶结土、砂或碎石料，填充完毕后运用手持缝纫机对复合土工袋进行封口。
32.本发明具有以下优点：
33.1、本发明提供一种柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施，内部填充材料选用农作物废弃物，如稻壳、秸秆等农作物废弃物，该材料具有粒径大、耐老化、内腐蚀等优点，实现了防护设施与生态环境保护的有机融合。同时，使用农作物废弃稻壳、秸秆作为填充物，具有很好的保温功能，可以在一定程度上防止渠道发生冻胀破坏，保护渠道安全稳定的运行；
34.2、该型防护设施的柱状结构形式在制作时，底部保持平直状态，顶部则预留出每个柱状结构材料充填后膨胀空间，即该型防护材料在填充完毕后顶部呈柱状形态，底部则保持平直状态；
35.3、该型防护设施采用小面积多连接(每块防护设施面积为1m2)的防护进行铺设，有效解决了大面积防护设施体积大、质量大、难移动、冬季施工难度大等缺点，保证了施工质量与施工进度；
36.4、该型防护设施在施工时，防护设施底部采用复合土工袋压脚的方式进行回填，即首先在防护设施底部开挖一条锚固沟，如深1m宽0.5m，开挖完成后将连接好的锚固材料放入锚固沟，并运用u型钉进行锚固；然后将土工袋防护锚固沟中，在土工袋分层装入胶结土、砂或碎石等材料，并进行夯实；最后运用手持缝纫机对土工袋进行封口；该种施工方式，可以有效防止防护设施因底部侵蚀严重，随后水流将防护设施冲起，对防护设施产生破坏，有效保护渠道安全稳定的运行；
37.5.该型防护设施在施工时，首先u型钉在选材时选用螺纹钢进行制作；其次u型钉在进行锚固时：首先将u型钉钉入至一定深度，然后将其拔出，并在该孔灌入一定调配好的混凝土浆，最后将u型钉全部钉入其中；这样施工可以改良局部土质环境，使u型钉的抓地力更强，可以有效增加防护设施的抗侵蚀抗冲刷特性。
附图说明
38.图1为本发明柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施的断面结构示意图；
39.图2为本发明柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施铺设完成示意图；
40.图3为本发明柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施示意图。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
42.因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.实施例1
44.本例提供一种柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施，如图1
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3所示，防护结构的顶部与底部分别设置上固定部和下固定部，上固定部包括顶部固定槽，顶部固定槽内从上至下依次设置有回填胶结土层和回填石层一，下固定部包括底部固定槽，底部固定槽内从上至下依次设置有抗冲刷固定层和回填石层二，防护结构的表面通过u型钉固定有复合型材料防护层(即柔性抗侵蚀柱状防护材料)，复合型材料防护层由外至内依次分别为辅助防渗粘结层、抗冲抗老化层、连接缓冲层、主防渗层和保土反滤层，复合型材料防护层的结构形式采用柱状结构防护，且该复合型材料上表面在制作时，预留结构内部因填充变形的空间，底部则保持平直，增加材料的与渠道边坡的贴合度，该型防护设施每块的铺设面积为1m2，柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施的内部填充材料为稻壳，且稻壳粒径远大于防护材料孔径。
45.本例还提供上述柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施的施工方法，如图1
‑
3所示，具体包括以下步骤：
46.步骤(1)：清理渠道边坡表面上杂物，修复平整渠道边坡；
47.步骤(2)：将粉碎好的稻壳装填入防护设施柱状预留孔内部，并进行封口，完成所有防护设施的填充工作；
48.步骤(3)：根据渠道边坡防护设施设计要求，将步骤(2)装填好的防护设施依次铺设于渠道边坡表面上，并运用连接绳将相邻的两块防护设施进行连接；
49.步骤(4)：根据u型钉固定方法，将步骤(3)中铺设完成的防护设施进行锚固，完成所有防护设施铺设；其中，具体过程为：具体过程为：首先将u型钉钉入至u型钉总长的1/2，然后将其拔出，并在该孔灌入混凝土浆，最后将u型钉全部钉入；
50.步骤(5)：运用连接绳将四周固定端防护材料与柱状防护设施进行连接，并在防护设施四周边界处开挖一个宽50cm、深100cm的沟槽；其中，采用连接绳的连接方式进行连接的具体过程为：首先在防护设施边界3
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4cm出钻烫连接孔，然后采用八字穿绳法连接，连接孔与连接绳直径则根据水流特征进行确定；
51.步骤(6)：将连接好的边界防护材料置于挖好的沟槽内部，同时运用u型钉锚固法对其进行锚固；
52.步骤(7)：待步骤(6)完成后，对于底部槽的回填方式为土工袋压脚方式；具体过程为：首先在防护设施底部开挖一条深1m宽0.5m的锚固沟，开挖完成后将连接好的锚固材料放入锚固沟，并运用u型钉进行锚固；然后将土工袋防护锚固沟中，在土工袋分层装入胶结
土、砂和碎石，并进行夯实；最后运用手持缝纫机对土工袋进行封口；
53.步骤(8)：待步骤(6)完成后，对于两侧锚固沟的回填方式为块石回填方式；具体过程为：首先在防护设施顶部开挖一条深1m宽0.5m的锚固沟，开挖完成后将与防护设施连接锚固材料放置于锚固沟内；由于锚固材料表面光滑，在对防护设施两侧进行锚固时，回填土体有出现沿坡面下滑的风险，故在运用u型钉对锚固材料进行锚固时，u型钉入方式采用半钉入方式，且在宽0.5m的锚固沟中，每一排u型钉钉入数量不少于5个；然后将准备好的碎石进行回填，最后采用分层夯实法将锚固沟挖出的土料进行夯实回填；
54.步骤(9):待步骤(6)完成后，对顶部锚固沟的回填方式为土石分层夯实回填法；具体过程为：首先在防护设施顶部开挖一条深1m宽0.5m的锚固沟，开挖完成后将与防护设施连接锚固材料放置于锚固沟内，随后运用u型钉对锚固材料进行锚固；最后将开挖出来的土料改性后，采用分层夯实法进行回填，先放入一层厚0.2m的土料，然后运用夯实机对其进行夯实，夯实完成后铺设第二层土料进行夯实，依次类推填满整个锚固沟。
55.实施例2
56.本例提供一种柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施，与实施例1的区别仅在于：柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施的内部填充材料为秸秆，其余步骤及参数均相同。
57.本例的柔性抗侵蚀柱状渠道防护设施的施工方法与实施例1相同。
58.以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本领域的技术人员不经创造性劳动即对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代仍属本专利的保护范围。