一种土工格室挡墙结构的制作方法

1.本发明涉及边坡防护技术领域，具体涉及一种土工格室挡墙结构。


背景技术：

2.因为寒区的大规模人为工程活动将会导致寒区的地质结构被破坏，所以当寒区的温度发生变化时寒区边坡的稳定性问题会更加突出；这些问题给寒区工程的建设及运营带来了重大的损失。而且冻融滑塌破坏逐渐增加，成为影响道路安全运营的主要威胁；所以，对寒区边坡防护结构的研究迫在眉睫。
3.在寒区，地质灾害频发，往往会造成大量滑坡以及结构、道路、生命线工程和其他重要设施的重大破坏，造成重大的经济损失；又因寒区独特的物理、热力学性质以及动力学问题的复杂性，使得寒区边坡的地震响应问题变成一个复杂的热、力相互作用难题。
4.土工格室挡墙是在土木工程建设中被广泛采用的一种结构物，是一种防止填土或土体变形、失稳、承受侧向土压力的结构物；土工格室挡墙一般由基础、土工格室、填料等主要部分组成，是由填料、土工格室组成的一个共同受力的土工结构物；这种结构内存在着墙背压力、土工格室与地基之间的摩擦力等相互作用力，这些力相互平衡，从而保证了该土工结构物的工程稳定性能。但是，目前的土工格室挡墙结构在寒区工程中应用较少，主要原因是土工格室挡墙内填料和墙后边坡容易发生冻胀融沉现象，导致挡墙破坏和边坡失稳，极易诱发地质灾害和工程病害。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种土工格室挡墙结构，旨在解决现有技术中的问题。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种土工格室挡墙结构，包括土工格室挡墙、通风系统和边坡，所述通风系统固定安装在所述边坡上；所述土工格室挡墙实施在所述边坡的斜坡上。
8.本发明的有益效果是：土工格室挡墙中填充保温材料，其在寒区地质环境下起到阻止外部大气与被防护寒区边坡的热量交换，保证边坡不因吸收热量而达到融点从而发生热融滑塌；又在土工格室挡墙墙后边坡中设置了通风系统，在冬季外部大气温度较低时，通风系统将外部冷空气引入到边坡内部以到达降温效果，减小活动层厚度，起到主动保护冻土的作用，减小寒区边坡热融滑塌风险；土工格室挡墙中填充的保温材料和碎石为非冻胀材料，避免因填料冻胀引起的土工格室挡墙破坏，进一步保证了土工格室挡墙在寒区工程中的稳定性。
9.在述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
10.进一步，所述土工格室挡墙包括土工格室网格和填料层，所述土工格室网格固定安装在所述边坡的斜坡上；所述填料层填充在所述土工格室网格内。
11.采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，安装方便，通过土工格室网格和填
料层增加土工格室挡墙的稳定性。
12.进一步，所述土工格室挡墙还包括内层填料，所述内层填料填充在所述土工格室网格上的网格孔内，用于排水。
13.采用上述进一步方案的有益效果是工作过程中，通过内层填料对挡墙结构内部的积水进行排水，避免挡墙结构内部积水，保证土工格室挡墙的稳定性。
14.进一步，所述土工格室挡墙还包括可保温的中间层填料，所述中间层填料填充在所述土工格室网格上的网格孔内。
15.采用上述进一步方案的有益效果是工作过程中，通过中间层填料可维持土工格室挡墙内外温度差及防止内外热交换，保证土工格室挡墙的稳定性。
16.进一步，所述土工格室挡墙还包括外层填料，所述外层填料填充在所述土工格室网格上的网格孔内，用于种植植被。
17.采用上述进一步方案的有益效果是工作过程中，通过外层填料可以用于种植植物，在一定程度下保温和保护生态，进一步保证土工格室挡墙的稳定性。
18.进一步，所述通风系统包括通风机、通风管道和花管，所述通风管道埋设于所述边坡内，其下端敞口、上端封闭，且其上端向上延伸至所述边坡外；所述通风管道的上端设有内外贯穿的排风口，其上端对应所述排风口周围的位置还间隔设有多个内外贯穿的进风口；所述花管安装在所述通风管道内，其上端敞口、下端封闭，且其上端向上延伸至与所述通风管道的上端固定连接并与所述排风口连通，下端延伸至所述通风管道的下端处并间隔设有多个内外贯穿的通风孔；所述通风机固定安装在所述通风管道的上端，并与所述排风口连通。
19.采用上述进一步方案的有益效果是工作状态的通风机会在通风管道内产生负压区，在寒冷季节，密度较大的冷空气在自重和通风管道内的负压作用下会从进风口进入通风管道内，并流经通风管道底部与周围土体对流换热，带走活动层土体热量，降低活动层土体温度；在通风机的抽吸作用下，完成对流换热作用后的气体会流经花管上的通风孔进入花管内，并在通风机的抽吸作用下依次从排风口及通风机排向外界，并不断将边坡土体中的热量带走，达到主动保护地基土冻结状态的目的；该方案工作过程中，通过通风管道内冷空气与边坡进行接触，发生热量交换，从而达到防护边坡的效果；同时，在风力做用下带动通风机扇叶将空气吹入到通风管道中，从而使通风管道之中空气流通。
20.进一步，所述通风管道和所述通风机的连通处固定安装有阀门。
21.采用上述进一步方案的有益效果是工作过程中，在特定时间里例如寒冷季节通过阀门可控制进入通风管道内的空气量，从而保证边坡内气流的稳定，进而保证边坡防护的效果。寒冷季节，阀门打开，冷空气进入通风管道与边坡内土体完成热量交换后排出，带走土体中热量；暖季，阀门关闭，防止热空气进入边坡，造成冻土融化和边坡滑塌，阀门开关可根据外界气温设定阈值进行调节。
22.进一步，还包括排水系统，所述排水系统包括集水沟，所述集水沟位于所述边坡的坡底，且其位于所述土工格室挡墙的下方。
23.采用上述进一步方案的有益效果是工作过程中，通过集水沟收集土工格室挡墙和寒区边坡中渗透下来的积水，通过排水系统可排出土工格室挡墙之中的积水，以达到降低土工格室挡墙中的渗透压力，防止土工格室挡墙被破坏，从而延长工程使用寿命。
24.进一步，所述排水系统还包括排水沟，所述排水沟位于所述边坡坡底对应所述集水沟远离所述边坡的斜坡一侧的位置，其通过排水管道组件与所述集水沟连通。
25.采用上述进一步方案的有益效果是工作过程中，通过排水沟起到路边排水和对积水进行导流的作用，提高排水的效果。
26.进一步，所述集水沟内填充有填充层。
27.采用上述进一步方案的有益效果是工作过程中，通过填充层可提高排水的效果，且可避免积水损坏集水沟，保证排水的效果。
附图说明
28.图1为本发明的整体结构示意图；
29.图2为本发明的部分结构示意图之一；
30.图3为本发明的部分结构示意图之二；
31.图4为本发明中通风系统的结构示意图；
32.图5为本发明中通风系统的内部结构示意图；
33.图6为本发明中通风系统的局部结构示意图；
34.图7为本发明通风系统中阀门的结构示意图；
35.图8为本发明通风系统中通风机的结构示意图。
36.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
37.1、土工格室挡墙；11、土工格室网格；12、内层填料；13、中间层填料；14、外层填料；2、通风系统；21、通风管道；211、排风口；212、进风口；22、阀门；23、通风机；24、花管；241、通风孔；3、排水系统；31、集水沟；32、排水管道；33、排水沟；34、填充层；4、边坡。
具体实施方式
38.以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
39.如图1至图8所示，本发明提供一种土工格室挡墙结构，包括土工格室挡墙1、通风系统2和边坡4，通风系统2固定安装在边坡4上；土工格室挡墙1固定安装在边坡4的斜坡上。
40.土工格室挡墙中填充保温材料，其在寒区地质环境和严寒天气环境下起到阻止外部大气与被防护寒区边坡4的热量交换，保证边坡4不因吸收热量而达到融点从而发生热融滑塌；又在土工格室挡墙墙后边坡4中设置了通风系统2，在冬季外部大气温度较低时，通风系统将外部冷空气引入到边坡4 内部以到达降温效果，减小活动层厚度，起到主动保护冻土的作用，减小寒区边坡热融滑塌风险；土工格室挡墙中填充的保温材料和碎石为非冻胀材料，避免因填料冻胀引起的土工格室挡墙破坏，进一步保证了土工格室挡墙在寒区工程中的稳定性。
41.应用时，本发明所提供的土工格室挡墙结构主要应用于寒冷地区，也可以应用于其他气温温和的地区。
42.实施例1
43.在上述结构的基础上，本实施例中，土工格室挡墙1包括土工格室网格 11和填料层，土工格室网格11通过本领域技术人员所能想到的方式固定安装在边坡4的斜坡上；填料
层填充在土工格室网格11内。该方案结构简单，安装方便，通过土工格室网格11和填料层增加土工格室挡墙1的稳定性。
44.实施例2
45.在实施例1的基础上，本实施例中，上述土工格室网格11优选耐寒材料制成，例如聚氨酯，延长土工格室网格11的使用寿命。
46.实施例3
47.在实施例1至实施例2任一项的基础上，本实施例中，土工格室挡墙1 还包括内层填料12，内层填料12填充在土工格室网格11上的网格孔内，用于排水。工作过程中，通过内层填料12对挡墙结构内部的积水进行排水，避免挡墙结构内部积水，保证土工格室挡墙1的稳定性。
48.实施例4
49.在实施例3的基础上，优选地，本实施例中，内层填料12优选碎石，碎石直接填充在土工格室网格11上的网格孔内，对挡墙结构内部的积水进行排水，避免挡墙结构内部积水，排水效果较佳，保证土工格室挡墙1的稳定性。
50.优选地，本实施例中，上述碎石的粒径范围为10-30mm，并且碎石颗粒之间集配良好。
51.实施例5
52.在实施例1至实施例4的基础上，本实施例中，土工格室挡墙1还包括可保温的中间层填料13，中间层填料13填充在土工格室网格11上的网格孔内。工作过程中，通过中间层填料13可维持土工格室挡墙1内外温度差及防止内外热交换，保证土工格室挡墙1的稳定性。
53.基于上述方案，上述中间层填料13可以与内层填料12择一存在，也可以二者并存，二者并存时中间层填料13填充在土工格室网格11上的网格孔内，且覆盖在内层填料12上。
54.实施例6
55.在实施例5的基础上，本实施例中，上述中间层填料13优选由保温材料制成，保温效果较佳。
56.优选地，本实施例中，保温材料应当选择导热系数小于0.05的保温隔热材料，如隔热纤维砖、玻璃棉、粒状软木等，并将保温材料制成与土工格室网格11形状一样的成品。
57.上述设置保温材料的原理是防止夏季外界高温与冻土进行热量交换，导致冻土温度降低进而引起边坡热融滑塌。
58.实施例7
59.在实施例1至实施例6的基础上，本实施例中，土工格室挡墙1还包括外层填料14，外层填料14填充在土工格室网格11上的网格孔内，用于种植植被。工作过程中，通过外层填料14可以用于种植植物，在一定程度下保温和保护生态，进一步保证土工格室挡墙1的稳定性。
60.优选地，本实施例中，上述外层填料14优选土壤。
61.基于上述方案，上述内层填料12、中间层填料13和外层填料14分布的方式可以为：
62.方案一：内层填料12、中间层填料13和外层填料14三者并存，此时内层填料12、中间层填料13和外层填料14由下至上依次填充在土工格室网格 11上的网格孔内。该方案防护效果最佳。
63.方案二：内层填料12、中间层填料13和外层填料14择一存在，即三种填料中选择一种填充在土工格室网格11上的网格孔内，此时土工格室网格 11所有的网格孔内均填充同一种填料，或者多个网格孔内可用多种不同的填料填充，但是每个网格孔内填充一种填料。
64.方案三：内层填料12、中间层填料13和外层填料14选择任意两种填料，即土工格室网格11上的每个网格孔内填充两种填料，具体可以为：
65.(1)内层填料12和中间层填料13并存时，此时内层填料12和中间层填料13由下至上依次填充在土工格室网格11上的网格孔内。
66.(2)内层填料12和外层填料14并存，此时内层填料12和外层填料14 由下至上依次填充在土工格室网格11上的网格孔内。
67.(3)中间层填料13和外层填料14并存时，此时中间层填料13和外层填料14由下至上依次填充在土工格室网格11上的网格孔内。
68.实施例8
69.在上述各实施方式的基础上，本实施例中，通风系统2包括通风机23、通风管道21和花管24，通风管道21埋设于边坡4内，其下端敞口、上端封闭，且其上端向上延伸至边坡4外；通风管道21的上端设有内外贯穿的排风口211，其上端对应排风口211周围的位置还间隔设有多个内外贯穿的进风口212；花管24安装在通风管道21内，其上端敞口、下端封闭，且其上端向上延伸至与通风管道21的上端固定连接并与排风口211连通，下端延伸至通风管道21的下端处并间隔设有多个内外贯穿的通风孔241；通风机 23固定安装在通风管道21的上端，并与排风口211连通。
70.工作状态的通风机23会在通风管道21内产生负压区，在寒冷季节，密度较大的冷空气在自重和通风管道21内的负压作用下会从进风口212进入通风管道21内，并流经通风管道21底部与周围土体对流换热，带走活动层土体热量，降低活动层土体温度；在通风机23的抽吸作用下，完成对流换热作用后的气体会流经花管24上的通风孔241进入花管24内，并在通风机 23的抽吸作用下依次从排风口211及通风机23排向外界，并不断将边坡土体中的热量带走，达到主动保护地基土冻结状态的目的。
71.该方案工作过程中，通过通风管道21与边坡4进行接触，发生热量交换，从而达到防护边坡的效果；同时，在风力做用下带动通风机23扇叶将空气吹入到通风管道21中，从而使通风管道21之中空气流通。
72.基于上述方案，上述通风管道21应当由耐寒材料例如聚氨酯制成，直径可以为300-600mm。
73.另外，通风机23可以设置为无动力的风帽装置，其结构及原理为现有技术，在此不再进行赘述。
74.通风系统2在冻结期时存在热交换，冷空气沿通风管道21向边坡4内部下沉，热空气沿通风管道21向边坡4外部上升。通风管道21对于降低土体温度、防止其冻土的融化具有十分积极的作用。在冻结期，通风系统2可更为有效降低边坡4内的温度，从而达到主动冷却冻土层的目的，且可以提升冻土层厚度，减小冻融层土体与土工格室挡墙之间的土压力，进一步提土工格室挡墙的安全稳定性。因此保护冻土边坡方面，在挡墙中采用通风管道 21是可行的。
75.实施例9
76.在实施例8的基础上，本实施例中，上述通风管道21优选折弯状结构的管体，其由管体一和管体二拼接而成，且管体一的两端和管体二的两端均敞口；管体一埋设在边坡4内，并与边坡4的斜坡平行；管体二与管体一连通，且其上端竖直向上延伸至边坡4坡顶的上方，通风机23固定安装在管体二的上端。
77.实施例10
78.在实施例8至实施例9任一项的基础上，本实施例中，通风管道21和通风机23的连通处固定安装有阀门22，阀门22固定安装在管体二上端处。工作过程中，在特定时间里例如寒冷季节通过阀门22可控制进入通风管道 21内的空气量，从而保证边坡4内气流的稳定，进而保证边坡防护的效果。寒冷季节，阀门22打开，冷空气进入通风管道21与边坡4内土体完成热量交换后排出，带走土体中热量；暖季，阀门22关闭，防止热空气进入边坡4，造成冻土融化和边坡滑塌，阀门开22关可根据外界气温设定阈值进行调节。
79.实施例11
80.在实施例10的基础上，本实施例中，上述阀门22优选电子阀，电子阀通过线路与控制中心连接，工作人员在控制中心控制上述阀门22，实现智能控制。
81.除上述实施方式外，上述阀门22也可以采用手动阀，但是手动阀需要人工在现场操作，操作较为繁琐，费时费力。
82.相比较而言，阀门22优选电子阀，便于智能控制，操作方便，省时省力。
83.需要说明的是，上述阀门22应当设置在距离地面一定高度之上，防止在大雪天气被雪层覆盖。
84.实施例12
85.在上述各实施方式的基础上，本实施例还包括排水系统3，排水系统3 安装在边坡4的底部，通过排水系统3可排出土工格室挡墙1之中的积水，以达到降低土工格室挡墙1中的渗透压力，防止土工格室挡墙1被破坏，从而延长工程使用寿命。
86.实施例13
87.在实施例12的基础上，本实施例中，排水系统3包括集水沟31，集水沟31位于边坡4的坡底，且其位于土工格室挡墙1的下方。工作过程中，通过集水沟31收集土工格室挡墙1和寒区边坡4中渗透下来的积水，通过排水系统3可排出土工格室挡墙1之中的积水，以达到降低土工格室挡墙1 中的渗透压力，防止土工格室挡墙1被破坏，从而延长工程使用寿命。
88.基于上述方案，上述集水沟31由边坡4的坡底内凹形成。
89.实施例14
90.在实施例13的基础上，优选地，本实施例中，集水沟31的断面形状为矩形，断面宽度与高度应当根据地下水量的实际情况来确定。
91.实施例15
92.在实施例13至实施例14的基础上，本实施例中，排水系统3还包括排水沟33，排水沟33位于边坡4坡底对应集水沟31远离边坡4的斜坡一侧的位置，其通过排水管道组件与集水沟31连通。工作过程中，通过排水沟33 起到路边排水和对积水进行导流的作用，集水沟31内收集的积水通过排水管道32进入排水沟33，提高排水的效果。
93.基于上述方案，上述排水沟33由边坡4的坡底内凹形成。
94.实施例16
95.在实施例15的基础上，本实施例中，上述排水管道组件包括多根排水管道32，多根排水管道32均匀间隔并排分布在边坡4的坡底，且每根排水管道32的两端均敞口，并分别延伸至集水沟31和排水沟33。
96.基于上述方案，每根排水管道32的管径与排水管道32之间的间距，也应当根据地下水量的实际情况来确定。
97.实施例17
98.在实施例13至实施例16的基础上，本实施例中，集水沟31内填充有填充层34。工作过程中，通过填充层34可提高排水的效果，且可避免积水损坏集水沟31，保证排水的效果。
99.实施例18
100.在实施例17的基础上，优选地，本实施例中，上述填充层34优选碎石层，可提高排水的效果，且可避免积水损坏集水沟31，保证排水的效果。
101.本发明的工作原理为：
102.土工格室挡墙1工作过程中，作用是在寒区高温天气环境下起到阻止外部大气与被防护寒区边坡的热量交换；保证在防护边坡时，边坡不因吸收热量而达到融点从而发生热融滑塌；土工格室挡墙1为达到保温效果，由不同填料的土工格室网格11组成；碎石填料的土工格室网格11工作过程中，作用是对挡土墙内部的积水进行排水；保温材料填料的土工格室网格11工作过程中，作用是维持土工格室挡墙1内外温度差及防止内外热交换；土壤填料的土工格室网格11工作过程中，作用是可以用于种植植物及在一定程度下保温和保护生态。
103.通风系统2工作过程中，作用是在寒区地质环境和严寒天气环境下起到通风和热量交换以及平衡外部大气和土工格室挡墙1的内部温度，保证在防护边坡时内外温度平衡；通风管道21工作过程中，作用是通过与寒区边坡4 进行接触发生热量交换从而达到防护边坡的效果；阀门22工作过程中，作用是在特定时间里控制进入通风管道21里的空气；通风机23工作过程中，作用是在风力做用下带动扇叶将空气吹入到通风管道21之中从而使通风管道21之中空气流通。
104.另外，工作状态的通风机23会在通风管道21内产生负压区，在寒冷季节，密度较大的冷空气在自重和通风管道21内的负压作用下会从进风口212 进入通风管道21内，并流经通风管道21底部与周围土体对流换热，带走活动层土体热量，降低活动层土体温度；在通风机23的抽吸作用下，完成对流换热作用后的气体会流经花管24上的通风孔241进入花管24内，并在通风机23的抽吸作用下依次从排风口211及通风机23排向外界，并不断将边坡土体中的热量带走，达到主动保护地基土冻结状态的目的(参照图5和图 6，且图5和图6中的箭头表示的是气流流动的方向)。
105.排水系统3工作过程中，作用是排出土工格室挡墙1之中的积水，以达到降低土工格室挡墙1中的渗透压力防止土工格室挡墙1被破坏从而延长工程使用寿命；排水系统3为达到排水效果，由各种排水结构组成；集水沟31 工作过程中，作用是收集土工格室挡墙1和寒区边坡4中渗透下来的积水；排水管道32工作过程中，作用是将集水沟31中的积水导到排水沟33；排水沟33工作过程中，作用是起到路边排水和对积水进行导流。
106.另外，土工格室挡墙为寒区边坡提供了支护力，保证其自然状态下的稳定性；土工格室挡墙内的保温材料起到保温隔热作用，防止夏季外界高温与寒区边坡土体发生热量交
换，起到被动保护冻土的作用；
107.本发明的优势在于：
108.1、结构新颖，安装简单，易于操作；
109.2、该土工格室挡墙1内放有保温材料，从而可以保证在寒区地质状况下不会因为路基开挖而导致边坡地质结构在温度较高情况下发生热融破坏；
110.3、本发明适用于高原严寒气候地区的多年冻土通风管路基通过强迫对流换热方式降低地温，能很好的起到保护下伏多年冻土维持冻结状态的作用。该结构中设置的通风系统2可避免结构内部温度过高、内部热量散发不出来而导致结构被破坏，保证边坡4内外温度平衡；另外，在边坡4中埋入通风管道21，可有效阻止边坡4表面吸收的辐射热量下传，能够有效降低了边坡4以下部位的地温；通风管道21埋设在边坡4中，可抬升多年冻土的上限，对多年冻土起到保护作用；
111.4、排水系统3可以降低土工格室挡墙1结构中的渗透压力，防止土工格室挡墙1被渗透破坏，从而延长工程使用寿命。
112.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。