一种新型复合式边坡急流槽结构及施工方法技术

本发明专利技术涉及道路桥梁、水利水电、岩土工程边坡防护技术领域，具体为新型复合式边坡急流槽结构。包括外部支撑体和内部消能体，外部支撑体上设置有凹槽，凹槽内设置有凹凸波纹；内部消能体为横截面与外部支撑体凹槽的横截面形状相同的波纹管，内部消能体固定设置所述在外部支撑体的凹槽内，且所述内部消能体的波纹与外部支撑体上的波纹可相互凹凸扣合。本专利所述的急流槽，结构简单实用、高效经济，沟槽底板混凝土不易被冲刷破坏、使用寿命长、施工工期短、施工工艺简单，结构整体稳定，主要适用于多雨地区开挖坡度大于45°的岩土工程坡面排水工程。

【技术实现步骤摘要】
一种新型复合式边坡急流槽结构及施工方法
本专利技术涉及道路桥梁、水利水电、岩土工程边坡防护
，具体为新型复合式边坡急流槽结构及施工方法。
技术介绍
土石方开挖工程普遍存在于土木、水利、矿山领域，随着各领域土石方工程的施工，土石方开挖技术也已经得到广泛应用。当土石方工程所在地形较为陡峭时，为避免开挖形成百米级高边坡，实际施工过程中一般采用陡开挖（开挖坡度大于45°）方式，将边坡开挖高度控制在50m以下（边坡级数不大于5级，每级边坡高10m）。工程实践表明：对于上述多级陡边坡，尤其对于多雨地区，如何有效的引排坡面汇水，防止降雨对边坡冲刷破坏，对保证边坡局部及整体稳定至关重要。边坡排水工程主要采用“马道排水沟+急流槽”组合方式对坡面汇水进行引排。其中，急流槽多采用“不设置台阶的混凝土矩形沟”、“设置台阶的混凝土矩形沟”和“具有波纹的半圆型镀锌钢管”三种结构装置，三种结构应用在多雨地区陡边坡排水主要存在以下问题：（1）对于“不设置台阶的混凝土矩形沟”结构装置，由于开挖边坡坡度大于45°，急流槽内水流流速可达20m/s，属于高速水流，水流对矩形沟底板混凝土冲刷十分严重，尤其当汇水含沙量大于2kg/m3时，冲刷更为严重。矩形沟底板混凝土衬砌厚度随着水流冲刷逐渐变薄，对于多雨地区，急流槽长期处于过水状态，混凝土底板衬砌变薄速度更快。实际工程表明，随着底板混凝土厚度变薄，在高度水流动力作用下，沟内水流存在沿混凝土薄弱面向坡内渗水的可能，甚至被高速水流冲断，最终造成坡面排水系统失效。概括来说，“不设置台阶的混凝土矩形沟”的急流槽结构装置使用寿命十分有限，混凝土底板会因高速水流长期冲刷，导致沟内渗水或沟身冲断，造成坡面排水系统失效，进而引发边坡局部或整体失稳。（2）“设置台阶的混凝土矩形沟”结构装置。台阶消能试验表明，台阶消能率可达到80%，其可以将沟内水流流速将至10m/s，有效降低水流对沟内底板混凝土的冲刷，保证急流槽使用寿命。但该结构装置施工工艺复杂，施工工期较长。主要表现在：①：平均每级边坡需增加50个台阶架立模板工作；②为保证底板与台阶有效连接，防止台阶沿“底板与台阶施工冷缝”滑移，需通过绑扎插筋实现两者连接。工程实践表明，采用“设置台阶的混凝土矩形沟”结构装置的急流槽较“不设置台阶的混凝土矩形沟”结构装置，每级边坡施工周期前者为后者的3倍。对于多雨地区多级陡边坡坡面排水工程，为尽可能减少暴雨对裸坡的冲刷时间，要求裸坡开挖完成后短时间内完成坡面排水系统。很显然“设置台阶的混凝土矩形沟”急流槽结构装置很难满足实际工程要求。（3）“具有波纹的半圆型镀锌钢管”结构装置。与台阶相同，波纹也具有较好的消能效果，可以保证急流槽的使用寿命。但该结构装置易发生水流向坡面渗入，造成结构整体失稳问题。实际工程中采用锚杆穿过波纹管预留孔方式，将波纹管固定于坡面沟槽内。工程实践表明：一旦波纹管预留孔封闭措施失效，水流将直接沿预留孔空隙向坡面渗入，对坡面原状沟槽进行冲刷，进而造成波纹管基础掏空，急流槽整体失稳，造成坡面排水系统失效，引发边坡局部或整体失稳。技术方案本专利要解决的技术问题是：目前应用于多雨地区的多级陡边坡急流槽结构存在以下问题：沟槽底板混凝土易被冲刷破坏、使用寿命有限、施工工期长、施工工艺复杂和结构整体易失稳问题，直接影响到边坡局部及整体稳定。针对上述现有技术中存在的问题，本专利提供一种简单实用、高效经济的复合式边坡急流槽结构，主要适用于多雨地区，开挖坡度大于45°的岩土工程坡面排水工程。本专利的具体技术方案如下：一种新型复合式边坡急流槽结构，包括外部支撑体和内部消能体，所述外部支撑体上设置有凹槽，所述凹槽内纵向设置有连续的凹凸波纹；所述内部消能体为横截面与外部支撑体凹槽的横截面形状相同的波纹管，所述内部消能体纵向设置有连续的凹凸波纹；所述内部消能体固定设置在外部支撑体的凹槽内，且所述内部消能体的波纹与外部支撑体上的波纹可相互凹凸扣合。外部支撑体的作用是：保证装置整体坐落在原状地基，确保整体结构稳定；内部消能体的作用是：降低急流槽内水流流速，防止沟内出现高速水流，通过消能体消能作用提高急流槽使用寿命。作为优选，所述外部支撑体与内部消能体通过混凝土胶结在一起，固定效果好，结构更加稳定。作为优选，所述外部支撑体为混凝土结构，可防止水流向开挖坡面渗入，整体结构稳定。作为优选，所述外部支撑体底部设置有混凝土底座，所述混凝土底座厚度为10cm，可防止水流向开挖坡面渗入。作为优选，所述内部消能体沿外部支撑体的凹槽纵向设置有多个，相邻两个内部消能体之间通过螺栓连接固定，内部消能体左右两端预留衔接孔，衔接螺栓穿过衔接孔，通过与螺帽的波纹连接，实现内部消能体之间的衔接。可满足不同变坡长度条件下，内部消能体沿水流方向长度的调整。作为优选，所述外部支撑体上凹槽的横截面为半圆形。作为优选，所述内部消能体为设置有波纹的半圆型镀锌钢管。作为优选，所述内部消能体的纵截面为波浪状，浪高5cm，半周期浪长6cm，壁厚3mm。作为优选，所述外部支撑体凹槽沿长度方向逐渐向下倾斜。本专利技术还公开了一种新型复合式边坡急流槽结构的施工方法，包括以下步骤：（1）急流槽槽挖：根据施工图要求确定放样急流槽的位置，并在边坡上进行槽挖，槽挖尺寸与急流槽外部支撑体尺寸相同；（2）内部消能体制作：根据实际每级边坡开挖长度，确定内部消能体数目，并在内部消能体两端进行钻孔，制作预留衔接孔，衔接螺栓穿过预留衔接孔，通过与螺帽的波纹连接，实现内部消能体连接与制作；（3）外部支撑体底座混凝土浇筑：以步骤1中坡面已开挖完成的沟槽为混凝土外部支撑体底座模板，现场浇筑混凝土，浇筑厚度为10cm；（4）部支撑体上部结构混凝土浇筑：将步骤2制作完成的内部消能体放置于步骤3中完成的外部支撑体底座上方，其作为外部支撑体上部结构的内侧模板，现场浇筑完成外部支撑体上部结构。有益效果本专利所述新型复合式边坡急流槽结构，较好的解决了目前应用于多雨地区多级陡边坡急流槽结构，不同程度存在沟槽底板混凝土易被冲刷破坏、使用寿命有限、施工工期长、施工工艺复杂、结构整体易失稳问题，进而影响边坡局部和整体稳定等一系列问题。与传统急流槽结构装置，本专利所述急流槽装置具有以下突出优点：（1）与传统“不设置台阶的混凝土矩形沟”急流槽装置相比：传统装置存在高速水流对急流槽底板混凝土冲刷破坏，进而缩短急流槽使用寿命的问题。本专利技术装置采用波纹对急流槽内水流进行消能，消能效果好，可将急流槽内水流由20m/s降低至10m/s，极大降低高速水流对沟内底板混凝土的冲刷破坏的可能性，从而保证急流槽使用寿命。（2）与传统“设置台阶的混凝土矩形沟”急流槽装置相比：由于传统装置需增加架立台阶模板和沟底绑扎钢筋施工工艺，施工工艺复杂，工期长，难以满足工程要求。本专利技术装置施工工艺简单，施工工期短，不需要增加架立台阶模板和沟底绑扎钢筋施工工艺，整体装置通过外部支撑体凸起与内部消能体凹槽波纹混凝土胶结便可实现连接，施工方便快速，可以满足实际工程对急流槽施工工期要求。（3）与传统“具有波纹的半圆型镀锌钢管”急流槽装置相比：传统装置易发生水流向坡面渗入，造成结构整体失稳问题。本专利技术装置内部消能体通过外部支撑体坐落至原状沟槽基础，非直接坐落至原状沟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型复合式边坡急流槽结构，其特征在于，包括外部支撑体和内部消能体，所述外部支撑体上设置有凹槽，所述凹槽内设置有凹凸波纹；所述内部消能体为横截面与外部支撑体凹槽的横截面形状相同的波纹管，所述内部消能体上设置有凹凸波纹；所述内部消能体固定设置在外部支撑体的凹槽内，且所述内部消能体的波纹与外部支撑体上的波纹可相互扣合。

【技术特征摘要】
1.一种新型复合式边坡急流槽结构，其特征在于，包括外部支撑体和内部消能体，所述外部支撑体上设置有凹槽，所述凹槽内设置有凹凸波纹；所述内部消能体为横截面与外部支撑体凹槽的横截面形状相同的波纹管，所述内部消能体上设置有凹凸波纹；所述内部消能体固定设置在外部支撑体的凹槽内，且所述内部消能体的波纹与外部支撑体上的波纹可相互扣合。2.根据权利要求1所述的新型复合式边坡急流槽结构，其特征在于，所述外部支撑体与内部消能体通过混凝土胶结在一起。3.根据权利要求1所述的新型复合式边坡急流槽结构，其特征在于，所述外部支撑体为混凝土结构。4.根据权利要求1所述的新型复合式边坡急流槽结构，其特征在于，所述外部支撑体底部设置有混凝土底座，所述混凝土底座厚度为10cm。5.根据权利要求1所述的新型复合式边坡急流槽结构，其特征在于，所述内部消能体沿外部支撑体凹槽的长度方向设置有多个，相邻两个内部消能体之间通过螺栓连接固定，内部消能体左右两端预留衔接孔，衔接螺栓穿过衔接孔，通过与螺帽的波纹连接，实现内部消能体之间的衔接。6.根据权利要求1所述的新型复合式边坡急流槽结构，其特征在于，所述外部支撑体凹槽的横截面为半圆形。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆收，黄司，杨涛，霍海军，杨立军，孙振华，李博恒，
申请(专利权)人：中铁十四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37