本發明屬于邊坡防護，尤其涉及一種適用于路基邊坡防護的透氣防滲結構層。

背景技術：

1、在持續降雨和強降雨作用下，土質路基容易發生塌陷、滑坡和支擋結構垮塌等破壞。因此，防滲處置是防止雨季路基破壞的重要手段。透氣防滲結構層是由天然材料構筑而成的一種防滲結構。與其他防滲材料(如防滲土工膜、涂層和混凝土等)相比，透氣防滲結構層環保性和耐久性更好，目前在邊坡防滲中得到了廣泛應用，但存在以下兩個問題：

2、1.透氣防滲結構層透氣性差，在坡面上形成密封層；當土中水汽向邊界遷移時，在透氣防滲結構層下凝結成水，出現所謂的“鍋蓋效應“；隨著邊坡土中水的累積，邊坡穩定性顯著降低，滑坡失穩風險明顯上升。

3、2.在雨水落于透氣防滲結構層時，水被阻滯在細顆粒與粗顆粒交界面，并在斜坡上順坡流動并排出邊坡；當水的重力大于毛細力時，毛細阻滯作用失效，雨水透過透氣防滲結構層，滲入路基土中，進而降低邊坡穩定性。

4、鑒于以上兩個問題，本發明提出一種透氣防滲結構層，用于潮濕多雨地區路基邊坡防滲處置，并使邊坡保持長期穩定。

技術實現思路

1、本發明旨在克服現有技術之不足，提出一種適用于路基邊坡防護的透氣防滲結構層。

2、本發明的創新點包括：

3、(1)在細粒層中插打植物秸稈到細粒層和粗粒層交界面，為邊坡土中水汽排出到大氣中提供通道，從而消除“鍋蓋效應”，達到透氣目的。

4、(2)通過細粒層和粗粒層之間的毛細阻滯作用，達到防滲目的。同時，在粗粒層中摻入膨脹材料顆粒，當雨量達到暴雨級別以及毛細阻滯作用失效情況下，膨脹材料顆粒迅速吸水膨脹至原體積的數十倍，堵住粗粒層(高爐渣)之間的孔隙，從而形成不透水層，防止雨水透過粗粒層進入邊坡土，達到任意雨量下邊坡防滲的目的，防止出現毛細阻滯作用失效的現象。

5、本發明的技術方案如下：

6、一種適用于路基邊坡防護的透氣防滲結構層，包括：粗粒層、細粒層、植物秸稈、排水溝；粗粒層鋪設于路基邊坡上，細粒層鋪設于粗粒層上，植物秸稈插入細粒層中并插打至細粒層和粗粒層交界面，排水溝設置于路基邊坡坡腳處與細粒層和粗粒層交界面接觸的位置。

7、粗粒層由高爐渣、膨脹材料顆粒組成，高爐渣、膨脹材料顆粒的質量比2：1～4：1。

8、高爐渣的粒徑20～60mm，級配組成類似粗礫石，通過機械破碎、篩分及粒徑分選獲得。

9、膨脹材料顆粒的粒徑0.075～0.25mm，級配組成類似細砂。要求膨脹材料顆粒的自由膨脹率65％～90％、線膨脹率1.50～1.70。

10、膨脹材料顆粒為人工制備材料，具有吸水膨脹和失水收縮特性，由膨脹土：鋼渣：納米sio2按質量比80：18：2均勻混合而得。膨脹土中蒙脫石含量70％～80％，經烘干、磨細成粒徑200目及以下；鋼渣粒徑100目及以下。

11、當膨脹土用作地基或路基填料時，其遇水膨脹和失水收縮的性質會使地基或路基產生額外變形，從而威脅地基或路基及相鄰結構物的穩定性。本發明將其用于坡面結構層中，膨脹土在下雨時遇水體積膨脹的性質能夠阻塞孔隙從而阻水防滲；而出太陽時在干燥作用下水分散失、體積收縮、孔隙開放能夠起到透氣作用。采用膨脹土制備膨脹材料顆粒并用于路基邊坡防護層，使膨脹土的遇水膨脹和失水收縮的不良巖土性質在路基邊坡防護層透氣防滲方面發揮正面作用，產生了意想不到的效果。

12、在鋪設粗粒層之前，將高爐渣、膨脹材料顆粒進行充分拌合，使二者混合物的孔隙率達到15～20％。

13、在現場條件下，粗粒層鋪設厚度0.20～0.30m，壓實度90～95％。

14、粗粒層的作用效果：在持續降雨和大暴雨等工況下，毛細阻滯作用失效，雨水滲入粗粒層；此時，高爐渣之間孔隙中的膨脹材料顆粒吸水膨脹并填滿剩余孔隙，雨水將被阻滯于該層而不再滲入邊坡土，起到進一步的防滲作用。在雨停天氣轉陰或轉晴工況下，由于表面蒸發作用，水汽不斷排出，膨脹材料顆粒失水體積不斷收縮，高爐渣之間孔隙恢復原狀，邊坡土中水汽又可透過粗粒層和粗、細粒層界面的植物秸稈向外排出，起到透氣作用。另外，粗粒層可以作為導排層，粗、細粒層界面的雨水可順坡流動進入坡腳排水溝，而后排出到路基范圍以外。

15、細粒層由粉土構成，粉土粒徑0.005～0.075mm。

16、在現場條件下，細粒層鋪設厚度0.40～0.60m，并將細粒層表層15cm用作植被層以加固表土。表層15cm的壓實度60～65％，以下細粒層的壓實度90～95％。

17、細粒層的作用效果：首先，在短時和大雨工況下，粗粒層與細粒層組成透氣防滲結構層，利用二者界面的毛細力阻止雨水滲入粗粒層，起到防滲作用。其次，在降雨間歇期，利用植物蒸騰作用，將透氣防滲結構層中的水汽排出，使之恢復非飽和狀態和毛細阻滯作用。

18、植物秸稈可選擇高粱、麥子或其他作物的秸稈，直徑2～5mm，長度為細粒層厚度+2～5cm。

19、在現場條件下，鋪設細粒層后，豎直插打植物秸稈，插打深度至細粒層和粗粒層的交界面，插打間隔0.25～0.50m。

20、植物秸稈的作用效果：通過插打植物秸稈到細粒層和粗粒層交界面，為土中水汽排出到大氣中提供通道，從而消除“鍋蓋效應”，達到透氣目的。

21、本發明適用于路基邊坡防護的透氣防滲結構層的施工工藝如下：

22、(1)整平路基邊坡，加固路基坡腳；

23、(2)埋設溝渠預制件，溝渠內填充碎礫石，形成坡面縱、橫溝渠結構；

24、(3)在縱、橫溝渠形成的矩形格室內，由坡腳向坡頂分層鋪設粗粒層、細粒層；鋪設細粒層后，豎直插打植物秸稈；

25、粗粒層鋪設厚度0.20～0.30m，壓實度90～95％；

26、細粒層鋪設厚度0.40～0.60m，并將細粒層表層15cm用作植被層以加固表土；表層15cm的壓實度60～65％，以下細粒層的壓實度90～95％；

27、植物秸稈插打深度至細粒層和粗粒層的交界面，插打間隔0.25～0.50m；

28、(4)坡面栽種植被；坡腳處設置排水溝。

29、本發明的基本原理包括：

30、植物秸稈呈圓筒狀，且中空，將其按照0.25～0.50m的間隔插進粉土中，能夠很好增強毛細屏障層(細粒層+粗粒層)的透氣性，將土中上升的水汽及時排除邊坡，避免其冷凝，防止發生“鍋蓋效應”導致邊坡水分積聚及邊坡滑移失穩。因此，植物秸稈起到透氣作用。

31、細粒層與粗粒層組成毛細阻滯層，在雨量中到大工況下，利用界面毛細作用阻止雨水滲入粗粒層；同時，界面積水通過粗粒表面順坡流動，匯聚到坡腳排水溝中，并被排出到路基范圍以外，從而達到防滲的目的。

32、當雨量達到暴雨級別，毛細阻滯作用失效，雨水滲入粗粒層，其中的膨脹材料顆粒迅速吸水膨脹至原體積的數十倍，堵住高爐渣之間的孔隙，從而形成不透水層，進一步起到防滲作用。當降雨結束后，膨脹材料顆粒會因水汽蒸發而失水收縮，高爐渣間孔隙再度打開，邊坡土中水汽又可透過粗粒層并由植物秸稈排出到大氣中。

33、本發明的有益效果體現在：

34、本發明克服了現有技術之不足，提出了一種路基邊坡透氣防滲結構層，在服役期間，通過細粒層插打植物秸稈和粗粒層摻入膨脹材料顆粒兩種特殊方法，實現了該結構層的高透氣性和超強防滲，有效防止了“鍋蓋效應”和毛細阻滯失效問題的發生。

35、本發明以冶煉生鐵時從高爐中排出的廢物(即高爐渣)作為粗粒層主要材料，可以大量消耗該類型固廢，并實現再利用，節約了自然資源，同時降低了經濟成本，減少了環境污染。采用植物秸稈作為土中水汽排出通道，產生了綠色環保效應。因此，本發明具有良好的經濟、環保和社會效益。