发明内容

针对上述的不足或缺陷，本发明的目的是提供一种柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施及其施工方法，可有效解决现有常年冻土地区或高寒地区渠道内水文及混凝土温度变化易引起渠道土体发生冻胀或渠道边坡衬砌结构发生错位、开裂等破坏问题和传统刚性渠道防护设施适用变形能力弱和透水性弱的缺点。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施，包括渠道防护设施外部和渠道防护设施内部，渠道防护设施外部为箱式结构，箱式结构的外形为正六面体，箱式结构的迎水流一侧设置有抗冲刷层，其余五个侧面设置有PET布层，渠道防护设施内部设置有若干个均匀的隔仓，相邻隔仓之间设置有隔仓缝合层，隔仓与渠道防护设施外部之间设置有边界连接层，隔仓上部设置有顶层。

进一步地，顶层为透水性层或不透水性层。

进一步地，透水性层从上至下依次设置有PET布表层和土工布表层。

进一步地，不透水性层从上至下依次设置有PET布表层、土工膜表层和土工布表层。

进一步地，抗冲刷层为由PET布和土工布组成的复合层。

进一步地，隔仓缝合层为PET布层，边界连接层为由PET布和土工布组成的复合层。

进一步地，隔仓的材质为CADSS复合材料，CADSS复合材料由聚对苯二甲酸乙二醇脂(Polyethylene terephthalate，以下简称PET)布及土工布制成。

进一步地，土工膜表层的材质为采用热熔和技术将三种材料按PET布、土工膜和土工布的顺序进行结合形成无渗透性的复合土工材料。

进一步地，隔仓内部的填料包括有土料、砂料、土石料、碎石料和建筑废料中的一种或几种。

本发明还提供上述柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施的施工方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：对将要修筑防护措施的渠道进行地下水水位线的测量、岸坡坡比、渠道内水流流速和土料的土工试验，确定渠道内输水水流与地下水不同位置的相互补给关系和渠道设计的尺寸；

步骤(2)：根据步骤(1)所得的渠道内输水水流与地下水不同位置的相互补给关系和渠道设计的尺寸，确定透水性渠道防护设施和无透水性渠道防护设施的铺设面积，并将铺设面积划分成具有规则几何外形的面积区域；

步骤(3)：根据柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施与岸坡之间的摩擦力、渠道岸肩压土产生的拉力和坡面锚钉传递的附加阻力确定U型钉的长度和布置密度；

步骤(4)：于渠道两侧岸肩0.5-1.0m的位置，沿渠道平行开挖一条宽20-30cm，深50cm的边界固定槽；

步骤(5)：进行柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施铺设和装填土料；

步骤(6)：对步骤(5)装填完毕的复合土工袋进行顶部进行缝合，每条缝合线需进行2-3次重复缝合；

步骤(7)：对步骤(6)铺设完成相邻单块柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施进行连接；

步骤(8)：重复步骤(4)至步骤(7)完成渠道界面铺设，且防护设施之间拼接处预留2-5cm间隙；

步骤(9)：将渠道两侧岸边延伸出来的边界材料铺平放入至U型槽内，并运用U型钉对其进行固定，固定完毕后需采用分层夯实法，对沟槽进行回填处理；

步骤(10)：重复上述步骤(4)至步骤(9)完成整个渠道防护设施的铺设工作。

进一步地，步骤(5)柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施铺设时，在柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施四周搭建模板后再装填土料至柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施。

进一步地，步骤(7)中相邻单块柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施之间预留2-5cm的间隙。

进一步地，步骤(7)中相邻柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施的连接具体为采用充电式电烙铁钻烫连接孔，最后运用与连接孔径相同的连接绳，采用双八字的方式对其进行连接。

进一步地，在防护材料铺设过程中，内部采用U型钉固定，边界则采用U型槽与U型钉相结合的方式固定；U型钉的长度和布置密度可依据复合土工袋与岸坡之间的摩擦力、岸肩压土产生的拉力和坡面锚钉传递的附加阻力确定，计算公式如下：

式中：μ-复合土工袋表面摩擦系数；

m_soilg–复合土工袋自身重量；

f_cp–U型钉预紧力；

R_f-沿U型钉方向力的方向产生的摩擦力；

R_pull–岸边压土产生的拉力；

R_scis–坡面U型钉传递的附加阻力；

F_f–复合土工袋和内部土体重力沿岸坡产生的应力分量。

本发明具有以下优点：

1、本发明提供一种柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施，在现场修建施工时，由于渠道防护设施外部本身设计为正六面体结构，且在装填过程中对进行模板支护，故在充填土料完成之后仍然可以保证规则的几何外形，所以在进行铺设防护设施时采用模块化拼接(如：拼图)的方法完成施工，且相邻防护设施之间预留2-4cm的间隙，以满足由于冻胀而引起的渠道防护设施伸缩变形。由于该种渠道防护设施具有柔性和隔仓式的特点，所以该渠道防护设施既可以在达到适应土料由于低温而引起土体的冻胀变形，又可以通过内部的用于分割隔仓的CADSS材料，使渠道防护设施内部土体流动和材料变形限制在极小的范围内，而不会波及到整个材料。同时，该渠道防护设施具有优异的透水性，即渠道内、外水可以实现流通，有效防止由于渠道岸坡内含水量过高，而引起剧烈变形和锅盖效应；另一方面，该渠道防护设施兼具有优异的不透水性，当渠道内水位高于地下水水位时，可以有效防止渠道内水流流失，保证渠道的输水质量与效率；

2、本发明提供一种柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施，该渠道防护设施内部采用隔仓式结构，该种结构形式可将材料内部填充物进行分割，可以有效避免材料内部因水流侵蚀而发生流动，造成防护设施局部鼓包现象发生。同时，隔仓可以起到顶、底面连接作用，增加防护设施的抗侵蚀特性，保证渠道安全稳定的运行；

3、本发明提供的柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施中隔仓内部的填料可选用土料、砂料、土石料、碎石料和建筑废料等材料，其填充材料粒径受制约程度小，填充材料可选性大，具有优异的可实用性和适用性；且为干料填筑，可以有效避免在冬季施工时湿料因低温产生体积膨胀，夏季因温度升高导致体积减小，出现填料不足局部凹陷现象产生，影响该型防护设施的防护功效；

4、本发明提供的柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施中隔仓内部的材质为CADSS复合材料，CADSS复合材料为一种柔性材料，具有优异的适应变形能力，可适用于因内部填充体积膨胀引起的变形和渠道边坡破损引起的变形，与渠道边坡贴合度较高，具有优异的抗侵蚀、抗冲刷、抗冻胀等特性；

5、本发明提供上述柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施的施工方法，为防止防护设施因浸入水中导致自重增加，造成防护设施下滑至渠道底部。在对防护设施进行边界固定时，平行于边界开挖一条深1m宽0.5m的构成，随后将边界固定端放入固定槽内，并运用U型钉对其进行固定，且在运行U型钉进行固定时U型钉采用不完全钉入，外留一部分，可增加沟槽回填后的结合度、抗滑性；在边界回填时，为防止配重质量太小，导致其抗拔、抗侵蚀性弱等情况，在回填时，首先回填厚度为60-80cm的大型块石，然后在其上回填一层胶结土；该施工方法可以有效增加防护设施的抗侵蚀、抗拔起、抗冲刷等特性，保证输水渠道安全稳定运行；

6、本发明提供上述柔性抗冻胀隔仓式渠道防护设施的施工方法中提出一种U型钉长度及布置密度计算方法。在防护材料铺设过程中，内部采用U型钉固定，边界则采用U型槽与U型钉相结合的方式固定。U型钉的长度和布置密度可依据复合土工袋与岸坡之间的摩擦力、岸肩压土产生的拉力和坡面锚钉传递的附加阻力确定。