CN115450234B - 一种适用高能冲击的拦挡防护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用高能冲击的拦挡防护结构及其施工方法，包括布设于相对的两山体坡面之间的支撑桩阵列，支撑桩阵列呈一字状排布，包括至少两根支撑桩，相邻两支撑桩之间预设特定间距；所有支撑桩均固定于山体的下方，支撑桩之间连接拦挡网，且拦挡网穿过支撑桩阵列并延伸固定于两侧的山体坡面上；山体坡面上布设多个对拉板，对拉板一侧通过设置的反向预应力锚索与山体坡面固定，对拉板另一侧与拦挡网连接，用于锚固拦挡网；拦挡网的高度≥6m，拦挡网材质的屈服延伸率≥0.2%，断裂延伸率≥20%。本发明可以突破传统柔性拦挡网的防护能级，具有拦挡网受崩塌落石冲击后易维护的功能。

Description

一种适用高能冲击的拦挡防护结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及山体防护技术领域，尤其涉及一种适用高能冲击的拦挡防护结构及其施工方法。

背景技术

在针对公路、铁路、矿山、市政等大型地质灾害的防护工程中，会从避防、拦挡、防护等方面着手，给出相应的治理措施。其中，主被动的拦挡网结构获得了应用。

如专利CN207714344U给出了一种用于复杂山区路堑边坡的被动防护网，布设于路堑边坡底部，包括：钢柱混凝土基础、工字钢柱、锚绳、锚杆、钢丝绳网、钢丝格栅、上支撑绳和下支撑绳；钢丝绳网铺挂在上支撑绳和下支撑绳之间；钢丝格栅铺挂在钢丝绳网的内侧。优点为：提供的用于复杂山区路堑边坡的被动防护网，具有造价低、施工方便、施工安全性高、制作和运输方便等特点，使工期和资金得到减少，达到高效经济的目的。

同时，研究人员还对钢丝绳网的设计进行了相应的研究和开发。如专利CN102261078A给出了钢丝绳网及包含钢丝绳网的主动防护网和落石防护栅栏，钢丝绳网是由钢丝绳编织成的网格状构件，钢丝绳相交的节点处由镀高尔凡防腐处理过的低碳钢丝进行紧密缠绕后，形成一钢丝绳网的网面节点连接件。该发明的钢丝绳网省工省料、经久耐用、寿命长、强度高，其可应用于制作主动防护网和落石防护栅栏，能够大大提高主动防护网和落石防护栅栏的强度和使用寿命。

但是，之前的研究仅能适用于一般能级冲击的场景，针对高位崩塌落石地质灾害体，冲击能量大，危害之严重，目前国内外对冲击能量达到5000kJ以上的防护拦挡网结构的研究相对缺乏。

随着公路、铁路建设大规模向艰险复杂的山区延伸，极端气候、地震频繁发生，致使线性工程建设及运营过程中地质灾害问题日益突出。艰险复杂环境下，高位崩塌落石频发，冲击能量大，传统的主被动防护网的防护能级难以满足目前防护需求，亟需研究设计适用高能冲击，应用于恶劣环境的拦挡网防护结构。

因此，研制适用高能冲击的拦挡网防护结构，以实现在高位崩塌落石频发，冲击能量大的恶劣场景的应用是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种适用高能冲击的拦挡防护结构及其施工方法，应用于两山体坡面之间，布设呈一字状排布的支撑桩阵列，各个支撑桩之间连接拦挡网，且拦挡网的两侧通过对拉板与山体坡面锚固，设置拦挡网高度、材质的屈服延伸率和断裂延伸率，可以突破传统柔性拦挡网的防护能级，且易维护，具有适用高能冲击、大高度、易维护且柔性的功能。

第一方面，本发明提供一种适用高能冲击的拦挡防护结构，包括：布设于相对的两山体坡面之间的支撑桩阵列，支撑桩阵列呈一字状排布，包括至少两根支撑桩，相邻两支撑桩之间预设特定间距；

所有支撑桩均固定于山体的下方，支撑桩之间连接拦挡网，且拦挡网穿过支撑桩阵列并延伸固定于两侧的山体坡面上；

山体坡面上布设多个对拉板，对拉板一侧通过设置的反向预应力锚索与山体坡面固定，对拉板另一侧与拦挡网连接，用于锚固拦挡网；

拦挡网的高度≥6m，拦挡网材质的屈服延伸率≥0.2%，断裂延伸率≥20%。

支撑桩阵列起到固定整个拦挡网结构的作用，拦挡网在受落石具有高屈服强度和高均匀延伸率，落石冲击到拦挡网上并停止的整个过程中的主要能量转换为：崩塌落石的重力势能转化为动能，冲击到拦挡网，拦挡网材质具有良好的延伸率性，延伸做功吸收冲击能量而停止。拦挡网穿过支撑桩阵列锚固在对拉板上，对拉板的设置方便整个拦挡网结构在受到高能冲击出现性能减弱甚至破坏时的拆卸和更换。

进一步的，拦挡网为包括多束的横向钢绞线和纵向钢绞线的井字形结构，横向钢绞线与对拉板连接，相邻横向钢绞线之间的间距≤0.3m。

进一步的，相邻横向钢绞线之间的间距满足以下关系：

其中，h为相邻横向钢绞线之间的间距，n为拦挡防护结构中横向钢绞线的数量，V为落石的当量体积；

拦挡防护结构中横向钢绞线的数量n满足以下关系：

其中，M落石的质量，H为山体坡面的垂直高度当量值，W₁为单束横向钢绞线的弹性 阶段做功，W₂为单束横向钢绞线的塑性阶段做功，F₁为施加在单束横向钢绞线的预紧力，F₂ 为单束横向钢绞线的屈服临界力，L为单束横向钢绞线的长度，，

为单束横向钢绞线预紧 拉伸率，

为单束横向钢绞线屈服延伸率，

为单束横向钢绞线塑性变形伸长率。

崩塌落石的重力势能转化为动能，冲击到拦挡网。基于拦挡网材质的自身属性，设计相邻横向钢绞线的间距，以此能适用高能冲击。

进一步的，每个对拉板两侧的反向预应力锚索数量与横向钢绞线的数量比值≥0.3，每个对拉板位于地面以上的高度与位于地面以下的高度比值≤7.4。

进一步的，拦挡网顶部和底部通过T型扣件捆绑至少两束横向钢绞线形成顶部横向钢绞线和底部横向钢绞线，并与交汇的单束纵向钢绞线固定，拦挡网的其他横向钢绞线与纵向钢绞线呈现每束一一交叉，且交叉处采用十字扣件固定。

进一步的，T型扣件一端为捆绑顶部横向钢绞线或底部横向钢绞线的卡套，卡套通过位于顶部横向钢绞线或底部横向钢绞线两侧的螺栓固紧，另一端为U型连接叉耳，U型连接叉耳的前侧与卡套的铰接，U型连接叉耳的后侧通过楔形组件与单束纵向钢绞线固定；

其中，楔形组件包括锁紧螺母、压紧螺母、楔形卡片及楔形卡片外套，楔形卡片与单束纵向钢绞线卡合固定，锁紧螺母及压紧螺母将楔形卡片外套固定包裹楔形卡片与单束纵向钢绞线卡合部。

十字扣件和T型扣件均采用高屈服强度和高均匀拉伸率的材质制作，并考虑顶部和底部的冲击，将横向钢绞线和纵向钢绞线进行固定，以此使得整个拦挡网耐高能冲击。

进一步的，每个支撑桩上设置多根预应力锚索，每根预应力锚索一端与支撑桩的侧壁固定连接，另一端锚固于山体的下方，同一个支撑桩上的所有预应力锚索位于同一平面内，并与拦挡网垂直；

每个支撑桩设置有多根竖向配筋，竖向配筋等间距的布置于支撑桩内；

支撑桩包括上段、中段及底段，上段、中段与底段的高度比值为（0.8~1.2）:（4.8~5.2）:（2.8~3.2）；相邻两预应力锚索间距分别在上段、中段与底段的比值为（0.9~1.1）：（1.4~1.6）：（2.9~3.1）。

进一步的，竖向配筋的数量计算公式如下：

其中，m为竖向配筋的数量，τ为每个支撑桩的弯矩，f_y为竖向配筋的屈服强度，B_s为 单根竖向配筋的截面积，h₀为每个支撑桩的截面高度，

为每个支撑桩保护层的厚度。

进一步的，每个支撑桩的弯矩计算公式如下：

其中，将支撑桩从顶端向底端按每段长h₁分为n等分，τ为支撑桩的弯矩，E为支撑桩的弹性模量，I为支撑桩的截面惯性距，x为支撑桩的水平挠度。

支撑桩的稳固对整个拦挡结构的稳定性起到至关重要的作用。基于对落石冲击特点的分析，设置不同间距排布的预应力锚索，并对预应力锚索的数量进行预先设计，以此来确保整个支撑桩的稳固。

第二方面，本发明还提供一种施工如上述适用高能冲击的拦挡防护结构的方法，具体步骤为：

基于支撑桩阵列的排布，在山体的下方开挖支撑桩的桩井，完成支撑桩的浇筑；

在山体坡面钻取孔，并放置反向预应力锚索，将对拉板固定在山体坡面上；

制备拦挡网，拦挡网连接支撑桩，以及两侧山体坡面的对拉板，完成适用高能冲击的拦挡防护结构的施工。

本发明提供的一种适用高能冲击的拦挡防护结构及其施工方法，至少包括如下有益效果：

（1）应用于两山体坡面之间，布设呈一字状排布的支撑桩阵列，各个支撑桩之间连接拦挡网，且拦挡网的两侧通过对拉板与山体坡面锚固，设置拦挡网高度、材质的屈服延伸率和断裂延伸率，可以突破传统柔性拦挡网的防护能级，且易维护，具有适用高能冲击、大高度、易维护且柔性的功能。

（2）通过支撑桩、对拉板和拦挡网的设置，可以突破传统的被动防护网的抗冲击能量。将拦挡网的高度设置为至少6m，可以使得防护高度为原来普通被动防护网的3~5倍。由于采用对拉板实现对拦挡网的连接，从而可以实现崩塌落石冲击后拦挡网片更换功能。

（3）通过对横向钢绞线的间距和数量进行合理计算，可以使得拦挡防护结构在拦挡网的高度≥6m，拦挡网材质的屈服延伸率≥0.2%，以及断裂延伸率≥20%的条件下，实现高能冲击的防护。

（4）基于对落石冲击特点的分析，设置不同间距排布的预应力锚索，并对预应力锚索的数量进行预先设计，以此来确保整个支撑桩的稳固。

附图说明

图1为本发明提供的一种适用高能冲击的拦挡防护结构的示意图；

图2为本发明提供的某一实施例的T型扣件的结构示意图；

图3为本发明提供的某一实施例的十字扣件的结构示意图；

图4为本发明提供的某一实施例的支撑桩及支撑桩附件的结构示意图；

图5为本发明提供的一种施工适用高能冲击的拦挡防护结构的方法。

附图标记说明：1-支撑桩，2-拦挡网，3-对拉板，31-反向预应力锚索，4-T型扣件，41-卡套，42-U型连接叉耳，43-楔形组件，431-锁紧螺母，432-压紧螺母，433-楔形卡片，434-楔形卡片外套，5-十字扣件，6-预应力锚索。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

如图1所示，本发明实施例提供一种适用高能冲击的拦挡防护结构，包括：布设于相对的两山体坡面之间的支撑桩阵列，支撑桩阵列呈一字状排布，包括至少两根支撑桩，相邻两支撑桩之间预设特定间距；

所有支撑桩均固定于山体的下方，支撑桩之间连接拦挡网，且拦挡网穿过支撑桩阵列并延伸固定于两侧的山体坡面上；

山体坡面上布设多个对拉板，对拉板一侧通过设置的反向预应力锚索与山体坡面固定，对拉板另一侧与拦挡网连接，用于锚固拦挡网；

拦挡网的高度≥6m，拦挡网材质的屈服延伸率≥0.2%，断裂延伸率≥20%。

本实施例通过设置于山体下方的支撑桩，以及穿过支撑桩并固定与山体上对拉板的拦挡网，实现对山体高位崩塌落石的防护。其中，拦挡网的高度≥6m，拦挡网材质的屈服延伸率≥0.2%，断裂延伸率≥20%，可以突破传统的被动防护网的抗冲击能量，使得本实施例的拦挡防护结构可以适用于高能冲击的防护，整体的防护高度也为普通被动防护网的3~5倍，大大提升了对山体的防护效果。

在适用于高能冲击的防护时，拦挡网的结构和参数依据实际效果进行设置，拦挡网可以为包括多束的横向钢绞线和纵向钢绞线的井字形结构，横向钢绞线与对拉板连接，相邻横向钢绞线之间的间距≤0.3m。

拦挡网采用由兼顾高屈服强度和高均匀延伸率的新型钢绞线制作，拦挡网横向钢绞线布设间距根据设计冲击能量计算确定，竖向钢绞线布设间距根据横向钢绞线布设间距确定。通过对横向钢绞线之间的间距进行限定，可以避免由于间距较大而出现山体崩塌落石穿过绞线之间间隙的情况。另外，为了充分考虑横向钢绞线之间间距和落石的对应关系，可以对其进行计算分析，以使得本实施例布置的相邻横向钢绞线之间的间距满足对应设置场景下的落石防护。具体的，相邻横向钢绞线之间的间距满足以下关系：

其中，h为相邻横向钢绞线之间的间距，n为拦挡防护结构中横向钢绞线的数量，V为落石的当量体积；

在研究落石从山体坡面上斜落（包括滚落、滑落和弹跳等）时的能量时，一般根据预先的计算和实际场景的测试经验值，换算为落石自由落体情况下的能量，即换算呈山体坡面的垂直高度当量值，以此来替代山体坡面高度的数值。

新型钢绞线兼顾高屈服强度和高均匀延伸率，受力变形过程主要分为以下三个阶段：弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。当横向钢绞线初始施加预紧力F₁，此时的拦挡网横向钢绞线处于弹性阶段；当拦挡网横向钢绞线受到崩塌落石冲击后，拦挡网横向钢绞线由弹性阶段开始向塑性阶段过渡，即由开始施加的预紧力F₁到达到屈服的临界力F₂阶段；当拦挡网横向钢绞线受到崩塌落石冲击后达到屈服临界力F₂时，拦挡网横向钢绞线发生了塑性变形。本发明的适用高能冲击的拦挡防护结构保证落石的冲击最大只能达到拦挡网横向钢绞线的塑性变形阶段。

落石冲击到拦挡网上并停止的整个过程中的主要能量转换为：崩塌落石的重力势能转化为动能，冲击到拦挡网，拦挡网材质具有良好的延伸率性，延伸做功吸收冲击能量而停止。

本实施例的拦挡网在使用过程中，需要使其尽可能处于弹性阶段和塑性阶段，则拦挡防护结构中横向钢绞线的数量n满足以下关系：

其中，M落石的质量，g为重力加速度，H为山体坡面的垂直高度当量值，W₁为单束横 向钢绞线的弹性阶段做功，W₂为单束横向钢绞线的塑性阶段做功，F₁为施加在单束横向钢绞 线的预紧力，F₂为单束横向钢绞线的屈服临界力，L为单束横向钢绞线的长度，

为单束横 向钢绞线预紧拉伸率，

为单束横向钢绞线屈服延伸率，

为单束横向钢绞线塑性变形 伸长率。

F₁预紧力的数值可以在不同的应用场景中，选择不同的数值，一般来说，预紧力数值的适当调整对横向钢绞线的布设间距调整不大。V、M等落石的当量体积及落石的质量具体数值，可以根据应用场景下的历史数据进行设定，当然也需要考虑拦挡结构承受的阈值程度进行积极或者保守的计算。

通过充分考虑拦挡防护结构设置位置的落石、山体情况，并根据横向钢绞线自身的特点，考虑其弹性阶段和塑性阶段的不同参数，最终得到应设横向钢绞线的数量，并根据应设横向钢绞线数量和落石情况，最终得到相邻横向钢绞线之间的间距。根据相应的横向钢绞线之间间距布置的拦挡网，可以完成对预设落石和山体情况下的高能防护。

纵向钢绞线的数量和相邻纵向钢绞线之间的间距，可以依照横向钢绞线的间距以及应用的场景中落石的历史数据尺寸进行相应的设定。

在确定相邻横向钢绞线之间的间距后，需要将横向钢绞线穿过支撑桩并固定于山体上，本实施例在将横向钢绞线固定于山体上时，通过设置对拉板进行完成对横向钢绞线的固定。

本实施例的对拉板通过反向预应力锚索固定于山体上，而且每个对拉板上可以锚固多个横向钢绞线。为了使得对拉板设固定多个横向钢绞线时仍可以实现对横向钢绞线的固定和对拉效果，可以对反向预应力锚索的数量进行设置，在实际应用场景中，每个对拉板两侧的反向预应力锚索数量与横向钢绞线的数量比值≥0.3，并且每个对拉板位于地面以上的高度与位于地面以下的高度比值≤7.4。

通过对反向预应力锚索数量和横向钢绞线的数量，以及对拉板厚度进行限定，可以保证对拉板对横向钢绞线始终具有较好的固定和对拉效果。对拉板的作用实现横向钢绞线在受崩塌落石冲击后进行更换，对拉板的结构尺寸根据拦挡网受力及反向锚固山体的锚固力进行钢筋配置及截面尺寸设计。

在将横向钢绞线固定于山体上的对拉板后，在横向钢绞线上固定纵向钢绞线。在固定纵向钢绞线的过程中，可以通过对应的结构完成固定。在实际应用场景中，纵向钢绞线和横向钢绞线固定的情况分为两种，一种为纵向钢绞线与拦挡网顶部和底部的横向钢绞线固定的结构，另一种为纵向钢绞线与拦挡网除顶部和底部以外的其它横向钢绞线固定的结构。

具体的，如图2-3所示，本实施例的拦挡网顶部和底部通过T型扣件捆绑至少两束横向钢绞线形成顶部横向钢绞线和底部横向钢绞线，并与交汇的单束纵向钢绞线固定，拦挡网的其他横向钢绞线与纵向钢绞线呈现每束一一交叉，且交叉处采用十字扣件固定。优选地，拦挡网顶部和底部通过T型扣件捆绑七束横向钢绞线形成顶部横向钢绞线和底部横向钢绞线。

其中，T型扣件一端为捆绑顶部横向钢绞线或底部横向钢绞线的卡套，卡套通过位于顶部横向钢绞线或底部横向钢绞线两侧的螺栓固紧，另一端为U型连接叉耳，U型连接叉耳的前侧与卡套的铰接，U型连接叉耳的后侧通过楔形组件与单束纵向钢绞线固定；楔形组件可以包括锁紧螺母、压紧螺母、楔形卡片及楔形卡片外套，楔形卡片与单束纵向钢绞线卡合固定，锁紧螺母及压紧螺母将楔形卡片外套固定包裹楔形卡片与单束纵向钢绞线卡合部。

本实施例为了提高拦挡网的防护效果，可以将拦挡网顶部和底部通过多束横向钢绞线捆绑于卡套内进行对纵向钢绞线的固定。并且通过铰接的卡套和U型连接叉耳可以在横向钢绞线与纵向钢绞线固定后具有一定的转动空间。

在使用楔形组件固定纵向钢绞线时，通过压紧螺母对纵向钢绞线的一端进行一定程度的上的固定，在通过锁紧螺母与楔形卡片外套进行配合，实现对楔形卡片的挤压，从而使得楔形卡片与纵向钢绞线之间进行卡合固定。

本实施例的十字扣件也采用高屈服强度和高均匀延伸率的新型材料制作，十字扣件可以包括扣件基体和分别固定于扣件基体两侧的两个扣件盖板，扣件基体两侧分别设有相互垂直的第一沟槽，扣件盖板上设有第二沟槽，第一沟槽和第二沟槽为镜像对称结构，其配合形成容纳横向钢绞线和纵向钢绞线的通道。

在通过十字扣件固定横向钢绞线和纵向钢绞线时，将横向钢绞线和纵向钢绞线分别放置于扣件基体两侧的第一沟槽内，然后将两个扣件盖板盖合与扣件基体的两侧，使得第一沟槽和第二沟槽配合，并通过螺栓将扣件盖板和扣件基体进行固定，从而完成横向钢绞线和纵向钢绞线的固定。

十字扣件和T型扣件均采用高屈服强度和高均匀拉伸率的材质制作，并考虑顶部和底部的冲击，将横向钢绞线和纵向钢绞线进行固定，以此使得整个拦挡网耐高能冲击。

如图4所示，本实施例中支撑桩采用钢筋混凝土浇筑，支撑桩的截面尺寸根据横向钢绞线传递到支撑桩上的冲击力进行计算确定。

其中，为了提高拦挡防护结构的防护效果，可以在每个支撑桩上设置多根预应力锚索，每根预应力锚索一端与支撑桩的侧壁固定连接，另一端锚固于山体的下方，同一个支撑桩上的所有预应力锚索位于同一平面内，并与拦挡网垂直；每个支撑桩设置有多根竖向配筋，竖向配筋等间距的布置于支撑桩内；通过设置预应力锚索和设置相应的竖向配筋，可以提高支撑桩的承力效果。

由于支撑桩在不同高度的受力效果不同，可以将支撑桩分为上段、中段及底段，上段、中段与底段的高度比值为（0.8~1.2）:（4.8~5.2）:（2.8~3.2）；相邻两预应力锚索间距分别在上段、中段与底段的比值为（0.9~1.1）：（1.4~1.6）：（2.9~3.1）。

通过对上段、中段、底段上的相邻预应力锚索间距进行相应设计，可以使得本实施例的支撑桩具有更好的承力效果，从而使得拦挡防护结构具有更好的防护效果。对于上段、中段和底段的设计划分可以采用弹性地基梁有限查分进行计算，考虑到上段为冲击荷载最不利位置，设置的预应力锚索间距最小，中段的预应力锚索间距次之，底段的预应力锚索间距最大。在某个具体实施例中，支撑桩的总长度为43m，布设了16根预应力锚索，上段的高度为2m，中段的高度为10m，底段的高度为6m，上段的预应力锚索间距1m，中段的预应力锚索间距间距为1.5m，底段的预应力锚索间距3m。

其中，预应力锚索锚固在地梁上，地梁反向锚固在山体内，地梁的主要作用是实现钢绞线在受崩塌落石冲击后进行更换。地梁截面尺寸及配筋同样根据冲击荷载及锚固力计算确定。

支撑桩内设置竖向配筋保证支撑桩具有足够的稳定性抵抗拉弯的变形。

本实施例在对支撑桩进行相应的结构设计时，其竖向配筋的数量计算公式如下：

其中，m为竖向配筋的数量，τ为每个支撑桩的弯矩，f_y为竖向配筋的屈服强度，B_s为 单根竖向配筋的截面积，h₀为每个支撑桩的截面高度，

为每个支撑桩保护层的厚度。

每个支撑桩的弯矩可以采用有限元进行模拟得出，也可以通过计算的方式，每个支撑桩的弯矩计算公式如下方式：

其中，将支撑桩从顶端向底端按每段长h₁分为n等分，τ为支撑桩的弯矩，E为支撑桩的弹性模量，I为支撑桩的截面惯性距，EI为支撑桩的抗弯刚度，x为支撑桩的水平挠度。

通过预设支撑桩的高度、抗弯刚度和挠度，得到支撑桩的弯矩，然后在根据支撑桩的弯矩、截面高度、保护层厚度，和设置的竖向配筋的屈服强度、截面积得到拦挡防护结构达到预定防护效果时，支撑桩的竖向配筋的最少数量，从而可以使得本实施例在按照计算结果设置相应竖向配筋时可以满足并达到相应的防护效果。

如图5所示，本发明实施例还提供一种施工如上述适用高能冲击的拦挡防护结构的方法，具体步骤为：

基于支撑桩阵列的排布，在山体的下方开挖支撑桩的桩井，完成支撑桩的浇筑；

在山体坡面钻取孔，并放置反向预应力锚索，将对拉板固定在山体坡面上；

制备拦挡网，拦挡网连接支撑桩，以及两侧山体坡面的对拉板，完成适用高能冲击的拦挡防护结构的施工。

通过该施工方法给出的适用高能冲击的拦挡防护结构，应用于两山体坡面之间，布设呈一字状排布的支撑桩阵列，各个支撑桩之间连接拦挡网，且拦挡网的两侧通过对拉板与山体坡面锚固，设置拦挡网高度、材质的屈服延伸率和断裂延伸率，可以突破传统柔性拦挡网的防护能级，且易维护，具有适用高能冲击、大高度、易维护且柔性的功能。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种适用高能冲击的拦挡防护结构，其特征在于，包括：布设于相对的两山体坡面之间的支撑桩阵列，支撑桩阵列呈一字状排布，包括至少两根支撑桩，相邻两支撑桩之间预设特定间距；

所有支撑桩均固定于山体的下方，支撑桩之间连接拦挡网，且拦挡网穿过支撑桩阵列并延伸固定于两侧的山体坡面上；

山体坡面上布设多个对拉板，对拉板一侧通过设置的反向预应力锚索与山体坡面固定，对拉板另一侧与拦挡网连接，用于锚固拦挡网；

拦挡网的高度≥6m，拦挡网材质的屈服延伸率≥0.2%，断裂延伸率≥20%；

拦挡网为包括多束的横向钢绞线和纵向钢绞线的井字形结构，横向钢绞线与对拉板连接，相邻横向钢绞线之间的间距≤0.3m；

相邻横向钢绞线之间的间距满足以下关系：

其中，h为相邻横向钢绞线之间的间距，n为拦挡防护结构中横向钢绞线的数量，V为落石的当量体积；

拦挡防护结构中横向钢绞线的数量n满足以下关系：

其中，M落石的质量，H为落石崩落位置到碰撞冲击拦挡网接触位置的高差，W₁为单束横 向钢绞线的弹性阶段做功，W₂为单束横向钢绞线的塑性阶段做功，F₁为施加在单束横向钢绞 线的预紧力，F₂为单束横向钢绞线的屈服临界力，L为单束横向钢绞线的长度，

为单束横 向钢绞线预紧拉伸率，

为单束横向钢绞线屈服延伸率，

为单束横向钢绞线塑性变形 伸长率。

2.如权利要求1所述的拦挡防护结构，其特征在于，每个对拉板两侧的反向预应力锚索数量与横向钢绞线的数量比值≥0.3，每个对拉板位于地面以上的高度与位于地面以下的高度比值≤7.4。

3.如权利要求1所述的拦挡防护结构，其特征在于，拦挡网顶部和底部通过T型扣件捆绑至少两束横向钢绞线形成顶部横向钢绞线和底部横向钢绞线，并与交汇的单束纵向钢绞线固定，拦挡网的其他横向钢绞线与纵向钢绞线呈现每束一一交叉，且交叉处采用十字扣件固定。

4.如权利要求3所述的拦挡防护结构，其特征在于，T型扣件一端为捆绑顶部横向钢绞线或底部横向钢绞线的卡套，卡套通过位于顶部横向钢绞线或底部横向钢绞线两侧的螺栓固紧，另一端为U型连接叉耳，U型连接叉耳的前侧与卡套的铰接，U型连接叉耳的后侧通过楔形组件与单束纵向钢绞线固定；

其中，楔形组件包括锁紧螺母、压紧螺母、楔形卡片及楔形卡片外套，楔形卡片与单束纵向钢绞线卡合固定，锁紧螺母及压紧螺母将楔形卡片外套固定包裹楔形卡片与单束纵向钢绞线卡合部。

5.如权利要求1所述的拦挡防护结构，其特征在于，每个支撑桩上设置多根预应力锚索，每根预应力锚索一端与支撑桩的侧壁固定连接，另一端锚固于山体的下方，同一个支撑桩上的所有预应力锚索位于同一平面内，并与拦挡网垂直；

每个支撑桩设置有多根竖向配筋，竖向配筋等间距的布置于支撑桩内；

支撑桩包括上段、中段及底段，上段、中段与底段的高度比值为（0.8~1.2）:（4.8~5.2）:（2.8~3.2）；相邻两预应力锚索间距分别在上段、中段与底段的比值为（0.9~1.1）：（1.4~1.6）：（2.9~3.1）。

6.如权利要求5所述的拦挡防护结构，其特征在于，竖向配筋的数量计算公式如下：

其中，m为竖向配筋的数量，τ为每个支撑桩的弯矩，f_y为竖向配筋的屈服强度，B_s为单根 竖向配筋的截面积，h₀为每个支撑桩的截面高度，

为每个支撑桩保护层的厚度。

7.如权利要求6所述的拦挡防护结构，其特征在于，每个支撑桩的弯矩计算公式如下：

其中，将支撑桩从顶端向底端按每段长h₁分为n等分，τ为支撑桩的弯矩，E为支撑桩的弹性模量，I为支撑桩的截面惯性距，x为支撑桩的水平挠度。

8.一种用于如权利要求1-7任一所述适用高能冲击的拦挡防护结构的施工方法，其特征在于，具体步骤为：

基于支撑桩阵列的排布，在山体的下方开挖支撑桩的桩井，完成支撑桩的浇筑；

在山体坡面钻取孔，并放置反向预应力锚索，将对拉板固定在山体坡面上；

制备拦挡网，拦挡网连接支撑桩，以及两侧山体坡面的对拉板，完成适用高能冲击的拦挡防护结构的施工。

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