CN206581159U

CN206581159U - 棚洞

Info

Publication number: CN206581159U
Application number: CN201621069166.XU
Authority: CN
Inventors: 吴永; 李新坡; 何思明; 罗渝; 王东坡
Original assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Current assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2026-09-21

Abstract

针对现有墙式、拱式、悬臂式、柱式等棚洞结构对大规模群发、高速高强冲击的滚石防治效果有限，且建造费用高、适用性低的缺陷，本发明提供了一种棚洞结构体。棚洞布置在山区路基与山体边坡之间，包括Y形架梁，Y形架梁的顶部联接下凹圆弧形盖板，盖板的固定侧边与山体边坡相切，盖板自由侧边顶端切线与水平面夹角β≤45°。Y形架梁包括下部立柱与上部桁架结构，立柱固定在地基中，盖板覆盖在桁架结构上。棚洞的盖板采用上、下蒙皮板间填充耗能材料的夹心结构。在棚洞固定侧边的山体边坡上可增加辅助设施结构。本实用新型棚洞采用全新“滑跃自抛排导”技术构思，对于预防坡面高位滚石对道路的冲击破坏具有优势。棚洞结构简洁，环境适应性高。

Description

棚洞

技术领域

本发明涉及一种棚洞，特别是一种防治山区道路内侧高速坡面滚石灾害的结构体，属于山区灾害防治、路桥工程领域。

背景技术

公路干线在通过高山峡谷时，其路基常由较稳定一侧坡体削坡开挖而成，多属坡面高位路基。这类桥路工程因位于特殊的地质地貌环境，特别是中/高位崩塌形成的高速坡面滚石灾害，常砸毁车辆、阻断交通，严重影响经济和社会的发展。尤其在西部山区的交通干线上，崩塌滚石灾害严重，危害尤为严重。

棚洞作为滚石防治最有效最普遍的工程技术之一，已被大规模广泛应用于道路边坡滚石防治中。现有棚洞主要形式包括墙式、拱式、悬臂式、柱式等等，材料有钢筋混凝土、轻钢、砂石等等。现有棚洞虽然种类繁多，但多是通过“拦挡滚石”来实现对路基的防护，属于“被动拦挡”。工程实践表明，这些“被动拦挡”棚洞对大规模群发、高频反复、高速高强冲击的滚石防治效果有限。其技术缺陷表现在：首先，由于阻断滚石下泄路径并淤停在洞顶，因而棚顶在“大规模群发”滚石作用下承担的荷载持续增加，直接降低了结构安全性。其次，这类结构主要基于“力的控制”理论设计，刚度较大，直接拦挡“高速高强”滚石冲击，虽然通过保守设计可保证单次冲击的安全性，但整体结构会因“高频反复”滚石作用而不断损伤，最终当损伤累积到一定程度后就会出现***性无征兆的突发破坏，危害极大。最后，传统拦挡型棚洞多为钢筋混凝土结构，其建造费用高、施工周期长、在高山峡谷区修建难度大、损毁后不易修复、大自重增加桥隧荷载等不利因素也限制了其在高山峡谷区的应用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种与现有棚洞的“拦挡”构思不同、便于在山区快速组装施工的棚洞结构体，以及该棚洞的设计方法

为实现上述目的，本发明提供一种棚洞，其技术方案如下：

一种棚洞，布置在山区路基与山体边坡之间，其特征在于：所述棚洞包括Y形架梁，Y形架梁的顶部联接下凹圆弧形盖板，所述盖板的固定侧边与山体边坡相切，所述盖板自由侧边顶端切线与水平面夹角β≤45°。

上述棚洞是一种以“滑跃自抛排导”为技术构思的滚石棚洞结构体。棚洞盖板采用下凹圆弧形，且固定侧边与山体边坡相切。当滚石沿山体坡面坠落时，直接沿相切面滚入棚洞盖板，再以盖板的下凹圆弧形轮廓线为运动轨迹，自盖板的另一侧边向外“滑跃抛出”到棚洞的安全空域外侧的峡谷中，避免了滚石的直接冲击。崩塌滚石是地球外营力作用下地貌削高填低的过程。从地学角度看，它是地球物质大循环中客观存在、不可逆也不能消亡的一环。上述棚洞结构改拦挡滚石使其静止为引导滚石使其依轨迹运动，更符合自然规律。引导滚石滑跃抛出的方法也使本发明棚洞结构比传统棚洞结构更能防治高速滚石坠落的危害。

以上述棚洞为基础，在优选设计中，棚洞的盖板采用夹心结构，包括上、下蒙皮板。蒙皮板是刚性材料，上、下蒙皮板间填充耗能材料。该结构的盖板是一种耗能结构，能够针对超出设计的滚石冲击做出响应，并通过耗能材料的塑性变形来耗散极端冲击，控制作用在棚洞主体结构上的荷载，保证棚洞的安全。依照弧形结构面的常设施工设计，盖板由盖板单元沿盖板的圆弧轮廓拼接构成。

进一步地，上述棚洞的Y形架梁包括下部立柱与上部桁架结构，立柱固定在地基中，盖板覆盖在桁架结构上。立柱采用灌浆钢管桩结构，包括中心加强筋与中心加强筋外套装的至少一层钢性管。进一步地，钢性管是偏心套装，钢性管中心向坡体内侧偏移。在该偏心加筋优化设计中，刚性管的内径差异与相互间向坡体内侧偏移嵌套布置，能够在约束浆体材料、提升桩体抗压能力的同时，提升刚性管注浆桩的抗弯/抗剪能力。中心加强筋布置在内层钢性管的中心线上，用于增加抗拉强度，可采用碳纤维筋、石英纤维筋、螺纹钢筋、工字钢、三角钢等钢性材料，以增强桩体抗弯和抗剪性能。

上述棚洞，盖板固定侧边一般采用锚杆/锚索的锚固结构保证盖板与山体坡面相切的固定联接关系，并为棚洞提供抗侧向冲击能力。

在实际建设工程中，本发明棚洞可以先根据需保护路基的长度、山地坡面角度的特征分隔设计为多个棚洞单体。每个棚洞单体有一定长段，根据需要统一设计或分别设计。现场施工时，各棚洞单体按无缝顺序衔接的方式沿着滚石多发路段的内侧坡脚线性布置。

上述棚洞中，桁架结构顶棚包括固定盖板的刚性环梁、连接在刚性环梁下的竖向桁架三角面、与竖向桁架三角面垂直的横向主梁、必要的边架、副梁。

本发明的棚洞主要用于预防坡面的高位滚石对道路的冲击破坏。采用本发明结构棚洞可安全防治的滚石坠落高度h存在下限值l₀/(2-2k)，其中l₀是待防治路基安全空域的有效宽度、由设计参数确定，k是滚石坡面滚动能量损失系数、由现场实验测试确定。因此当通过现在勘察确定的滚石最小坠落高度h_min≤l₀/(2-2k)时，本发明技术方案提供优化方案：

棚洞结构优化，具体是在棚洞固定侧边的山体边坡上增加柔性钢丝网、轻钢棚洞等辅助设施结构，共同构成棚洞组合防护***。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明提供了一种基于新的技术构思的棚洞结构。产品能够通过“滑跃排导”的方式实现对中/高位崩塌滚石单/群体的有效防治，解决了传统棚洞面临“高能级冲击损毁”、“高频损伤累积破坏”、“拦挡淤塞压垮”等问题。(2)本发明顶棚的支撑桩采用多腔套管注浆而成，套管沿冲击方向定向偏心，使得桩体不仅有较好的抗压性能，其抗弯和抗剪性能也得到极大提升。(3)本发明棚洞结构简洁，主要部件均可依实际工况先期进行工厂标准化定制生产，再在现场根据不同防护对象与地形条件进行现场搭建组装，具有广泛适应性。同时，施工速度快，工程质量容易控制，劳动强度低，能在传统结构不易施工的在高山峡谷区应用，且便于抢险救灾。(4)本发明棚洞结构为模块化生产安装，可实现对受损构件有针对性替换，极大的降低工程运行期的维护成本，解决了传统棚洞不易修复和维护问题。(5)本发明提供的棚洞对于预防坡面高位滚石对道路的冲击破坏具有优势。

附图说明

图1是棚洞安装位置侧面示意图。

图2a、图2b是棚洞安装位置立体示意图。

图3a、图3b是棚洞结构示意图。

图4是盖板多层夹心结构示意图。

图5是盖板单元拼接结构示意图

图6是立柱横剖面结构示意图。

图7a、图7b、图7c是桁架结构顶棚示意图。

图8a、图8b是单片桁架顶棚断面结构与在桁架顶棚中位置示意图。

附图中的数字标记分别是：

1Y形架梁 11立柱 111中心加强筋 112钢性管 113灌浆区 12桁架结构顶棚 121刚性环梁 122桁架三角面 123主梁 124外侧边架 2盖板 21固定侧边 22盖板单元 23上、下蒙皮板 24耗能材料 3锚固体系

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。

实施例一

如图所示，加工安装一种棚洞，布置在山区路基与山体边坡之间，防止坡面滚石危害路基。该公路位于四川甘孜藏族自治州的康定县，在横跨折多山时因坡降较大而被迫沿姑咱镇的一段高陡边坡展线。该段边坡海拔高、气温低，顶部山体冻融崩塌发育，滚石灾害具有“点多”、“面广”、“高位频发”的特征，对道路行车安全造成严重危害，亟待治理。

图1是棚洞安装位置侧面示意图，图2a、图2b是棚洞安装位置立体示意图。棚洞布置在山区路基M与山体边坡N之间。路基M位于棚洞的安全空域l内。

图3a、图3b是棚洞结构示意图。棚洞包括Y形架梁1，Y形架梁1的顶部联接下凹圆弧形盖板2，盖板2的固定侧边21与山体边坡相切。本实施方式中，固定侧边21通过锚杆/锚索的锚固体系3与山体边坡N锚固。Y形架梁1包括下部立柱11与上部桁架结构顶棚12，立柱11固定在地基中，盖板2覆盖在桁架结构顶棚12上。盖板2自由侧边顶端切线与水平面夹角β≤45°。

图4是盖板多层夹心结构示意图。盖板2是夹心结构，包括上、下蒙皮板23，蒙皮板23是刚性材料，上、下蒙皮板23间填充耗能材料24。本实施方式中，蒙皮板23的刚性材料采用钢板，耗能材料24采用开孔泡沫铝。

图5是盖板单元拼接结构示意图。盖板2由盖板单元22沿盖板2的圆弧轮廓拼接构成。

图6是立柱横剖面结构示意图。立柱11是灌浆钢管桩结构，包括中心加强筋111与中心加强筋111外套装的至少一层钢性管112，钢性管112与中心加强筋111之间、钢性管112之间是灌浆区113。本实施方式中，钢性管112是偏心套装，钢性管112中心向棚洞内侧偏移。刚性套管注浆桩下部桩身加工成花管以便注浆。

图7a、图7b、图7c是桁架结构顶棚示意图，图8a、图8b是单片桁架顶棚断面结构与在桁架顶棚中位置示意图。桁架结构顶棚包括固定盖板的刚性环梁121、连接在刚性环梁121下的竖向桁架三角面122、与竖向桁架三角面122垂直的横向主梁123、边架、副梁。

Claims

1.棚洞，布置在山区路基与山体边坡之间，其特征在于：所述棚洞包括Y形架梁(1)，Y形架梁(1)的顶部联接下凹圆弧形盖板(2)，所述盖板(2)的固定侧边(21)与山体边坡相切，所述盖板(2)自由侧边顶端切线与水平面夹角β≤45°。

2.根据权利要求1所述的棚洞，其特征在于：所述盖板(2)是夹心结构，包括上、下蒙皮板(23)，所述蒙皮板(23)是刚性材料，所述上、下蒙皮板(23)间填充耗能材料(24)。

3.根据权利要求1所述的棚洞，其特征在于：所述盖板(2)由盖板单元(22)沿盖板(2)的圆弧轮廓拼接构成。

4.根据权利要求1所述的棚洞，其特征在于：所述Y形架梁(1)包括下部立柱(11)与上部桁架结构顶棚(12)，所述立柱(11)固定在地基中，所述盖板(2)覆盖在桁架结构顶棚(12)上。

5.根据权利要求4所述的棚洞，其特征在于：所述桁架结构顶棚(12)包括固定盖板的刚性环梁(121)、连接在刚性环梁(121)下的竖向桁架三角面(122)、与竖向桁架三角面垂直的横向主梁(123)、边架、副梁。

6.根据权利要求4所述的棚洞，其特征在于：所述立柱(11)是灌浆钢管桩结构，包括中心加强筋(111)与中心加强筋(111)外套装的至少一层钢性管(112)。

7.根据权利要求6所述的棚洞，其特征在于：所述钢性管(112)是偏心套装，钢性管(112)中心向坡体内侧偏移。

8.根据权利要求1所述的棚洞，其特征在于：所述盖板(2)的固定侧边(21)与山体边坡通过锚杆/锚索锚固***锚固联接。

9.根据权利要求1～8任一所述的棚洞，其特征在于：在棚洞固定侧边的山体边坡上有辅助设施结构。

10.根据权利要求9所述的棚洞，其特征在于：所述辅助设施结构是柔性钢丝网和/或轻钢棚洞。