一种适用沟谷泥石流及落石防护的拦挡结构及其施工方法与流程

本发明涉及沟谷泥石流及崩塌落石防护，尤其是涉及一种适用沟谷泥石流及落石防护的拦挡结构及其施工方法。

背景技术：

1、沟谷型泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，由于降水(暴雨、冰川、积雪融化水)在沟谷或山坡上产生的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流，具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。另外，部分泥石流沟沟脑处发育有大量高位高危危岩体，一经发生崩塌落石，沿沟谷快速滑落或滚落，冲击能量大、弹跳高度难以预测，势必对公路铁路等道路工程运营安全造成威胁。

2、现有道路工程中，常常通过修建拦挡坝等结构对泥石流物质进行阻拦，但对于沟道狭窄、沟谷深切且纵坡较大的沟谷型泥石流沟中修建拦挡坝施工难度较大且成本较高。目前对于高位高势能危岩体主要治理手段包括原位整治及被动拦挡两种，其中传统被动拦挡技术主要以被动防护网和拦石墙为主，大量实验研究证明，这类防护结构最大承受能级只能达到5000kj，且拦挡高度较低(一般不超过6m)，对于高位高能崩塌落石防护能力有限，在高山峡谷区极易发生破损失效。因此，亟需探索能够抵抗高能级落石冲击的新型拦挡技术。

3、随着防治理念与材料技术的不断革新，柔性拦挡技术获得了不断发展与广泛应用，但防护能级仍缺乏质的飞跃。高能级柔性拦挡结构作为一种针对泥石流和高位危岩体的新型被动防治技术，主要是通过结构型式、材料组成、施工工艺等技术方面的创新，最终使其适用于拦截沟谷型泥石流物质和高位高危崩塌落石危岩体等特殊工况及应用场景，从而保护公路铁路等道路工程运维安全。随着我国交通工程建设向高山峡谷地区推进，必将面临更多的沟谷型泥石流及高位崩塌落石防护工程问题，因此亟需开发适用于复杂山区、兼顾沟谷型泥石流及高位崩塌落石等不同粒径物质拦挡防护的新型高能级柔性拦挡结构。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的是提供一种适用沟谷泥石流及落石防护的拦挡结构及其施工方法，既能对沟谷泥石流进行防护拦挡，又能对沟谷落石进行防护拦挡，且拦挡结构突破传统拦挡网的防护能级，拦挡结构韧性强且易维护。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种适用沟谷泥石流及落石防护的拦挡结构，包括设置于山体沟谷内的爬坡梁和拦挡网结构，拦挡网结构的两侧通过爬坡梁与山体沟谷两侧的坡面连接，拦挡网结构的底端通过固定结构与山体沟谷底部连接；爬坡梁设置于山体沟谷两侧坡面，爬坡梁通过反向预应力锚索与山体沟谷两侧的坡面连接；

3、拦挡网结构包括用于拦挡落石的上部拦挡网和用于拦挡泥石流的下部拦挡网，下部拦挡网设置在上部拦挡网的下方，固定结构包括混凝土矮坝，下部拦挡网通过混凝土矮坝与山体沟谷底部连接；

4、上部拦挡网包括若干交叉设置的柔性钢绞线一、柔性钢绞线二，柔性钢绞线一与柔性钢绞线二的垂直交叉连接处设置有十字卡扣；下部拦挡网包括若干垂直交叉设置的柔性钢绞线三、柔性钢绞线二，柔性钢绞线三与柔性钢绞线二垂直交叉连接，柔性钢绞线三与柔性钢绞线二的垂直交叉连接处设置有十字卡扣，柔性钢绞线一、柔性钢绞线三横向设置，柔性钢绞线二纵向设置。

5、优选的，爬坡梁沿山体沟谷两侧的坡面的坡度设置。

6、优选的，柔性钢绞线一和柔性钢绞线三的两端均与爬坡梁锚固连接，柔性钢绞线一、柔性钢绞线二、柔性钢绞线三均为npr钢绞线。

7、优选的，十字卡扣包括十字扣板和十字扣体，十字扣板通过螺栓与十字扣体锁紧连接。

8、优选的，上部拦挡网的相邻柔性钢绞线一之间的间距大于下部拦挡网的相邻柔性钢绞线三之间的间距。

9、优选的，相邻的柔性钢绞线一的间距及数量满足以下关系：

10、

11、其中，t为每米内所需布设的柔性钢绞线一的根数，n为抵消冲击能量所需柔性钢绞线一的数量，v为落石体积；

12、柔性钢绞线一的数量n满足以下关系：

13、n≥mgh/(q2+q3)

14、

15、q3＝f2×l×(δ2-δ1)

16、其中，m为崩塌落石的质量，h为落石崩落位置到碰撞冲击上部拦挡网接触位置的高差，q2为单束柔性钢绞线一弹性阶段吸收能量，q3为单束柔性钢绞线一塑性阶段吸收能量，f1为施加在单束柔性钢绞线一的初始预应力，f2为单束柔性钢绞线一的屈服力，l为单束柔性钢绞线一的长度，δ0为单束柔性钢绞线一预紧拉伸率，δ1为单束柔性钢绞线一进入屈服状态的延伸率，δ2为单束柔性钢绞线一破坏时的延伸率。

17、优选的，柔性钢绞线三的布设高度满足以下关系：

18、h≥vc2/2g

19、其中，h为柔性钢绞线三的布设高度，vc为泥石流流速，g为重力加速度。

20、优选的，相邻的柔性钢绞线三的间距及数量满足以下关系：

21、m≤n/(d+1)

22、其中，m为每米内所需布设的柔性钢绞线三的根数，n为抵消冲击能量所需柔性钢绞线三的数量，d为泥石流中块石的平均粒径；

23、柔性钢绞线三的数量n满足以下关系：

24、

25、

26、q3＝f2×l×(δ2-δ1)

27、其中，v为泥石流冲击速度，q2为单束柔性钢绞线三弹性阶段吸收能量，q3为单束柔性钢绞线三塑性阶段吸收能量，f1为施加在单束柔性钢绞线三的初始预应力，f2为单束柔性钢绞线三的屈服力，l为单束柔性钢绞线三的长度，δ0为单束柔性钢绞线三预紧拉伸率，δ1为单束柔性钢绞线三进入屈服状态的延伸率，δ2为单束柔性钢绞线三破坏时的延伸率。

28、优选的，爬坡梁上设置有若干用于固定反向预应力锚索的预留孔一，爬坡梁上设置有若干用于固定柔性钢绞线一、柔性钢绞线三的预留孔二。

29、本发明提供的一种适用沟谷泥石流及落石防护的拦挡结构的施工方法，包括以下步骤：

30、步骤一，在山体沟谷内坡面钻取孔，并放置反向预应力锚索；

31、步骤二，沿山体沟谷内坡面反向预应力锚索排布方向完成爬坡梁钢筋绑扎及混凝土浇筑，并沿爬坡梁上设置的预留孔一完成反向预应力锚索预应力施加；

32、步骤三，制备柔性钢绞线三，将柔性钢绞线三与爬坡梁通过设置的预留孔二连接，施加预应力；

33、步骤四，制备柔性钢绞线一，将柔性钢绞线一与爬坡梁通过设置的预留孔二连接，施加预应力，并使相邻柔性钢绞线一之间的间距大于相邻柔性钢绞线三之间的间距；制备柔性钢绞线二，柔性钢绞线二采用十字卡扣与柔性钢绞线一、柔性钢绞线三垂直交叉连接，完成拦挡网施工；

34、步骤五，下部拦挡网底部通过浇筑混凝土矮坝完成与山体沟谷底部的连接，完成适用沟谷泥石流及落石防护的拦挡结构施工。

35、因此，本发明采用上述一种适用沟谷泥石流及落石防护的拦挡结构及其施工方法，具有以下有益效果：

36、(1)本发明通过若干柔性钢绞线垂直交叉设置的上部拦挡网能够防护沟谷内高位崩塌落石的冲击，通过若干柔性钢绞线垂直交叉设置的下部拦挡网配合底部混凝土矮坝能够防护沟谷型泥石流冲击；该结构能够同时对沟谷泥石流及崩塌落石进行防护拦挡，拦挡网韧性好且具有更高的防护能级，更具有安全性；

37、(2)本发明通过爬坡梁连接拦挡网与沟谷两侧的坡体，使拦挡网牢固设置在沟谷内，爬坡梁通过反向预应力锚索与坡体锚固连接，拦挡网的柔性钢绞线与爬坡梁固定连接，连接更加牢固；结合拦挡网上的十字卡扣能够大大提升拦挡网的连接稳定性。

38、(3)本发明拦挡网上柔性钢绞线单束或多束损坏后容易拆卸更换，易于维修且无需更换整个拦挡结构，维修成本更低。

39、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。