一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构及施工方法与流程

本发明涉及构筑物落石防护，尤其是涉及一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构及施工方法。

背景技术：

1、崩塌落石，即山体或其它高处上大小不一的若干块石头从陡崖或沿着斜坡快速弹跳滚落至地面或低洼处。落落石的规模大小不一，且时刻都在发生，是很平常的地质现象，也是地形地貌变化的常态，但同时也长期对人类的生产生活造成威胁。落石是山崩的简单形态，超大数量规模或体积规模的落石会朝着泥石流、滑坡等程度演变。不同规模的落石，破坏力和波及面不同，其危害特点和影响程度因范围内人类的不同活动方式而不同。中小型落石会导致行人、家畜意外伤亡；大型落石会冲垮房屋桥隧，给交通线或居民楼等设施带来严重损坏，同时造成水土大量流失，甚至继续堆积进入泥石流诞生阶段或在江河中形成容易溃决的堰塞湖。

2、构筑物为某种使用目的而建造的、人们一般不直接在其内部进行生产和生活活动的工程实体或附属建筑设施。设置于近山体的构筑物经常会受到山体上崩塌落石的冲击，对构筑物造成破坏。通常采用加固构筑物或采用拦截结构来防止落石对构筑物的冲击，通常拦截结构采用的拦截墙、拦截网无法阻挡高处的落石对构筑物顶部的冲击，同时防护能级低，对于高位高能崩塌落石拦截能力有限，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截技术。

3、随着防治理念与材料技术的不断革新，柔性拦截技术获得了不断发展与广泛应用。高能级柔性拦截结构作为一种针对高位崩塌落石抗冲击的新型被动拦截技术，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近构筑物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建构筑物工程运维安全。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中的问题，本发明提供了一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构及施工方法，通过工字钢支撑柱之间设置垂直交叉连接的横向钢绞线和纵向钢绞线，形成柔性拦截网，能够有效防护山体高位落石对临近构筑物的冲击，避免崩塌落石翻越柔性拦截结构后对构筑物造成破坏。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构，包括若干工字钢支撑柱，工字钢支撑柱之间设置有柔性拦截网，工字钢支撑柱底部通过钢花管群桩固定在地面上，工字钢支撑柱通过多向预应力锚索结构与山体连接；工字钢支撑柱包括竖直设置的下部支撑柱与倾斜设置的上部支撑柱，柔性拦截网包括若干垂直交叉设置的横向npr钢绞线和纵向npr钢绞线。

3、优选的，下部支撑柱的底部通过冠梁与设置于地面以下的钢花管群桩连接。

4、优选的，下部支撑柱与上部支撑柱的工字钢本体一端均设置有弧形罩。

5、优选的，多向预应力锚索结构包括反向预应力锚索一、反向预应力锚索二、反向预应力锚索三，位于最外侧的两组下部支撑柱均通过反向预应力锚索一与地面锚固连接。

6、优选的，下部支撑柱均通过反向预应力锚索二与山体锚固连接。

7、优选的，上部支撑柱均通过反向预应力锚索三与山体锚固连接。

8、优选的，横向npr钢绞线与纵向npr钢绞线的垂直交叉连接处设置有卡扣。

9、优选的，相邻的横向npr钢绞线之间的间距满足以下关系：

10、

11、其中，m为每米内所需布设的横向npr钢绞线的根数，n为抵消冲击能量所需横向npr钢绞线的数量，v为落石体积；

12、横向npr钢绞线的数量n满足以下关系：

13、n≥mgh/(w1+w2)

14、

15、w2＝f2×l×(δ2-δ1)

16、其中，m为落石的质量，h为落石崩落位置到碰撞冲击横向npr钢绞线接触位置的高差，w1为单束横向npr钢绞线弹性阶段吸收能量，w2为单束横向npr钢绞线塑性阶段吸收能量，f1为施加在单束横向npr钢绞线的初始预应力，f2为单束横向npr钢绞线的屈服力，l为单束横向npr钢绞线的长度，δ0为单束横向npr钢绞线预紧拉伸率，δ1为单束横向npr钢绞线进入屈服状态的延伸率，δ2为单束横向npr钢绞线破坏时的延伸率，g为重力加速度。

17、本发明还提供了一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构的施工方法，包括以下步骤：

18、步骤一，在近构筑物前的地面内埋设钢花管群桩，钢花管群桩顶部绑扎冠梁钢筋并浇筑混凝土，冠梁钢筋结构顶端安装工字钢支撑柱；

19、步骤二，最外侧的两组下部支撑柱放置反向预应力锚索一与地面锚固连接。在山体坡面钻取孔，放置反向预应力锚索二与反向预应力锚索三，并完成预应力锚索二与反向预应力锚索三的预应力施加，完成反向预应力锚索二、反向预应力锚索三与支撑柱的连接；

20、步骤三，制备横向npr钢绞线，横向npr钢绞线布设于工字钢支撑柱之间，横向npr钢绞线穿过中间的若干工字钢支撑柱；

21、步骤四，制备纵向npr钢绞线，纵向npr钢绞线采用卡扣与横向npr钢绞线垂直交叉连接，完成柔性拦截网施工。

22、因此，本发明采用上述结构的一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构及施工方法，具有以下有益效果：

23、(1)本发明通过垂直交叉设置的横向npr钢绞线、纵向npr钢绞线与工字钢支撑柱连接成一个整体的柔性拦截网，工字钢支撑柱通过多向预应力锚索结构与山体锚固连接，工字钢支撑柱底部通过冠梁与地面以下的钢花管群桩连接，提升连接稳定性，最终形成柔性拦截结构，提升防护等级，能够防止落石冲击对近构筑物造成破坏，防止落石冲击构筑物的顶部和侧面；

24、(2)柔性拦截网的横向npr钢绞线、纵向npr钢绞线的垂直交叉处通过卡扣连接，连接更加稳定，同时单束横向npr钢绞线、单束纵向npr钢绞线便于拆卸，长时间使用后能够对单束钢绞线进行更换，无需更换整个柔性拦截网，维修简单方便，能够大大降低维修成本。

25、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。

技术特征：

1.一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构，其特征在于：包括若干工字钢支撑柱，工字钢支撑柱之间设置有柔性拦截网，工字钢支撑柱底部通过钢花管群桩固定在地面上，工字钢支撑柱通过多向预应力锚索结构与山体连接；工字钢支撑柱包括竖直设置的下部支撑柱与倾斜设置的上部支撑柱，柔性拦截网包括若干垂直交叉设置的横向npr钢绞线和纵向npr钢绞线。

2.根据权利要求1所述的一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构，其特征在于：下部支撑柱的底部通过冠梁与设置于地面以下的钢花管群桩连接。

3.根据权利要求2所述的一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构，其特征在于：下部支撑柱与上部支撑柱的工字钢本体一端均设置有弧形罩。

4.根据权利要求3所述的一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构，其特征在于：多向预应力锚索结构包括反向预应力锚索一、反向预应力锚索二、反向预应力锚索三，位于最外侧的两组下部支撑柱均通过反向预应力锚索一与地面锚固连接。

5.根据权利要求4所述的一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构，其特征在于：下部支撑柱均通过反向预应力锚索二与山体锚固连接。

6.根据权利要求5所述的一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构，其特征在于：上部支撑柱均通过反向预应力锚索三与山体锚固连接。

7.根据权利要求6所述的一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构，其特征在于：横向npr钢绞线与纵向npr钢绞线的垂直交叉连接处设置有卡扣。

8.根据权利要求7所述的一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构，其特征在于：相邻的横向npr钢绞线之间的间距满足以下关系：

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明涉及崩塌落石防护技术领域，且公开了一种适用于近构筑物落石冲击的柔性拦截结构及施工方法，柔性拦截结构包括若干工字钢支撑柱，工字钢支撑柱之间设置有柔性拦截网，工字钢支撑柱底部通过钢花管群桩固定在地面上，工字钢支撑柱通过多向预应力锚索结构与山体连接；工字钢支撑柱包括竖直设置的下部支撑柱与倾斜设置的上部支撑柱，柔性拦截网包括若干垂直交叉设置的横向NPR钢绞线和纵向NPR钢绞线。本发明采用上述柔性拦截结构及施工方法，通过工字钢支撑柱之间设置垂直交叉连接的横向钢绞线和纵向钢绞线，形成柔性拦截网，能够有效防护山体高位落石对临近构筑物的冲击，避免崩塌落石翻越柔性拦截结构后对构筑物造成破坏。技术研发人员：张玉芳,袁坤,李健,宋国壮,万军利,高旭,刘梦佳,刘波,段磊,邓胜,杨忠民,周文皎,尹振华,崔建,范家玮受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/16