适用5000KJ落石冲击能级的装配式拦挡网防护结构的制作方法

本发明涉及落石防护，尤其涉及适用5000kj落石冲击能级的装配式拦挡网防护结构。

背景技术：

1、高位崩塌落石是复杂艰险山区常见的地质灾害，其具有隐蔽性高、致灾能力强和冲击能量大的特点，威胁同行人员的生命安全。故在地质灾害多发区需要设置防治结构，常见的防治措施可分为原位主动加固和被动防护两类，原位主动加固主要采用主动防护网、格构锚杆(索)和支撑柱等方法，被动防护则主要采用被动防护网、棚洞等方案，由于复杂艰险山区原位整治的施工难度高，如需要搭设超高脚手架，因此相比之下被动防护结构在高位崩塌落石防治中获得广泛应用。

2、现有的被动防护结构例如：

3、专利cn111549804b公开了一种路堑边坡加强型被动防护系统及其施工方法，该结构布设于破碎岩质路堑边坡，包括路堑墙、钢筋石笼挡土墙和被动防护网，路堑墙设置于路堑边坡坡脚，钢筋石笼挡土墙设置于路堑墙顶部，被动防护网设置于所钢筋石笼挡土墙顶部；钢筋石笼挡土墙由多个钢筋石笼构成，相邻钢筋石笼之间通过对折钢丝绳和/或卡扣连接；被动防护网包括基座,被动防护网通过多个间隔的基座固定在钢筋石笼挡土墙上；基座上设置多个基座通孔，钢筋石笼挡土墙内对应于基座通孔的位置竖向设置多根pvc管，pvc管内设置有钢管，钢管贯穿基座通孔并支出基座，钢管内设置有水泥砂浆。其优点为：该结构能有效的保护钢柱柱脚免受落石的危害，但其防护高度较低。

4、同时，研究人员还对支撑绳的设计进行了相应的研究和开发。例如：专利cn105256730a公开了一种主被动混合拖尾式高性能防护网，采用多根平行支撑绳取代传统的上下支撑绳，通过将最下根平行支撑绳抬离地面一定距离，形成下部落石通过的开口空间，使得系统具备开口特征，便于落石进入拖尾网片区；将网片分为拦截网片与拖尾网片，使得一定体积的落石在被拦截后能通过最下根平行支撑绳下部开口空间，进入拖尾网片区域，并顺拖尾方向运动至预设收集区域，拖尾网片对所覆盖区域内发生的崩塌落石具有一定的轨迹管控作用。其优点是：汲取了主、被动防护网系统各自的优点，兼具较高的防护能级和易清理性。

5、专利cn115450234b公开了一种用于复杂山区防高能落石冲击的防护拦挡结构，该结构布设于沟道两侧山坡之间的支撑桩阵列，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％。优点：可以提高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。

6、尽管以上研究已能适应较高拦挡能级，但目前国内外对冲击能量达到5000kj以上的可更换装配式拦挡网防护结构的研究还相对缺乏，不适用于大能级且高频发生的高位崩塌落石地质灾害。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种适用5000kj落石冲击能级的装配式拦挡网防护结构，通过设置装配式支撑柱，并采用高强螺栓连接顶端钢管混凝土柱与底端钢筋混凝土柱，可以实现底端钢筋混凝土柱的可更换、回收。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种适用5000kj落石冲击能级的装配式拦挡网防护结构，包括设置于沟道两侧的山坡之间的拦挡网主体、顶端与拦挡网主体连接的多根装配式支撑柱，装配式支撑柱包括顶端钢管混凝土柱和底端钢筋混凝土柱，顶端钢管混凝土柱上固定有拦挡网主体，顶端钢管混凝土柱的底端经高强螺栓与底端钢筋混凝土柱的顶端装配连接，底端钢筋混凝土柱预埋于山体底端。

3、优选的，拦挡网主体的高度≥6m，拦挡网主体的屈服延伸率≥0.2％，拦挡网主体的断裂延伸率≥20％。

4、优选的，拦挡网主体为由纵横交错的多束横向钢绞线和多束纵向钢绞线组成的网格结构，横向钢绞线和纵向钢绞线之间经扣件连接；

5、横向钢绞线两端穿过顶端钢管混凝土柱后均依次经对拉板和反向预应力锚索分别与沟道两侧的山坡的坡面垂直连接；

6、横向钢绞线和纵向钢绞线的材质均为npr钢。

7、优选的，相邻两束横向钢绞线之间的间距满足以下关系：

8、

9、式中，h为相邻两束横向钢绞线之间的间距；n为横向钢绞线的数量；v为落石的当量体积；

10、且横向钢绞线的数量n满足以下关系：

11、mgh≤n(w1+w2)  (2)

12、w1＝f2×l×δ1-f1×l×δ0  (3)

13、w2＝f2×l×(δ2-δ1)  (4)

14、式中，m为落石的质量；g为重力加速度；h为落石崩落位置到碰撞冲击拦挡网主体接触位置的高差；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；δ0为单束横向钢绞线预紧拉伸率；δ1为单束横向钢绞线屈服延伸率；δ2为单束横向钢绞线塑性变形伸长率。

15、优选的，扣件包括t型扣件和十字型扣件，t型扣件和十字型扣件的材质均为npr合金钢；

16、其中，t型扣件用于连接位于顶部的设定束横向钢绞线与交汇的单束竖向钢绞线以及位于底部的设定束横向钢绞线与交汇的单束竖向钢绞线；

17、十字型扣件用于连接位于连接顶部的设定束横向钢绞线和位于底部的设定束横向钢绞线之间的单束横向钢绞线与交汇的单束竖向钢绞线；

18、设定束为至少两束。

19、优选的，t型扣件包括用于穿接顶部的设定束横向钢绞线或者底部的设定束横向钢绞线的卡套、一端与卡套连接的u型连接叉耳以及与u型连接叉耳的另一端连接的楔形组件，楔形组件包括一端经锁紧螺母与u型连接叉耳的外壁连接的楔形卡套，楔形卡套远离u型连接叉耳一端的内部开设有楔形孔腔，楔形孔腔内轴向滑动设置有楔形卡环，楔形卡环内卡接有竖向钢绞线；u型连接叉耳伸入楔形卡套内部后经压紧螺母与楔形卡环压接，压紧螺母还与穿过楔形卡环的竖向钢绞线的外圆周侧固定连接；

20、十字型扣件包括基体和经螺栓设置于基体上下两端的盖板，基体的顶端与对应的盖板之间以及基体的底端与对应的盖板之间分别开设有横向沟槽和纵向沟槽，横向沟槽内和纵向沟槽内分别卡合有横向钢绞线和纵向钢绞线。

21、优选的，将装配式支撑柱从顶端向底端按每段长h1分为j等份，装配式支撑柱的弯矩计算公式如下：

22、

23、式中，τ为装配式支撑柱的弯矩；e为装配式支撑柱的弹性模量；i为装配式支撑柱的截面惯性距；xk为第k份的装配式支撑柱的水平挠度；xk-1为第k-1份的装配式支撑柱的水平挠度；xk+1为第k+1份的装配式支撑柱的水平挠度；且k∈(2,j-1)。

24、优选的，顶端钢管混凝土柱与底端钢筋混凝土柱之间设置有钢垫板，钢垫板的顶端且围绕顶端钢管混凝土柱设置有多根翼板，多根翼板围成用于卡接多根顶端钢管混凝土柱的空腔，且相邻两根翼板之间经高强螺栓连接底端钢筋混凝土柱，且顶端钢管混凝土柱与底端钢筋混凝土柱的连接处填充有填缝剂；

25、顶端钢管混凝土柱和底端钢筋混凝土柱的高度比为5:3，且底端钢筋混凝土柱的横截面满足以下要求的正方形：

26、l≥2d  (6)

27、式中，l为底端钢筋混凝土柱的横截面边长，d为顶端钢管混凝土柱的横截面直径；顶端钢管混凝土柱的横截面直径由有限差分法计算确定。

28、优选的，顶端钢管混凝土柱为在钢管外浇筑混凝土的结构，钢管的表面涂抹有聚天门冬氨酸酷树脂；

29、底端钢筋混凝土柱埋入地面的深度≥5m，底端钢筋混凝土柱为在钢筋笼上浇筑混凝土保护层的结构，钢筋笼由阵列排布的横向钢筋和纵向钢筋组成，钢筋笼内插有多根纵向带肋钢筋，横向钢筋和纵向钢筋之间绑扎连接，且纵向钢筋间距≤0.2m，横向钢筋层间距≤0.3m，混凝土保护层的厚度≥0.05m；

30、底端钢筋混凝土柱的顶端放置有钢垫片，钢垫片对应纵向带肋钢筋的位置开设有螺纹孔，纵向带肋钢筋的顶端与螺纹孔螺纹连接且经螺纹孔伸出，纵向带肋钢筋的伸出长度为0.5m；

31、纵向带肋钢筋的数量确定公式如下：

32、

33、式中，m为纵向带肋钢筋的数量，τ为装配式支撑柱的弯矩，fy为纵向带肋钢筋的屈服强度，bs为纵向带肋钢筋的截面积，h0为装配式支撑柱的截面高度，a's为混凝土保护层的厚度。

34、优选的，顶端钢管混凝土柱上由上到下均匀固定有多根预应力锚索，多根预应力锚索形成的平面与拦挡网主体所在的平面垂直；

35、预应力锚索锚固在地梁上，地梁反向锚固在山体内。

36、本发明具有以下有益效果：

37、1、可通过调节拦挡网主体高度、材质的屈服延伸率和断裂延伸率，突破传统柔性拦挡网的防护能级，实现高能冲击防护功能；

38、2、通过设置装配式支撑柱，并采用高强螺栓连接顶端钢管混凝土柱与底端钢筋混凝土柱，可以实现底端钢筋混凝土柱的可更换、回收；

39、3、通过增加底端钢筋混凝土柱的高度，可提升顶端钢管混凝土柱的高度。再采用对拉板实现对拦挡网主体与山坡之间的连接，从而可以实现崩塌落石冲击后拦挡网更换功能；

40、4、通过对横向钢绞线的间距和数量进行计算，可以使得拦挡防护结构在拦挡网主体的高度≥6m，拦挡网主体的屈服延伸率≥0.2％，以及断裂延伸率≥20％的条件下，实现高能冲击的防护；

41、5、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，以此来确保整个装配式支撑桩的稳固。

42、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。