CN106400709A - 棚硐硐顶防崩塌落石装配式橡胶消能板防护结构 - Google Patents
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Abstract
棚硐硐顶防崩塌落石装配式橡胶消能板防护结构，该轻型消能结构由消能块组成，多个消能块连接组成消能板，将消能板固定于棚硐顶部，消能板与硐顶之间设有防水层，消能块由橡胶材料制作。本发明利用了橡胶材料的可塑性、易组装性，极大的减小了施工难度及施工成本；此外，橡胶材料在冲击荷载作用下具有较好的缓冲、变形、消能特性，增加了落石对洞顶的冲击历时，从而有效的减小落石的冲击力，保证了棚硐在落石冲击作用下的安全，减小了上覆垫层的厚度，降低洞顶垫层的自重，从而带来了良好的经济、环保及减灾效益。
Description
技术领域
本发明涉及到一种公路明洞或棚硐顶部防落石技术，尤其涉及到一种山区公路明洞或棚硐硐顶轻型消能防护结构，属于公路工程领域。
背景技术
在公路、铁路建设中，线路会不可避免地会穿越崩塌落石灾害严重地段，为减小崩塌落石对线路造成的危害，需对落石灾害进行工程防治。目前，防治线路陡坡落石的方法有很多，其中棚硐便是最普遍、最有效的方法之一。为减小落石对棚硐顶部造成的危害，传统方法多在棚硐顶部回填一定厚度的素填土，以起到一定的缓冲作用，如我国公路铁路行业标准建议回填素填土垫层不应小于1.5米，这对棚硐底部支撑承载能力要求较高，工程成本增加，应用效果欠佳。此外，由于回填土层会随时间固结，当土层固结到一定程度时，其对落石的缓冲作用会降低，缓冲能力会减小。出于减轻棚硐顶部荷载及抵抗落石的目的，也有一些棚硐在顶部回填时加入聚苯乙烯土工泡沫板或土工格栅等材料，但其实施成本及施工难度较大，且抗冲击能力效果有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装配式的棚硐硐顶轻型消能板防护结构，以大幅度降低棚硐顶部荷载，并且能有效保持棚硐顶部抗落石的缓冲能力，解决现有棚硐硐顶回填缓冲垫层重量大、抗冲击能力不佳等技术问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：
棚硐硐顶防崩塌落石装配式橡胶消能板防护结构，其特征在于该轻型消能板结构由消能块组成，消能块之间连接形成消能板，将消能板固定于棚硐顶部，消能板与硐顶之间设有防水层，消能块由橡胶材料制作。
本发明在棚硐顶部设置一层由橡胶块组装形成的轻型消能板，充分利用了橡胶材料的可塑性、易组装性，极大的减小了施工难度及施工成本；此外，橡胶材料在冲击荷载作用下具有较好的缓冲、变形、消能特性，增加了落石对洞顶的冲击历时，从而有效的减小落石的冲击力，保证了棚硐在落石冲击作用下的安全，减小了上覆垫层的厚度，降低洞顶垫层的自重，从而带来了良好的经济、环保及减灾效益。
作为优选，消能块极限抗压强度不应小于90MPa，扯断拉强度不应小于150kPa，伸长率100～800％，压缩永久变形及回弹性应良好以上。
进一步的技术方案是消能块的形状及其组装成消能板的方式如下：
消能块为立方体形状，其中在立方体纵向的四个棱边上制作四个连接圆环，且四个连接圆环处于不同的高度上，以便于消能块之间的连接。利用插销连接消能块组成消能板，插销包括长连接插销与短连接插销，长连接插销用于在消能板内部连接四个消能块，短连接插销用于连接消能板边侧两个消能块，长、短连接插销结构为圆柱体，其下端有一个销轴，其上端有一个圆盖。
消能板的安装方法如下：将消能板固定于棚硐顶板之上，即用预埋于棚硐顶部四个角点上的预埋螺栓连接消能板四个角点上的连接圆环，将其固定于洞顶之上。为了增加消能板与洞顶的连接牢固性，可将消能板四个角点上的消能块的棱边连接圆环做特殊加厚处理。
本发明的关键技术是在棚硐顶部用橡胶制作的轻型消能板替换回填土层，形成一种易于安装的棚硐硐顶防护垫层，适用于落石灾害频发的棚硐进出口地段。
本发明的有益效果是：与现有的棚硐顶部防护结构相比，该结构自重较轻，能有效减小棚硐顶部荷载，并且该消能板由消能块组装形成，施工方便，当消能板局部受到损坏时，进行更换操作简单。此外，由于消能板材料为一种弹性介质，在崩塌落石灾害下，该消能板可以通过弹塑性变形来吸收落石的冲击能量，延长落石的冲击历时，有效增加垫层的缓冲能力。经计算假设0.5m3的落石以20m/s的速度冲击硐防护结构时，与传统土垫层相比，能将落石冲击力减小2.8倍，并延长2倍冲击历时。此外，该消能块材料为橡胶，可以工厂化生产、订做，并于洞顶直接组装铺设；装运时无需使用大型机械设备，能有效缩短工期，节约施工成本。
附图说明
图1为本发明消能板结构俯视图。
图2为本发明消能块正视图。
图3为本发明消能块右视图。
图4为本发明消能块俯视图。
图5四个消能块连接结构示意图。
图6为短连接插销立体示意图。
图7为长连接插销立体示意图。
图8为本发明消能板结构Ⅱ—Ⅱ断面示意图，表示消能板内部消能块之间的连接方式。
图9为图8的A处放大图。
图10本发明消能板结构Ⅰ—Ⅰ断面示意图，表示消能板边侧消能块之间的连接方式。
图11为图10的B处放大图。
图中：1、棚硐立柱；2、棚硐纵梁；3、棚硐顶板；4、防水层；5、圆柱形橡胶塞；6、消能块；61、消能块第一连接圆环，62、消能块第二连接圆环，63、消能块第三连接圆环，64、消能块第四连接圆环，7、预埋螺栓，8、短连接插销，9、长连接插销。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明装配式轻型消能板防护结构作进一步的说明：
附图1是由多个消能块6组成的消能板结构俯视图，由图1可知，消能板由多个消能块6整齐纵横排列组成，每个消能块的立棱上有连接圆环，长、短连接插销9、8将消能块连接为一整体，通过预埋于洞顶板上的预埋螺栓7将整个消能板固定在其上部。为保护插销，在插销的安装位置安置圆柱形橡胶塞5，将消能块连接处封堵，由此构成棚硐顶部轻型消能板防护结构。该结构具有很好的整体性及缓冲能力，且易于安装，施工便捷，能够有效较小棚硐顶部荷载，可适用于大跨度的棚硐顶部防护。
附图2、图3、图4从三个角度给出消能块6的结构，消能块6为立方体，消能块6纵向上的四个棱制出1/4圆槽型，在消能块四个棱边的四个1/4圆槽处设置第一连接圆环61、第二连接圆环62，第三连接圆环63和第四连接圆环64，连接圆环中部有一条形孔，消能块上的四个连接圆环在消能块的中部按不同高度设置，按连接圆环61、62、63、64的顺序由高至低，设连接圆环的厚度为D，从连接圆环62开始每个连接圆环依次降低一个高度D，以便于消能块之间相互连接，当消能块组装在一起时，在纵向棱边相交处连接圆环搭接在一起形成圆形插销孔，圆形插销孔的圆心位于棱边上。
消能块选择密度为0.93～0.94g/cm3的橡胶材料制作，极限抗压强度不应小于90MPa，扯断拉强度不应小于150kPa，伸长率100～800％，压缩永久变形应良好以上，回弹性应良好以上。当落石体积为0.5m3，冲击防护结构的速度为20m/s时，消能块厚度不应小于50cm，当棚硐位于落石灾害严重区域，效能块的厚度应相应增加；效能块的宽度应根据实际工况设置，为满足实际工程要求，优选地采用两种尺寸，即25cm与50cm。
附图5是四个消能块组成一块消能板结构示意图，将四个消能块6按图5所示方法组装，在消能板的内部四个连接环圆环61、62、63、64上下重叠在一起，用长连接插销9插入四个连接环内，然后将插销转动180°即可将消能块6连接成内部；消能板的边侧两个连接环上下重叠在一起，用短连接插销8将消能板边侧连接。
附图6、图7是短、长连接插销立体示意图，由于本发明中消能块6之间有两种连接方式，即边侧连接方式与内部连接方式，边侧连接时用短连接插销8，内部连接时使用长连接插销9，其具体连接方式如图4与图5所示。为便于施工时消能块6之间的组装，在插销顶部设置两个定位小圆孔。插销采用普通橡胶材料制作。
附图8给出本发明消能板结构Ⅱ—Ⅱ断面示意图及中部消能块之间的连接方式，由图可知，消能板内部四块消能块的连接圆环相互搭接，用长连接插销9固定。为确保连接圆环不易被压坏，在圆环之间可增设橡胶垫片。
附图9本发明消能板结构Ⅰ—Ⅰ断面示意图及边侧消能块之间的连接方式，Ⅰ—Ⅰ断面位于消能板边侧，预埋螺栓7固定于硐顶板之上。两块消能块之间通过圆环搭接，用短连接插销8固定。
结合附图1和附图可以看出，附图1左边侧的两个连接圆环61与64间有一个宽度为2D的缝隙，安装时在缝隙内放入一个厚度为2D的环形橡胶垫片，再用长连接插销9连接。
Claims (3)
1.棚硐硐顶防崩塌落石装配式橡胶消能板防护结构，其特征在于：该轻型消能结构由消能块(6)组成，多个消能块连接组成消能板，将消能板固定于棚硐顶部，消能板与硐顶之间设有防水层，消能块由橡胶材料制作。
2.根据权利要求1所说的棚硐硐顶防崩塌落石装配式橡胶消能板防护结构，其特征在于：消能块(6)为立方体形状，在立方体纵向的四个棱边上制作四个连接圆环，且四个连接圆环处于不同的高度上，以便于消能块之间的连接，利用插销连接消能块组成消能板，插销包括长连接插销(9)与短连接插销(8)，长连接插销(9)用于在消能板内部连接四个消能块，短连接插销(8)用于连接消能板边侧两个消能块，长、短连接插销为圆柱体，其下端有一个销轴，其上端有一个圆盖。
3.根据权利要求2所说的棚硐硐顶防崩塌落石装配式橡胶消能板防护结构，其特征在于：消能块(6)纵向上的四个棱制出1/4圆槽型，在消能块四个棱边的四个1/4圆槽处设置第一连接圆环(61)、第二连接圆环(62)，第三连接圆环(63)和第四连接圆环(64)，连接圆环中部有一条形孔，消能块上的四个连接圆环在消能块的中部按不同高度设置，按连接圆环(61)、(62)、(63)、(64)的顺序由高至低，设连接圆环的厚度为D，从连接圆环(62)开始每个连接圆环依次降低一个高度D，以便于消能块之间相互连接，当消能块组装在一起时，在消能块纵向棱边相交处连接圆环搭接在一起形成圆形插销孔，圆形插销孔的圆心位于棱边上。
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