CN111335272B - 一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝及其施工方法，格栅坝包括立柱、基础梁、竖向预应力锚杆、张弦梁自平衡结构体系和竖杆，所述的立柱和竖向预应力锚杆埋入地下，立柱上隔一定距离设置有牛腿；所述的基础梁与地面平齐；所述的竖向预应力锚杆固定在在基础梁内；所述的张弦梁自平衡结构体系由张拉索、张弦梁、撑杆和滑移支座组成，放置在牛腿上；所述的竖杆水平间隔布置，与张弦梁连接形成格栅；本发明中张弦梁自平衡结构体系传力明确，改善了结构受力性能，增加了结构整体抗冲击能力，保证了结构安全可靠，而合理的受力性能使结构构件截面尺寸大大减小，节约成本，本发明结构形式新颖，便于现场施工组装和后期运营维护。

Description

一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝及其施工方法

技术领域

本发明涉及泥石流防治工程领域，具体涉及一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝及其施工方法。

背景技术

我国为多山国家，尤其是西部地区，泥石流灾害频发。随着基础设施建设的加快，越来越多的高速公路和铁路大长线性工程将遭受泥石流的危害。近年来，水石分离和消能防冲防治理念逐渐得到重视，透水型拦挡坝在泥石流防治工程中的使用日趋广泛。

传统的透水型拦挡坝主要有梳子坝、谷坊坝、桩林坝和格栅坝等，其存在的主要问题如下：(1)传统的拦挡坝通过增强结构本身的强度、刚度、延性来抵御泥石流冲击力，即由结构本身储存和消耗冲击能量，属于被动受力状态，抗冲击性能差，使用过程中容易遭受破坏且难以修复；(2)为了提高坝体整体稳定性，大多数结构构件截面尺寸大，基础埋置很深，造成经济浪费。(3)坝体主要是钢筋混凝土和砌体结构，体积大，用料多，且山区工地现场受限严重，施工难度大。

发明内容

本发明目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝及其施工方法，抗冲击能力强，结构安全可靠，构件截面尺寸小，节约成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术申请：

一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，包括立柱、基础梁、竖向预应力锚杆、张弦梁自平衡结构体系和竖杆；

两根立柱间隔一定距离埋入地下，两根立柱之间浇筑有基础梁，基础梁与地面平齐且两端与立柱相连，每根立柱竖向间隔一定距离设置有多个牛腿，两根立柱上同一层牛腿高度相同；多根水平间隔一定距离设置的竖向预应力锚杆顶端通过锚具锚固于基础梁内，底端埋入地下；两根立柱的同一层牛腿上安装有一层张弦梁自平衡结构体系，所述的张弦梁自平衡结构体系包括张拉索、张弦梁、撑杆和滑移支座；张弦梁两端分别焊接于滑移支座，滑移支座通过螺栓连接在牛腿上，滑移支座在牛腿上能够沿与来流相垂直方向左右移动，张拉索两端通过拉索锚具铰接于张弦梁；多根撑杆间隔一定距离连接在张弦梁和张拉索之间；

多根竖杆水平间隔一定距离布置在相邻层的张弦梁自平衡结构体系之间，底层竖杆底部埋入基础梁中固定，各层张弦梁自平衡结构体系中的张弦梁通过螺栓与各层多根竖杆在来流方向连接形成格栅结构。

进一步，所述的张弦梁为工字型槽钢，张弦梁为向来流方向拱起的拱形结构，反拱高跨比为1/30-1/50，张拉索安装后为与张弦梁拱形反向的圆弧形结构。

进一步，所述的撑杆一端通过螺栓固接于张弦梁上、另一端通过索球铰接于张拉索上。

进一步，所述的立柱、牛腿和基础梁材料均为钢筋混凝土，各牛腿的竖向间距为300mm-800mm。

进一步，所述竖杆在水平方向布置的间距为300mm-1000mm。

进一步，所述撑杆为环形钢管，厚度为10mm-30mm，外径为100mm-200mm。

进一步，所述竖杆为环形钢管，厚度为30mm-50mm，外径为200mm-500mm。

进一步，所述的张拉索为直径60mm-80mm的高强度预应力索，连接张拉索和张弦梁的拉索锚具包括与张弦梁焊接固定的两个螺栓和通过螺母固定在两螺栓上的拉板，张拉索通过拉板施加预应力。

进一步，所述的竖向预应力锚杆为直径20mm-50mm的预应力精轧螺纹钢筋，锚杆自由段防腐蚀处理后装入套管中，套管两端100mm-200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定。

一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝的施工方法，包括以下施工步骤：

(1)、预制构件：预先加工好张弦梁、张拉索、竖向预应力锚杆、竖杆、撑杆、索球和滑移支座；

(2)、清理坝址所在场地：根据设计要求，平整施工场地，准确定位立柱、竖向预应力锚杆和基础梁的施工位置，并清理周围堆积物、松土及块石；

(3)、按放线位置开挖基础，先施工立柱和竖向预应力锚杆至地面，后施工基础梁，基础梁两端现浇于立柱；

(4)、将竖向预应力锚杆通过锚具锚固于基础梁内，后使用混凝土封头；

(5)、施工立柱并按照设计要求现浇牛腿，将预制好的第一层竖杆底部埋入基础梁，先通过螺栓固定于竖向预应力锚杆封头混凝土处，后使用混凝土与基础梁现浇；

(6)、先地面组装好第一层张弦梁自平衡结构体系，并对张拉索进行第一次张拉，后吊装第一层张弦梁自平衡结构体系，并对张拉索进行第二次张拉；

(7)、按照设计要求将竖杆通过螺栓连接于张弦梁自平衡结构体系，后重复施工竖杆和张弦梁自平衡结构体系，直至结构完成。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

(1)本发明为地锚张弦梁式泥石流格栅坝，张弦梁自平衡结构体系中弦拉索施加预应力使张弦梁产生反挠度，撑杆对张弦梁提供弹性支撑。当泥石流冲击力作用在张弦梁上时产生巨大的支座反力，使两端滑移支座水平移动，张拉索绷紧并承受支座反力，减少滑移支座的水平位移，在结构内部自平衡冲击力。

(2)本发明为主动耗能结构，从根本上改善了传统拦挡坝由结构本身储存和消耗冲击能量的被动受力状态，为泥石流防治工程的设计提供了一种新思路和新方法。

(3)本发明中张弦梁自平衡结构体系的运用改善了结构的受力性能，其合理的受力性能和竖向预应力锚杆的运用既增加了结构的整体稳定性，增加了结构整体抗冲击能力，保证了结构安全可靠，降低了传统坝体对支座巨大的反力，合理的受力性能又使结构构件截面尺寸大大减小，节约成本。

(4)本发明结构体系简洁，传力明确，构件截面尺寸小，结构构件可预先预制，便于制造、运输和施工阶段现场组装；结构中各个构件均通过焊接或螺栓连接，便于运维阶段替换修复。

(5)各层张弦梁自平衡结构体系中的张弦梁与各层多根竖杆在来流方向连接形成格栅结构，能有效提升泥石流的水石分离效果。

附图说明

图1为本发明格栅坝的整体结构示意图

图2为本发明格栅坝的俯视示意图

图3为图1中张弦梁与滑移支座的连接示意图

图4为图1中基础梁、竖向预应力锚杆和竖杆的连接示意图

图5为图1中竖杆的结构示意图

图6为图1中张弦梁与竖杆的连接示意图

图7为图1中张拉索与张弦梁和撑杆的连接示意图

图8为图1中张弦梁与张拉索的连接示意图

图中：1-立柱、2-张弦梁、3-张拉索、4-竖向预应力锚杆、5-竖杆、6-撑杆、7-索球、8-牛腿、9-基础梁、10-滑移支座、11-拉索锚具。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的地锚张弦梁式泥石流格栅坝包括立柱1、基础梁9、竖向预应力锚杆4、张弦梁自平衡结构体系和竖杆5。

两根立柱1间隔一定距离埋入地下，两根立柱1之间浇筑有基础梁9，所述的基础梁9与地面平齐，两端现浇于两立柱1上，基础梁9中预留有安放竖向预应力锚杆4的孔洞和安装竖杆5的方洞。每根立柱1上竖向间隔一定距离设置有多个牛腿8，两根立柱1上同一层牛腿8的高度相同。

如图1，图2，图3所示，两根立柱1的同一层牛腿8上均安装有一层张弦梁自平衡结构体系，所述的张弦梁自平衡结构体系由张拉索3、张弦梁2、撑杆6和滑移支座10组成；张弦梁2两端分别焊接于两个滑移支座10，两个滑移支座10通过螺栓分别连接于牛腿8，滑移支座10能够沿与来流相垂直方向左右移动；所述张拉索3两端通过拉索锚具11铰接于张弦梁2的两端，多根撑杆6间隔一定距离连接在张弦梁2和张拉索3之间。

如图4所示，多根间隔一定距离设置的竖向预应力锚杆4顶端穿过基础梁9中预留的孔洞，通过锚具锚固于基础梁9内，并使用混凝土封头，竖向预应力锚杆4底端埋入地下。

如图1，图4，图5和图6所示，相邻层的张弦梁自平衡结构体系与多根竖杆5连接，所述的竖杆5水平间隔一定距离布置，各竖杆5的两端均通过螺栓与相邻层张弦梁自平衡结构体系中的张弦梁2连接，底层的竖杆5底部埋入基础梁9，先通过螺栓固定于竖向预应力锚杆4封头混凝土处，后使用混凝土与基础梁9现浇。

如图7所示，所述撑杆6一端通过螺栓固接于张弦梁2上，另一端通过索球7铰接于张拉索3上。

如图8所示，所述的张拉索3为高强度预应力索，直径一般为60mm-80mm，张拉索3两端通过拉索锚具11与张弦梁2连接，拉索锚具11包括与张弦梁2焊接固定的两个螺栓，两个螺栓上通过螺母固定有拉板，张拉索3固定在拉板上，张拉索通过拉板施加预应力。

如图2，图4，图6和图7所示，所述张弦梁2为工字型槽钢，张弦梁2为向来流方向拱起的拱形结构，反拱高跨比一般为1/30-1/50。张拉索3安装后为与张弦梁2拱形反向的圆弧形结构。所述的立柱1、牛腿8和基础梁9均为钢筋混凝土材料。所述的竖向预应力锚杆4为直径20mm-50mm的预应力精轧螺纹钢筋，锚杆自由段防腐蚀处理后装入套管中，套管两端100mm-200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定。

所述的牛腿8竖向间距为300mm-800mm，竖杆5在水平方向布置的间距为300mm-1000mm。所述撑杆6为环形钢管，厚度为10mm-30mm，外径为100mm-200mm。

所述竖杆5为环形钢管，厚度为30mm-50mm，外径为200mm-500mm。

本发明同时提供了一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝的施工方法，包括以下施工步骤：

(1)预制构件：预先加工好张弦梁2、张拉索3、竖向预应力锚杆4、竖杆5、撑杆6、索球7、滑移支座10；

(2)清理拦挡坝所在场地：根据设计要求，平整施工场地，准确定位立柱1、竖向预应力锚杆4和基础梁9的施工位置，并清理周围堆积物、松土及块石；

(3)按放线位置开挖基础，先施工立柱1和竖向预应力锚杆4至地面，后施工基础梁9，基础梁9两端现浇于立柱1，施工时预留竖向预应力锚杆4孔洞和竖杆5安装方洞；

(4)将竖向预应力锚杆4穿过预留孔洞，通过锚具锚固于基础梁内，后使用混凝土封头；

(5)施工立柱1并按照设计要求现浇牛腿8，将预制好的第一层竖杆5底部埋入基础梁9预留的方洞中，先通过螺栓固定于竖向预应力锚杆4封头混凝土处，后使用混凝土与基础梁9现浇；

(6)先地面组装好第一层张弦梁自平衡结构体系，并对张拉索3进行第一次张拉，后吊装第一层张弦梁自平衡结构体系，并对张拉索3进行第二次张拉；

(7)按照设计要求将竖杆5通过螺栓连接于张弦梁自平衡结构体系，后重复施工竖杆5和张弦梁自平衡结构体系，直至结构完成。

参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本专利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，其特征在于：包括立柱(1)、基础梁(9)、竖向预应力锚杆(4)、张弦梁自平衡结构体系和竖杆(5)；

两根立柱(1)间隔一定距离埋入地下，两根立柱(1)之间浇筑有基础梁(9)，基础梁(9)与地面平齐且两端与立柱相连，每根立柱(1)竖向间隔一定距离设置有多个牛腿(8)，两根立柱(1)上同一层牛腿(8)高度相同；多根水平间隔一定距离设置的竖向预应力锚杆(4)顶端通过锚具锚固于基础梁(9)内，底端埋入地下；两根立柱(1)的同一层牛腿(8)上安装有一层张弦梁自平衡结构体系，所述的张弦梁自平衡结构体系包括张拉索(3)、张弦梁(2)、撑杆(6)和滑移支座(10)；张弦梁(2)两端分别焊接于滑移支座(10)，滑移支座(10)通过螺栓连接在牛腿(8)上，滑移支座(10)在牛腿(8)上能够沿与来流相垂直方向左右移动，张拉索(3)两端通过拉索锚具(11)铰接于张弦梁(2)；多根撑杆(6)间隔一定距离连接在张弦梁(2)和张拉索(3)之间；

多根竖杆(5)水平间隔一定距离布置在相邻层的张弦梁自平衡结构体系之间，底层竖杆(5)底部埋入基础梁(9)中固定，各层张弦梁自平衡结构体系中的张弦梁(2)通过螺栓与各层多根竖杆(5)在来流方向连接形成格栅结构。

2.根据权利要求1所述的一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，其特征在于：所述的张弦梁(2)为工字型槽钢，张弦梁(2)为向来流方向拱起的拱形结构，反拱高跨比为1/30-1/50，张拉索(3)安装后为与张弦梁(2)拱形反向的圆弧形结构。

3.根据权利要求2所述的一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，其特征在于：所述的撑杆(6)一端通过螺栓固接于张弦梁(2)上、另一端通过索球(7)铰接于张拉索(3)上。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，其特征在于：所述的立柱(1)、牛腿(8)和基础梁(9)材料均为钢筋混凝土，各牛腿(8)的竖向间距为300mm-800mm。

5.根据权利要求4所述的一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，其特征在于：各竖杆(5)在水平方向布置的间距为300mm-1000mm。

6.根据权利要求4所述的一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，其特征在于：所述撑杆(6)为环形钢管，厚度为10mm-30mm，外径为100mm-200mm。

7.根据权利要求4所述的一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，其特征在于：所述竖杆(5)为环形钢管，厚度为30mm-50mm，外径为200mm-500mm。

8.根据权利要求4所述的一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，其特征在于：所述的张拉索(3)为直径60mm-80mm的高强度预应力索，连接张拉索(3)和张弦梁(2)的拉索锚具(11)包括与张弦梁(2)焊接固定的两个螺栓和通过螺母固定在两螺栓上的拉板，张拉索(3)通过拉板施加预应力。

9.根据权利要求4所述的一种地锚张弦梁式泥石流格栅坝，其特征在于：所述的竖向预应力锚杆(4)为直径20mm-50mm的预应力精轧螺纹钢筋，锚杆自由段防腐蚀处理后装入套管中，套管两端100mm-200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定。

10.一种权利要求1-9任一项所述的地锚张弦梁式泥石流格栅坝的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

(1)、预制构件：预先加工好张弦梁(2)、张拉索(3)、竖向预应力锚杆(4)、竖杆(5)、撑杆(6)、索球(7)和滑移支座(10)；

(2)、清理坝址所在场地：根据设计要求，平整施工场地，准确定位立柱(1)、竖向预应力锚杆(4)和基础梁(9)的施工位置，并清理周围堆积物、松土及块石；

(3)、按放线位置开挖基础，先施工立柱(1)和竖向预应力锚杆(4)至地面，后施工基础梁(9)，基础梁(9)两端现浇于立柱(1)；

(4)、将竖向预应力锚杆(4)通过锚具锚固于基础梁(9)内，后使用混凝土封头；

(5)、施工立柱(1)时并按照设计要求现浇牛腿(8)，将预制好的第一层竖杆(5)底部埋入基础梁(9)，先通过螺栓固定于竖向预应力锚杆(4)封头混凝土处，后使用混凝土与基础梁(9)现浇；

(6)、先地面组装好第一层张弦梁自平衡结构体系，并对张拉索(3)进行第一次张拉，后吊装第一层张弦梁自平衡结构体系，并对张拉索(3)进行第二次张拉；

(7)、按照设计要求将竖杆(5)通过螺栓连接于张弦梁自平衡结构体系，后重复施工竖杆(5)和张弦梁自平衡结构体系，直至结构完成。

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