CN112609632A - 一种预制桩式泥石流拦砂坝系统 - Google Patents

一种预制桩式泥石流拦砂坝系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预制桩式泥石流拦砂坝系统，所述拦砂坝系统由预制圆桩、管桩支撑机构和基座构成，所述预制圆桩呈直立式插接于所述基座内。针对泥石流重力式拦砂坝桩的施工周期长、成本高、易淤埋、后期清淤工程大，导致泥石流拦砂坝桩使用寿命短、后期维护费用高等问题，提供了一种预制桩式泥石流拦砂坝系统，大大降低了泥石流对拦砂坝桩的淤埋、堵塞，降低泥石流固体颗粒对拦砂坝桩的冲击破坏的可能性，减少泥石流拦砂坝桩的成本，以及拦砂坝桩后期维护费用，为泥石流防治提供新方法和防治工程设计。

Description

一种预制桩式泥石流拦砂坝系统
技术领域
本发明属于泥石流防治工程设计应用技术领域，尤其涉及一种预制桩式泥石流拦砂坝系统。
背景技术
泥石流是我国主要的地质灾害之一，特别是西南山区，泥石流沟流域地形坡度大，流域面积相对较小，泥石流沟道纵比降大，在强降雨汇流条件下暴发的泥石流具有流速快，泥石流冲出量大等特点。而我国也是多山地丘陵地区的国家，许多城镇建设、交通设施和水利工程主要分布在泥石流沟口平坦位置，随着国民经济的不断深入发展，我国山区地区的交通建设、城市建设如火如荼，对泥石流防治工程的施工时间和泥石流防治效果等方面的要求日益苛刻。
泥石流的拦挡设计是泥石流防治的重要方式之一，而泥石流拦砂坝桩是泥石流拦挡工程中最重要的设施之一。目前，泥石流拦砂坝桩主要为重力式拦砂坝桩，主要存在施工难度大、施工周期长、施工成本高、后期运营维护成本高等问题，特别是在泥石流大颗粒碰撞条件下，不仅容易堵塞拦砂坝桩的泄洪孔，而且破坏坝体混泥土结构，为了满足泥石流快速防治要求，降低拦砂坝桩成本，本发明设计一种预制桩式泥石流拦砂坝。
发明内容
本发明的目的在于：针对泥石流重力式拦砂坝桩的施工周期长、成本高、易淤埋、后期清淤工程大，导致泥石流拦砂坝桩使用寿命短、后期维护费用高等问题，提供了一种预制桩式泥石流拦砂坝系统，大大降低了泥石流对拦砂坝桩的淤埋、堵塞，降低泥石流固体颗粒对拦砂坝桩的冲击破坏的可能性，减少泥石流拦砂坝桩的成本，以及拦砂坝桩后期维护费用，为泥石流防治提供新方法和防治工程设计。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种预制桩式泥石流拦砂坝系统，所述拦砂坝系统由预制圆桩、管桩支撑机构和基座构成，所述预制圆桩呈直立式插接于所述基座内。
根据一个优选的实施方式，所述预制圆桩包括由钢筋网和混凝土层构成的圆柱状钢筋混凝土结构，且所述钢筋混凝土结构外侧还设有钢筋保护层。
根据一个优选的实施方式，所述圆柱状钢筋混凝土结构的为中空的圆环状结构，且所述管桩支撑机构设置于所述圆柱状钢筋混凝土结构的圆环结构内。
根据一个优选的实施方式，所述圆柱状钢筋混凝土结构的底部为实心结构设置。
根据一个优选的实施方式，所述管桩支撑机构由主筋和十字工字钢构成。
根据一个优选的实施方式，所述钢筋保护层由网格状钢筋构成。
根据一个优选的实施方式，所述预制圆桩底端内预埋有一组阳电极片，所述阳电极片经接地线连接钢筋网和钢筋保护层。
根据一个优选的实施方式，所述预制圆桩的顶端两侧对称分布有两个吊装环；且所述预制圆桩的顶端和底端分别分布有两个对称的吊装排水孔。
根据一个优选的实施方式，所述基座上设有凹卡槽，所述凹卡槽的形状与所述预制圆桩的底端形状相匹配。
根据一个优选的实施方式，所述基座为竖向垂直现浇的钢筋混泥土结构。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：首先，在拦砂坝桩预制钢筋混泥土圆桩方面，利用预制方式提前完成泥石流拦砂坝桩；其次，在预制钢筋混泥土圆桩钢筋防护层方面，利用防护层有效的防治泥石流大颗粒对拦砂坝桩圆桩进行保护。
附图说明
图1是本发明的桩式泥石流拦砂坝的剖面结构示意图；
图2是本发明的桩式泥石流拦砂坝中预制圆桩的平面示意图；
图3是本发明的桩式泥石流拦砂坝的平面结构示意图；
其中，1-钢筋网，2-混泥土层，3-钢筋保护层，4-接地线，5-凹卡槽，6-基座，7-阳电极片，8-预制圆桩，9-吊装环，10-吊装排水孔，11-十字工字钢，12-主筋。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
参考图1至3所示，图中示出了一种预制桩式泥石流拦砂坝系统，所述拦砂坝系统由预制圆桩8、管桩支撑机构和基座6构成，所述预制圆桩8呈直立式插接于所述基座6内。
优选地，所述预制圆桩8包括由钢筋网1和混凝土层构成的圆柱状钢筋混凝土结构，且所述钢筋混凝土结构外侧还设有钢筋保护层3。
进一步地，所述圆柱状钢筋混凝土结构的为中空的圆环状结构，且所述管桩支撑机构设置于所述圆柱状钢筋混凝土结构的圆环结构内。
优选地，根据泥石流设计流量冲击力设计，确定钢筋混泥土圆桩的外直径φ、内直径φ’、高度(H+h).
优选地，所述圆柱状钢筋混凝土结构的底部为实心结构设置。具体地，圆柱状钢筋混凝土结构的上部(H-D)段呈空心圆环柱状，圆柱状钢筋混凝土结构的下部(h+D)段为实心圆柱状。
优选地，所述管桩支撑机构由主筋12和十字工字钢11构成。
优选地，所述钢筋保护层3由网格状钢筋构成。钢筋防护层3的网格间距根据泥石流物源的颗粒粒径的直径设计.
优选地，所述预制圆桩8底端内预埋有一组阳电极片7，所述阳电极片7经接地线4连接钢筋网1和钢筋保护层3。
优选地，所述预制圆桩8的顶端两侧对称分布有两个吊装环9；且所述预制圆桩8的顶端和底端分别分布有两个对称的吊装排水孔10。
优选地，所述基座6上设有凹卡槽5，所述凹卡槽5的形状与所述预制圆桩8的底端形状相匹配。
优选地，所述基座6为竖向垂直现浇的钢筋混泥土结构。
在具体实施过程中
通过泥石流野外调查，确定泥石流沟固体颗粒粒径d，单位mm；泥石流沟道坡度α，单位°；泥石流容重γc，单位KN/m3。
根据《泥石流灾害防治工程设计规范(DZT0239—2004)》，得到泥石流整体对预制拦砂坝桩的冲击力F1和泥石流固体颗粒对拦砂坝桩的冲击力F：
Figure BDA0002819521870000041
式中：F1为泥石流整体冲击压力，单位kPa；γc为泥石流的容重，单位KN/m3；v为泥石流流速，单位m/s；g为重力加速度，单位m/s2；α为建筑物受力面与泥石流冲压方向的夹角，即泥石流沟道坡度，单位°；λ为建筑物形状系数，圆形建筑物λ＝1.0；F为泥石流大块石冲击力，单位kPa；E为预制钢筋混泥土圆桩构件弹性模量，单位kPa；J为工程构件截面中心轴惯性矩，单位m4；L为构件长度，单位m；v为石块运动速度，单位m/s；W为石块重量，单位KN；γs为泥石流固体颗粒的容重，单位KN/m3；ds为泥石流固体颗粒近似半径，单位m。
根据预制圆桩在泥石流条件下，所受外力为泥石流整体冲击力F和泥石流固体颗粒冲击力F1，根据悬臂梁受力特征得到圆桩基座所受的力矩P：
Figure BDA0002819521870000051
式中，L为圆桩基座上部的长度，单位m；l为固定颗粒在圆桩上的碰撞点与基座的距离，最大距离为L，单位m。
根据泥石流整体以及泥石流固体颗粒对拦砂坝桩的冲击力，通过预制桩式拦砂坝的设计抗剪强度，得到泥石流桩式拦砂坝的内外径，圆桩的直径φ不宜大于6m。
Figure BDA0002819521870000052
式中，τ为预制钢筋混泥土圆桩的抗剪强度，KN/m。
预制钢筋混泥土5.根据泥石流固体颗粒粒径特征，确定预制拦砂坝桩的分布间距：
b/Dm＝1.5-2 (4)
式中，b为桩的行距和排距，Dm为泥石流最大颗粒粒径。
地面外露部分桩高度h为：h＝(2-4)b，且3m≤h≤8m，桩基埋在冲刷线以下，且埋置深度小于总长度的1/3。
预制钢筋混泥土圆桩的表层布置有钢筋防护层，钢筋防护层由网状式的钢筋组成，钢筋防护层的网格间距根据泥石流物源的颗粒粒径的直径设计。
圆桩基座埋于泥石流沟道内，根据泥石流设计流量冲击力得到基座设计埋深。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种预制桩式泥石流拦砂坝系统，其特征在于，所述拦砂坝系统由预制圆桩(8)、管桩支撑机构和基座(6)构成，所述预制圆桩(8)呈直立式插接于所述基座(6)内；
所述管桩支撑机构由主筋(12)和十字工字钢(11)构成。
2.如权利要求1所述的预制桩式泥石流拦砂坝系统，其特征在于，所述预制圆桩(8)包括由钢筋网(1)和混凝土层(2)构成的圆柱状钢筋混凝土结构，且所述钢筋混凝土结构外侧还设有钢筋保护层(3)。
3.如权利要求2所述的预制桩式泥石流拦砂坝系统，其特征在于，所述圆柱状钢筋混凝土结构的为中空的圆环状结构，所述管桩支撑机构设置于所述圆柱状钢筋混凝土结构的圆环结构内；
所述圆柱状钢筋混凝土结构的外直径、内直径和高度基于泥石流设计流量冲击力设计确定。
4.如权利要求3所述的预制桩式泥石流拦砂坝系统，其特征在于，所述圆柱状钢筋混凝土结构的底部为实心结构设置。
5.如权利要求2所述的预制桩式泥石流拦砂坝系统，其特征在于，所述钢筋保护层(3)由网格状钢筋构成；且钢筋保护层(3)的网格间距根据泥石流物源的颗粒粒径的直径设计。
6.如权利要求2所述的预制桩式泥石流拦砂坝系统，其特征在于，所述预制圆桩(8)底端内预埋有一组阳电极片(7)，所述阳电极片(7)经接地线(4)连接钢筋网(1)和钢筋保护层(3)。
7.如权利要求2所述的预制桩式泥石流拦砂坝系统，其特征在于，所述预制圆桩(8)的顶端两侧对称分布有两个吊装环(9)；
且所述预制圆桩(8)的顶端和底端分别分布有两个对称的吊装排水孔(10)。
8.如权利要求2所述的预制桩式泥石流拦砂坝系统，其特征在于，所述基座(6)上设有凹卡槽(5)，所述凹卡槽(5)的形状与所述预制圆桩(8)的底端形状相匹配。
9.如权利要求9所述的预制桩式泥石流拦砂坝系统，其特征在于，所述基座(6)为竖向垂直现浇的钢筋混泥土结构。
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