CN112900456A - 一种地震多发带边坡新型防护结构 - Google Patents

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赵晓彦
赵修成
肖典
吴兵
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China State Railway Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种地震多发带边坡新型防护结构，该结构通过协调组合主动网和预应力锚索，实现边坡的坡面防护和坡体加固，并在结构中设置消能装置，允许地震时发生一定的位移变形，实现抗震功能。本发明提出了消能装置的性能参数和几何参数。提出了防护结构的关键施工步骤，进行预应力锚索锚孔定位并实施钻孔，同时制作锚索锚束；SNS主动网铺设并采用短锚杆固定；锚索锚束下锚至钻孔，并安装用于分割锚束和硬橡胶垫片(板)的钢护筒；安装橡胶垫片(板)；施作预应力锚索锚墩及张拉设备就位；调整主动网位置；张拉锚索并封锚；最终调整主动网并张紧固定。

Description

一种地震多发带边坡新型防护结构
技术领域
本申请涉及一种地震多发带边坡新型防护结构，具体涉及地质灾害防治领域。
背景技术
地震多发带边坡易变形破坏，相对于非地震地带边坡，具有明显的坡面破坏和坡体破坏共生特征。因此，地震多发带边坡的防护结构应同时考虑坡面破坏和坡体破坏，而现有边坡防护结构多仅考虑坡面破坏(如主动网结构、挂网喷浆结构等)或坡体破坏(如预应力锚索、抗滑桩等)，能同时兼顾两种破坏的结构较少。另外，地震多发带边坡的防护结构应该具有专门的消能结构，通过一定的变形释放地震能量，保证边坡加固的有效性，这在目前的边坡防护结构中也较少设计，导致了震时或震后防护结构的失效。
近年来材料技术的强有力发展和边坡防护工程施工技术的大幅提高，为上述问题的解决提供了良好途径：坡面防护结构和坡体防护结构可以组合施工，高弹性材料可以良好嵌入边坡防护结构，使其具有良好抗震效果。本专利正是在此基础上将主动网和预应力锚索(杆)相结合形成组合结构，并在该组合结构中采用硬橡胶板作为消能结构，形成一种边坡新型防护结构，应用于地震多发带边坡的防护。
发明内容
一种地震多发带边坡新型防护结构。该结构将SNS柔性主动网与预应力锚索通过锚墩有机组合起来，形成组合结构：主动网覆于锚墩之下，并在主动网与锚墩之间设置硬橡胶垫片(板)作为消能抗震构件(图1)。硬橡胶垫片(板)在高强度主动网单元与水泥锚墩接触处，采用双层设置，能在高强度主动网单元及预应力锚索受地震荷载时发生足够变形，从而协调水泥锚墩、预应力锚索及高强度柔性网单元间的变形，起到效能抗震作用。同时，该结构中主动网不和水泥墩直接接触，而是采用硬橡胶片(板)分隔，避免了主动网被水泥墩切割断裂，从而起到了对主动网单元的保护作用。
硬橡胶垫(片)板安装在锚墩和主动网之间(图2)，并不得与锚索接触，避免影响锚索的张拉，也为避免张拉对垫板造成破损，为此垫(片)板与预应力锚索间应设置钢套管。硬橡胶垫(片)板安装时应注意不得使其弯折弯曲，底部应采用细砂找平。
硬橡胶垫(片)板应具有防老化性、耐磨性、稳固性、抗高低温性较强并达到国家环保要求。绍尔A型硬度应达到75度以上，拉伸强度不低于12.5MPa，恒定压缩永久变形(100℃，24h)不大于30％，扯断伸长率不小于300％，脆性温度(H型)40℃，阿克隆磨耗不大于0.8cm3/1.61km。
硬橡胶垫(片)板为带圆孔方形或圆环形，内孔与钢护管接触，外边界应伸出锚墩边界10-15cm(图2)。
硬橡胶垫(片)板为双层设置，单层厚度根据边坡场址区地震烈度(场地烈度)确定，6度及以下的20m以上高边坡采用厚度为3cm、7度时不低于6cm、8度时不低于10cm、8度以上时不低于15cm。两层间设0.1-0.5mm厚凡士林，以使其可发生剪切位移，且不得混入砂石土粒，以免发生剪切位移时磨损垫片。
附图说明
图1是一种地震多发带边坡新型防护结构示意图；
图2是锚墩与主动网接触节点示意图；
图3是地震多发带边坡新型防护结构受力计算流程图
图4是地震多发带边坡新型防护结构施工流程图；
附图标记：1-垫片(板)；2-水泥锚墩；3-钢垫板；4-锚具；5-预应力锚索(杆)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明的特征作更进一步描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围，凡在本发明精神范围内所做的任何等同修改和变换，都在本发明保护范围之内。
本发明是一种地震多发带边坡新型防护结构，包括SNS柔性主动网、预应力锚索构件、锚墩和消能抗震构件。消能抗震构件优选硬橡胶垫片(板)。预应力锚索构件包括预应力锚索(杆)5、锚具4、钢垫板3。
硬橡胶垫片(板)在高强度主动网单元与水泥锚墩接触处，采用双层设置，能在高强度主动网单元及预应力锚索受地震荷载时发生足够变形，从而协调水泥锚墩、预应力锚索及高强度柔性网单元间的变形，起到效能抗震作用。
主动网不和水泥墩直接接触，而是采用硬橡胶片(板)分隔，避免了主动网被水泥墩切割断裂，从而起到了对主动网单元的保护作用。
硬橡胶垫(片)板安装在锚墩和主动网之间(图2)，并不得与锚索接触，避免影响锚索的张拉，也为避免张拉对垫板造成破损，为此垫(片)板与预应力锚索间应设置钢护管，钢护管下端与坡体接触，钢护管高度小于等于双层硬橡胶垫(片)板的厚度。硬橡胶垫(片)板安装时应注意不得使其弯折弯曲，底部应采用细砂找平。
硬橡胶垫(片)板应具有防老化性、耐磨性、稳固性、抗高低温性较强并达到国家环保要求。绍尔A型硬度应达到75度以上，拉伸强度不低于12.5MPa，恒定压缩永久变形(100℃，24h)不大于30％，扯断伸长率不小于300％，脆性温度(H型)40℃，阿克隆磨耗不大于0.8cm3/1.61km。
硬橡胶垫(片)板为带圆孔方形或圆环形，内孔与钢护管接触，外边界应伸出锚墩边界10-15cm(图2)。
硬橡胶垫(片)板为双层设置，单层厚度根据边坡场址区地震烈度(场地烈度)确定，6度及以下的20m以上高边坡采用厚度为3cm、7度时不低于6cm、8度时不低于10cm、8度以上时不低于15cm。两层间设0.1-0.5mm厚凡士林，以使其可发生剪切位移，且不得混入砂石土粒，以免发生剪切位移时磨损垫片。
预应力锚索(杆)5包含直线段预应力锚索(杆)和斜线段预应力锚索(杆)，直线段预应力锚索(杆)包含沿直线伸展的的预应力锚索(杆)和若干直线引导块；斜线段预应力锚索(杆)包含沿斜线方向延伸的预应力锚索(杆)和若干加固锚索(杆)，沿斜线方向延伸的预应力锚索(杆)在加固锚索(杆)处依次间隔形成聚合点和分散点，聚合点位于加固锚索(杆)的中心位置，分散点分别位于加固锚索(杆)最外侧和中心位置。
施工过程中，需要多次调整主动网的位置，协调预应力锚索与主动网的相互作用，进行组合结构协调受力计算，根据锚索间距和岩体性质计算主动网受力，并在锚索预应力计算时计入主动网受力，步骤包括：
(1)设定坡体破坏模式，计算坡体不稳定剩余下滑力；
(2)锚索设计：包括锚索位置及倾角设计、锚索间距及锚固力确定和锚固段设计；
(3)坡面破坏深度计算；
(4)主动网设计：包括主动网材料及力学参数设计、主动网几何规格及尺寸设计、垫片材料及几何规格设计；
(5)调整锚索预应力；
(6)判断组合受力是否协调，如果否，返回第(2)步骤；如果是，则完成计算。
本结构的施工方法包括以下步骤：
(1)预应力锚索锚孔定位，并实施钻孔，同时制作锚索锚束；
(2)SNS主动网铺设并采用短锚杆固定；
(3)锚索锚束下锚至钻孔，并安装用于分割锚束和硬橡胶垫片(板)的刚套筒；
(4)安装橡胶垫片(板)；
(5)施作预应力锚索锚墩及张拉设备就位；
(6)调整主动网位置；
(7)张拉锚索并封锚；
(8)最终调整主动网并张紧固定。
(9)结束。
本发明虽然已以将实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种地震多发带边坡新型防护结构，其特征在于，包括SNS主动网、预应力锚索构件、锚墩和消能抗震构件。
2.根据权利要求1所述的一种地震多发带边坡新型防护结构，其特征在于，消能抗震构件选择硬橡胶垫片；预应力锚索构件包括预应力锚索5、锚具4、钢垫板3。
3.根据权利要求2所述的一种地震多发带边坡新型防护结构，其特征在于，硬橡胶垫片在高强度主动网单元与水泥锚墩接触处，采用双层设置，能在高强度主动网单元及预应力锚索受地震荷载时发生足够变形，从而协调水泥锚墩、预应力锚索及高强度柔性网单元间的变形，起到效能抗震作用。
4.根据权利要求2所述的一种地震多发带边坡新型防护结构，其特征在于，主动网不和水泥锚墩直接接触，而是采用硬橡胶垫片分隔，避免了主动网被水泥锚墩切割断裂，从而起到了对主动网单元的保护作用。
5.根据权利要求1所述的一种地震多发带边坡新型防护结构，其特征在于，地震时允许该边坡防护结构发生张拉和剪切位移形变，从而实现地震时的消能；硬橡胶垫片应具有防老化性、耐磨性、稳固性、抗高低温性较强并达到国家环保要求；绍尔A型硬度应达到75度以上，拉伸强度不低于12.5MPa，恒定压缩永久变形不大于30％，扯断伸长率不小于300％，脆性温度40℃，阿克隆磨耗不大于0.8cm3/1.61km。
6.一种地震多发带边坡新型防护结构施工方法，其特征在于，本结构的实施包括以下步骤：
(1)预应力锚索锚孔定位，并实施钻孔，同时制作锚索锚束；
(2)SNS主动网铺设并采用短锚杆固定；
(3)锚索锚束下锚至钻孔，并安装用于分割锚束和硬橡胶垫片的钢护筒；
(4)安装硬橡胶垫片；
(5)施作预应力锚索锚墩及张拉设备就位；
(6)调整主动网位置；
(7)张拉锚索并封锚；
(8)最终调整主动网并张紧固定。
(9)结束。
7.根据权利要求6所述的一种施工方法，其特征在于，硬橡胶垫片为双层设置，单层厚度根据边坡场址区地震烈度确定，6度及以下的20m以上高边坡采用厚度为3cm、7度时不低于6cm、8度时不低于10cm、8度以上时不低于15cm；两层间设0.1-0.5mm厚凡士林，以使其可发生剪切位移，且不得混入砂石土粒，以免发生剪切位移时磨损垫片。
8.根据权利要求6所述的一种施工方法，其特征在于，多次调整主动网的位置，协调预应力锚索与主动网的相互作用。
9.根据权利要求6所述的一种施工方法，其特征在于，施工前进行地震多发带边坡新型防护结构受力计算，计算步骤包括：
(1)设定坡体破坏模式，计算坡体不稳定剩余下滑力；
(2)锚索设计：包括锚索位置及倾角设计、锚索间距及锚固力确定和锚固段设计；
(3)坡面破坏深度计算；
(4)主动网设计：包括主动网材料及力学参数设计、主动网几何规格及尺寸设计、垫片材料及几何规格设计；
(5)调整锚索预应力；
(6)判断组合受力是否协调，如果否，返回第(2)步骤；如果是，则完成计算。
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