CN115323947A - 一种联动式大能级拦石结构及其构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种联动式大能级拦石结构及其构造方法。拦石结构，由受力桩和消能层组成桩位受力结构，用于承担落石冲击能，消能层缓冲了落石对受力桩的直接冲击破坏；由抗力板、消能层、受力网、传力结构、拉力绳、弹力结构和张力绳组成受力桩之间的拦挡落石柔性组合受力结构，依托于受力桩设置，能够保证静态平衡；柔性组合受力结构的各部件联动在一起，在落石冲击下基本上同时受力，能够保证动态的平衡，其防护能力较高，冲击不容易被破坏。且受力桩能够自由调整其出露坡面以上的高度，用于防护不同高度的落石，且能够增加落石的堆积空间。同时充分利用受力桩之间的空间，不占据受力桩与边坡之间的有效落石堆积空间，利于落石堆积和滚出。

Description

一种联动式大能级拦石结构及其构造方法

技术领域

本发明涉及边坡落石防护技术领域，特别是一种联动式大能级拦石结构及其构造方法。

背景技术

峡谷高陡地形为艰险山区的主要地貌结构，峡谷高陡边坡通常危岩落石十分发育、落石冲击能量巨大，传统落石防护主要采用重力式拦石墙、被动防护网、帘式引导网等，传统的防护结构存在以下问题：(1)高陡边坡重力式拦石墙施工困难、防护高度低、防护能级不高、冲击破坏后墙体也成为危险源；(2) 被动防护网落石拦挡后难以清除、过大落石堆积量会导致防护网破坏、防护网设置高度有限；(3)帘式引导网投资大、坡面植被发育时无法施工、引导后的落石需要拦挡，设置拦石墙、被动防护网拦挡导流后的落石时会存在(1)和(2) 出现的问题。当落石的来源量越多、能级越大、弹跳高度越大、冲击能越高，传统方法存在的“防护高度低、防护能级不高、冲击后容易破坏以及破坏后成为危险源或难以清除等”问题会变得更加显著，特别是对于冲击力大于5000KJ 以上的超大能级落石目前未有相关技术能够拦挡，传统措施完全失效，无法适用。

因此，提出一种适应高陡边坡大能级落石防护结构及有效构造方法具有重要意义，并具有防护高度大、防护能级强、落石堆积小、静动态稳定性好、施工简单、经济性好、环保和利于推广等特点。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的落石防护结构存在防护高度低、防护能级不高、冲击后容易破坏以及破坏后成为危险源或难以清除的问题，提供一种联动式大能级拦石结构及其构造方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种联动式大能级拦石结构，包括：

至少三根竖向设置的受力桩，所有所述受力桩沿边坡纵向间隔设置在所述边坡的岩土体中，所述受力桩顶部露出所述边坡坡面；

设置在所述受力桩背山侧的抗力板；

固定连接于所有所述受力桩靠山侧的受力网，所述受力网能够覆盖相邻两个所述受力桩之间的空间；

固定连接于所述受力网靠山侧的消能层，所述消能层能够覆盖所述受力网；

固定连接于所述受力网和所述抗力板之间的若干传力结构，所有所述传力结构沿所述抗力板的纵向成列并沿竖向分层设置；

竖向分层设置的若干拉力绳，所述拉力绳沿所述边坡纵向依次贯穿至少三根所述受力桩，所述拉力绳两端分别锚固在位于贯穿两端的所述受力桩，所述拉力绳穿过对应的所述传力结构；

沿所述受力桩靠山侧竖向间隔设置的若干弹力结构；

对应于所述弹力结构设于所述受力桩内部的若干张力绳，所述张力绳一端与对应所述弹力结构固定、另一端用于锚固所述抗力板。

本方案中，边坡的纵向是指的边坡的等高线的走向；拉力绳、抗力板、受力网和消能层的纵向是沿受力桩的间隔设置方向，理论上为平行设置；张力绳、传力结构均是理论上垂直于拉力绳等结构设置。抗力板是通过若干弹力结构和与弹力结构对应的张力绳锚固在受力桩的背山侧的，抗力板不直接与边坡锚固。

本方案中，受力桩是最终的受力构件，其下部是埋设于边坡的岩土体中，抗力板、消能层、受力网、传力结构、拉力绳、弹力结构和张力绳均直接或间接的固定在受力桩露出所述边坡坡面的顶部，借助边坡的岩土体实现联动式大能级拦石结构整体的静态稳定；且所述联动式大能级拦石结构由受力桩和消能层组成桩位受力结构，用于承担落石冲击能，消能层缓冲了落石对受力桩的直接冲击破坏；且消能层能够覆盖所述受力网的靠山侧，能够避免落石将受力网切割破坏，使得受力网能够长时间起作用；受力网用于承担对应的落石冲击，其具有很高的强度和较大的变形能力，从而具有很高的抗落石冲击能力；传力结构可以把巨大的落石冲击能同时传递给拉力绳和抗力板，从而巨大的冲击能被变形吸收缓冲后并有效传递至较大范围的受力桩上，可以使得多根受力桩同时抵抗落石冲击；拉力绳穿过对应传力结构和对应的受力桩并锚固于端部的受力桩，使得拉力绳的长度较长，较大长度的拉力绳在受到巨大冲击力后有较大的变形能力，且缓冲方向与冲击力的方向相反，故缓冲效果好；通过张力绳与弹力结构将张力板固定连接在受力桩的背山侧，抗力板在承担传力结构传来的受力时，抗力板可以向外侧产生变形，此时与抗力板相连接的所有弹力结构均产生收缩变形，抗力板上所承担的某一处集中传力可通过张力绳和弹力结构传递给与之相联系的所有受力桩上，故某一处传来的极大荷载可以通过与抗力板相联系的结构体系同时联动受力，从而具有极强的抗力能力；抗力板在多组拉力绳和弹力结构的作用下，可以大幅改善抗力板的受力性能，从而节省工程投资，同时通过抗力板的联动受力模式，单组两根受力桩之间的落石冲击能可以有效传递至与抗力板连接的所有受力桩同时受力，从而可以大幅改善受力桩的承载能力并节省工程投资，抗力板向外侧的变形可以自动恢复，能实现重复大能级落石的有效联动防护。

本方案的联动式大能级拦石结构的作用原理是：落石集中冲击力冲击消能层，消能层变形消耗并将冲击力传递给受力网；受力网变形，由受力网将部分冲击力直接传递给受力桩，并由受力网将部分冲击力转化成受力桩之间的多个传力结构集中力；通过拉力绳的作用，部分传力结构集中力在拉力绳变形消耗后传递到相邻的两根受力桩上；剩余传力结构集中力传递至抗力板上；抗力板可以向外侧产生变形，抗力板上的多个集中力通过弹力结构和张力绳的作用传递至抗力板连接的所有的受力桩上，使得多个受力桩共同受力。

本方案所述联动式大能级拦石结构，由受力桩和消能层组成桩位受力结构，用于承担落石冲击能，消能层缓冲了落石对受力桩的直接冲击破坏；由抗力板消能层、受力网、传力结构、拉力绳、弹力结构和张力绳组成受力桩之间的拦挡落石柔性组合受力结构，柔性组合受力结构依托于受力桩设置，能够保证静态平衡；柔性组合受力结构的各部件联动在一起，在落石冲击下基本上同时受力，使得该柔性组合结构抗冲击能力极强；柔性组合受力结构具有变形量大、缓冲能力强、拦挡能力强、安装方便、经济性好等优点，既能有效拦挡超大能量落石，又能很好地缓冲受力后把落石冲击能传递给受力桩，且其变形后具有较好的自恢复能力，使得其受落石冲击后动态稳定性较好，防护能力较高，冲击不容易被破坏，能够保证动态的平衡；甚至能够用于冲击力大于5000KJ以上的超大能级落石拦挡防护。且受力桩能够借助柔性组合受力结构配合进行耗能受力，使得其出露坡面以上的高度可以自由调整，用于防护不同高度的落石，且能够增加落石的堆积空间。同时受力桩之间的组合受力结构布置位置，充分利用受力桩之间的空间，不占据受力桩与边坡之间的有效落石堆积空间，利于落石堆积和滚出，边坡越陡，这种功能更加显著。

优选的，所述传力结构包括位于两端的弹性体和连接于两个所述弹性体之间的刚性体，两个所述弹性体分别用于连接所述抗力板和所述受力网，所述刚性体设有用于对应所述拉力绳穿过的通道。

采用上述传力结构，中部刚性体可以使得传力结构的荷载有效传递给拉力绳并不会发生破坏，两端的弹性体便于落石冲击荷载柔性传递至拉力绳和抗力板，避免了刚性体间的大能量荷载传递易产生切割和冲切破坏，并具有一定的弹性变形吸能作用以及变形自恢复功能，即传力结构可以把巨大的落石冲击能同时传递给拉力绳和抗力板，从而巨大的冲击能被变形吸收缓冲后并有效传递至较大范围的受力桩上，使得多根受力桩可以同时抵抗落石冲击。

优选的，所述弹力结构包括弹簧和端头板，所述弹簧的纵向弹性模量为 10-15MPa，所述弹簧的长度为20-50cm，所述受力桩靠山侧设有对应所述弹簧的水平放置槽，所述弹簧一端连接于所述水平放置槽的槽底、另一端连接所述端头板，所述张力绳一端穿过所述弹簧连接所述端头板。

抗力板受力时向外侧变形，同时使张力绳向外侧变形，张力绳的作用使得弹簧产生压缩变形，张力绳上的力柔性传递给受力桩，落石冲击后发生下落，整个防护系统受力恢复至原不受力状态或者受力明显减小，则抗力板上的力消失或减小，弹簧变形自动恢复。上述弹力结构，结构简单，便于加工，且能够有效的将抗力板受力消耗后传递至受力桩上。

优选的，所述受力桩沿所述边坡纵向两侧设置有用于所述拉力绳穿过的穿过孔，所述拉力绳的穿过孔外端为带弧形的喇叭口，避免拉力绳受力向外变形时产生切割破坏。

优选的，所述受力网包括若干纵向受力绳、若干竖向受力绳和若干受力环网，所有所述纵向受力绳和所有竖向受力绳交织形成网状结构，所有所述受力环网矩形排列于所述网状结构的网格内，其具有很高的强度和较大的变形能力，从而具有很高的抗落石冲击能力，且为柔性结构，施工方便、快速，可分幅施工或更换，分幅长度为5-8根受力桩的设置长度。

优选的，所述拉力绳每隔15-20m固定于所述受力桩，使得拉力绳的长度较长，在受到巨大冲击力后有较大的变形能力，且保证拉力绳不被巨大冲击力冲断。

优选的，当所述边坡为山脊地形时，所有所述受力桩在水平面呈人字形布置，位于所述边坡纵向中部的所述受力桩靠近坡顶设置，位于所述边坡纵向两端的所述受力桩靠近坡脚设置；

当所述边坡为平面坡体时，所有所述受力桩在水平面呈一字型布置，位于所述边坡纵向两端的所述受力桩分别靠近坡顶和坡脚设置。

通过使得受力桩在边坡上跨等高线倾斜大坡度设置，落石可在大坡度陡坡拦石结构的导向作用下自发滚动，有效解决了落石堆积清除困难的技术难题。

一种联动式大能级拦石结构的构造方法，用于构造如上述的联动式大能级拦石结构，包括如下步骤：

S1、根据受力桩的平面定位施工所有所述受力桩；

S2、根据所述受力桩施工抗力板、受力网、传力结构、拉力绳、弹力结构和张力绳；

S3、根据所述受力网施工消能层。

本方案的联动式大能级拦石结构的构造方法，通过平面定位先施工受力桩，保证受力桩的施工质量，同时为抗力板、受力网、弹力结构和张力绳的安装提供了条件，保证抗力板、受力网、传力结构、拉力绳、弹力结构和张力绳的安装质量，避免出现较大的安装偏差或受力方向的变形，再以安装好的受力网为基础安装消能层，抗力板、受力网、传力结构、拉力绳、弹力结构和张力绳整体能够保证消能层的安装方便性和安装质量，且避免了消能层安装后受力网出现较大的变形。本方案将消能层的安装顺序设置在最后，主要是依靠抗力板、传力结构、拉力绳、弹力结构、张力绳和受力桩共同稳定的受力网结构，进而避免受力网需要在受力桩上进行过量的安装和连接，且避免消能层安装后受力网出现较大的变形。其安装简单、有序且快速，而且能够控制安装质量，可有效保证施工过程中各部件的顺利高效安装和在安装过程中的稳定性控制。

优选的，所述步骤S2包括以下步骤：

S2A、将所述张力绳里端通过对应所述弹力结构设于对应所述受力桩的靠山侧，并使得所述张力绳外端穿过对应所述受力桩并出露所述受力桩背山侧大于或等于0.5m；

S2B、根据所述受力桩在其背山侧设置所述抗力板的钢筋骨架，并将所述张力绳的出露部分连接于所述钢筋骨架的受力主钢筋上，然后采用2-3kN的张拉力对所述张力绳和所述受力主钢筋的连接处进行张拉固定，再浇筑所述抗力板；

S2C、从下向上逐层施工所述拉力绳和所述传力结构，每层所述拉力绳和所述传力结构的施工包括以下步骤：将所述拉力绳一端锚固于一端的所述受力桩、另一端依次穿过对应的所述传力结构并穿过对应的所述受力桩后张拉锚固于另一端的所述受力桩，然后将该层穿过后的所述传力结构外端固定于所述抗力板；

S2D、根据所述受力桩和所述传力结构施工所述受力网，使得所述受力网固定在对应所述受力桩靠山侧；

S2E、将所述传力结构的内端与所述受力网固定连接。

在步骤S2A中，张力绳外端出露受力桩以外不小于0.5m，便于抗力板施工时与其受力主钢筋连接固定施工，长度不足无法连接和接长。在步骤S2B中，抗力板的受力主钢筋与张力绳外端出露部分张拉固定连接，张拉力2-3kN可以实现抗力板施工完成后具有较好的稳定性，张拉力过大弹力结构会产生较大的预收缩变形，减小了后期落石冲击力作用下再次产生变形的收缩量；张拉力过小会使得抗力板的锚固效果较差。在步骤S2C中，便于将多根受力桩间采用拉通的拉力绳结构进行布设，其在受到大能级冲击力作用下可以产生较大的自身弹性伸长变形，但同时受多根受力桩的约束，不会产生向边坡外侧方向的大横向变形，保证拉力绳的恢复能力。

采用上述步骤施工抗力板、受力网、传力结构、拉力绳、弹力结构和张力绳，先依据受力桩施工抗力板，保证张力绳与抗力板的张拉连接到位，能够保证抗力板的施工质量，且施工抗力板时，施工空间较为宽阔，干扰较少；受力桩靠山侧未封闭，依据受力桩和抗力板从下向上分层穿设拉力绳、拉力绳上的传力结构，然后将传力结构外端先固定在抗力板，能够保证拉力绳、传力结构能够有序的安装到位，且传力结构能够借助抗力板和中部张拉固定后的拉力绳暂时固定到位，最后通过受力网封闭受力桩靠山侧，并与传力结构里端固定，使得整个结构成型，以便稳定的安装消能层。

上述方法能够稳定有序的安装各部件，且前一部件的安装空间位置大，施工较为方便，且为后一部件的安装提供了定位、稳定等条件，其操作简单、有序和快速，有效保证施工过程中各部件的顺利高效安装和在安装过程中的稳定性控制。

优选的，在所述步骤S1中，在所述抗力板的纵向分幅边界处的两个所述受力桩的相背侧设置用于锚固所述拉力绳的拉力环；

施工每个所述受力桩时：在所述受力桩坡面以上的部分预留用于所述拉力绳穿过的穿过孔，所述拉力绳的穿过孔外端为带弧形的喇叭口；在所述受力桩靠山侧设置用于固定所述受力网的固定环；在所述受力桩靠山侧设置弹力结构的弹簧的水平放置槽，水平放置槽的槽底对应预设有所述张力绳的穿过孔；所述受力桩为矩形截面，将所述受力桩靠山侧的两角处设置为弧形结构；

在所述步骤S2中，施工所述抗力板时，在所述抗力板对应位置预埋每个所述传力结构的固定螺杆，每个所述传力结构对应至少两个所述固定螺杆。

步骤S1中的施工能够便捷后期结构安装，避免了在受力桩结构上二次开孔施工困难、效率低、弧形结构和弧形喇叭口结构难以实施等问题，也避免了受力桩结构强度受到影响等问题。步骤S2中，每个传力结构对应设置预埋固定螺杆在抗力板上不少于2个，才利于传力结构的稳定控制。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述联动式大能级拦石结构，由受力桩和消能层组成桩位受力结构，用于承担落石冲击能，消能层缓冲了落石对受力桩的直接冲击破坏；由抗力板、消能层、受力网、传力结构、拉力绳、弹力结构和张力绳组成受力桩之间的拦挡落石柔性组合受力结构，柔性组合受力结构依托于受力桩设置，能够保证静态平衡；柔性组合受力结构的各部件联动在一起，在落石冲击下基本上同时受力，使得该柔性组合结构抗冲击能力极强；柔性组合受力结构具有变形量大、缓冲能力强、拦挡能力强、安装方便、经济性好等优点，既能有效拦挡超大能量落石，又能很好地缓冲受力后把落石冲击能传递给受力桩，且其变形后具有较好的自恢复能力，使得其受落石冲击后动态稳定性较好，防护能力较高，冲击不容易被破坏；甚至能够用于冲击力大于5000KJ以上的超大能级落石拦挡防护。且受力桩能够借助柔性组合受力结构配合进行耗能受力，使得其出露坡面以上的高度可以自由调整，用于防护不同高度的落石，且能够增加落石的堆积空间。同时受力桩之间的组合受力结构布置位置，充分利用受力桩之间的空间，不占据受力桩与边坡之间的有效落石堆积空间，利于落石堆积和滚出，边坡越陡，这种功能更加显著。

2、本发明所述联动式大能级拦石结构，传力结构的中部刚性体可以使得传力结构的荷载有效传递给拉力绳并不会发生破坏，两端的弹性体便于落石冲击荷载柔性传递至拉力绳和抗力板，避免了刚性体间的大能量荷载传递易产生切割和冲切破坏，并具有一定的弹性变形吸能作用以及变形自恢复功能，即传力结构可以把巨大的落石冲击能同时传递给拉力绳和抗力板，从而巨大的冲击能被变形吸收缓冲后并有效传递至较大范围的受力桩上，使得多根受力桩可以同时抵抗落石冲击。

3、本发明所述联动式大能级拦石结构，通过使得受力桩在边坡上跨等高线倾斜大坡度设置，落石可在大坡度陡坡拦石结构的导向作用下自发滚动，有效解决了落石堆积清除困难的技术难题。

4、本发明所述联动式大能级拦石结构的构造方法，其安装简单、有序且快速，而且能够控制安装质量，可有效保证施工过程中各部件的顺利高效安装和在安装过程中的稳定性控制。

附图说明

图1是实施例1中所述联动式大能级拦石结构的俯视示意图；

图2是图1中I-I处剖面示意图；

图3是图1中II-II处剖面示意图；

图4是图1中III-III处剖面示意图；

图5是实施例1中所述联动式大能级拦石结构的受力桩平面大样示意图；

图6是实施例1中受力网的结构示意图；

图7是实施例1中传力结构的示意图；

图8是实施例1中所述联动式大能级拦石结构在山脊型坡体的平面示意图；

图9是实施例1中所述联动式大能级拦石结构在平顺型坡体的平面示意图。

图标：1-受力桩；2-抗力板；3-消能层；4-受力网；41-纵向受力绳；42- 竖向受力绳；43-受力环网；5-传力结构；51-弹性体；52-刚性体；53-通道；6- 拉力绳；7-弹力结构；71-弹簧；72-端头板；8-张力绳；9-边坡。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种联动式大能级拦石结构，参见图1-7，包括：

至少三根竖向设置的受力桩1，所有所述受力桩1沿边坡9纵向间隔设置在所述边坡9的岩土体中，所述受力桩1顶部露出所述边坡9坡面；

设置在所述受力桩1背山侧的抗力板2；

固定连接于所有所述受力桩1靠山侧的受力网4，所述受力网4能够覆盖相邻两个所述受力桩1之间的空间；

固定连接于所述受力网4靠山侧的消能层3，所述消能层3能够覆盖所述受力网4；

固定连接于所述受力网4和所述抗力板2之间的若干传力结构5，所有所述传力结构5沿所述抗力板2的纵向成列并沿竖向分层设置；

竖向分层设置的若干拉力绳6，所述拉力绳6沿所述边坡9纵向依次贯穿至少三根所述受力桩1，所述拉力绳6两端分别锚固在位于贯穿两端的所述受力桩 1，所述拉力绳6穿过对应的所述传力结构5；

沿所述受力桩1靠山侧竖向间隔设置的若干弹力结构7；

对应于所述弹力结构7设于所述受力桩1内部的若干张力绳8，所述张力绳 8一端与对应所述弹力结构7固定、另一端用于锚固所述抗力板2。

本方案中，边坡9的纵向是指的边坡9的等高线的走向，如图8和图9所示；如图1所示，边坡9的纵向即是上下方向。拉力绳6、抗力板2、受力网4 和消能层3的纵向是沿受力桩1的间隔设置方向，理论上为平行设置；张力绳8、传力结构5均是理论上垂直于拉力绳6等结构设置。抗力板2是通过若干弹力结构7和与弹力结构7对应的张力绳8锚固在受力桩1的背山侧的，抗力板2 不直接与边坡9锚固。

如图1所示，图1的右侧为靠山侧。受力桩1采用钢筋混凝土结构，强度大，抗力大，不易破坏，可以采用各种截面形式，用于承担落石冲击能，桩间距适宜为5-10m，出露坡面以上的高度可以自由调整，用于防护不同高度的落石。所述受力桩1沿所述边坡9纵向两侧设置有用于所述拉力绳6穿过的穿过孔，所述拉力绳6的穿过孔外端为带弧形的喇叭口，避免拉力绳6受力向外变形时产生切割破坏。本方案中，因为边坡9的纵向长度各有不同，故设置的受力桩1 的数量也不同，而本申请的拉力绳6会贯穿部分受力桩1，再锚固在拉力绳6两端延伸处的受力桩1的背离侧，如：图1中的拉力绳6贯穿中间的受力桩1，然后锚固在两端的受力桩1背离侧，故对应所述受力桩1的背离侧沿竖向间隔预埋有用于连接所述拉力绳6的拉力环，便于固定拉力绳6。

除外，拉力绳6的长度会存在限制，不能无限穿过受力桩1，也不能过短，至少需要穿过三个受力桩1，适宜的是，所述拉力绳6每隔15-20m固定于所述受力桩1，使得拉力绳6的长度较长，在受到巨大冲击力后有较大的变形能力，且保证拉力绳6不被巨大冲击力冲断。这使得边坡9上设置的联动式超大能级拦石结构不只一个，一般采用采用纵向分幅设置的方式，即每个拉力绳6长度为一幅，抗力板2也在拉力绳6锚固处进行分幅，即抗力板2的长度与拉力绳6 的长度相同。

本实施例中，拉力绳6可采用防腐处理的钢绞线制作，竖向设置间距 1.0-2.0m，桩间横向可设置1-3排，即图1中可以在抗力板2和受力网4之间左右方向设置1-3排，即从图1中应该看到1-3排的拉力绳6，拉力绳6穿过传力结构5并通过受力桩1两侧竖向间隔预设拉力绳6穿过孔，在抗力板2分幅宽度的两端与受力桩1固定连接，较大长度的拉力绳6在受到巨大冲击力后有较大的变形能力，故缓冲效果好。

如图1、图3和图4所示，所有所述传力结构5沿所述抗力板2的纵向成列并沿竖向分层设置；所述拉力绳6穿过对应的所述传力结构5，传力结构5位于相邻两个受力桩1之间、且位于所述受力网4和所述抗力板2之间，传力结构5 外端连接所述抗力板2，里端连接所述受力网4。本实施例中，如图7所示，所述传力结构5包括位于两端的弹性体51和连接于两个所述弹性体51之间的刚性体52，两个所述弹性体51分别用于连接所述抗力板2和所述受力网4，所述刚性体52设有用于对应所述拉力绳6穿过的通道53，中部刚性体52可以使得传力结构5的荷载有效传递给拉力绳6并不会发生破坏，两端的弹性体51便于落石冲击荷载柔性传递至拉力绳6和抗力板2，避免了刚性体52间的大能量荷载传递易产生切割和冲切破坏，并具有一定的弹性变形吸能作用以及变形自恢复功能，即传力结构5可以把巨大的落石冲击能同时传递给拉力绳6和抗力板2，从而巨大的冲击能被变形吸收缓冲后并有效传递至较大范围的受力桩1上，使得多根受力桩1可以同时抵抗落石冲击。当然，本实施的传力结构5也可以直接使用刚性结构，能够实现传力。

本实施例中，所述受力桩1的靠山侧预埋有用于连接所述受力网4的固定环，便于固定受力网4。如图6所示，受力网4由纵向受力绳41、竖向受力绳 42和受力环网43组成，可采用高强被动网，纵向受力绳41和竖向受力绳42采用钢绞线编制形成正方形的网格状、并防腐处理，正方形网格间距0.2-0.5m，所有所述受力环网43矩形排列于所述网状结构的网格内，受力网4用于承担对应的落石冲击，其具有很高的强度和较大的变形能力，从而具有很高的抗落石冲击能力，为柔性结构，施工方便、快速，可分幅施工或更换，分幅长度为5-8根受力桩1的设置长度，能够将多个抗力板2的分幅连接起来，形成一个整体构造。

如图1-3所示，所述受力网4靠山侧固定连接有消能层3，所述消能层3能够覆盖所述受力网4，消能层3可采用橡胶、其他弹性材料或其他抗冲切能力较强的材料制作形成，厚度适宜为0.3-0.5m，弹性模量适宜为5-10MPa，从而消能层3具有有效的变形量空间和适宜的回弹性能。其可以在落石冲击作用下避免受力网4产生切割破坏，并能对受力网4起缓冲作用，提高受力网4的使用寿命、同时避免小块落石从受力桩1之间穿过，可采用整体厚度的块体结构与受力网4安装连接，单块面积不小于1m²，或采用2-4层薄层大面积层状结构叠铺固定在受力网4上，单层厚度不小于0.1m，块体结构和层状状结构非常有利于陡坡条件的安装和材料运输，传力结构5、消能层3的耐久性要求不小于20 年。

如图5所示，本实施例的所述受力桩1为矩形桩，所述受力桩1靠山侧的两角处为弧形结构，本实施例中，仅将所述受力桩1坡面以上的部分靠山侧的两角处设置成弧形结构，保证受力网4受力变形时不会产生切割破坏，弧形结构的夹角β适宜为30-50°。受力桩1靠山侧竖向间隔预设有弹力结构7的水平放置槽、弹力结构7的水平放置槽的槽底对应预设张力绳8的通过孔。

所述弹力结构7包括弹簧71和端头板72，所述弹簧71的纵向弹性模量为 10-15MPa，所述弹簧71的长度为20-50cm，所述受力桩1靠山侧设有对应所述弹簧71的水平放置槽，所述弹簧71一端连接于所述水平放置槽的槽底、另一端连接所述端头板72，所述端头板72与水平放置槽的大小相同，能够随弹簧 71的伸缩在水平放置槽内移动。

如图4和图5所示，张力绳8可采用防腐处理的钢绞线制作，所述张力绳8 一端穿过所述弹簧71连接所述端头板72、张力绳8的另一端穿过受力桩1并与抗力板2的外侧的主受力钢筋张拉连接，其主要把抗力板2的力传递给弹力结构7。抗力板2受力时向外侧变形，同时使张力绳8向外侧变形，张力绳8的作用使得弹簧71产生压缩变形，张力绳8上的力柔性传递给受力桩1，落石冲击后发生下落，整个防护系统受力恢复至原不受力状态或者受力明显减小，则抗力板2上的力消失或减小，弹簧71变形自动恢复。上述弹力结构7，结构简单，便于加工，且能够有效的将抗力板2受力消耗后传递至受力桩1上。

本实施例中，如图8所示，当所述边坡9为山脊地形时，所有所述受力桩1 在水平面呈人字形布置，位于所述边坡9纵向中部的所述受力桩1靠近坡顶设置，位于所述边坡9纵向两端的所述受力桩1靠近坡脚设置，使得受力桩1在平面上跨边坡9的等高线呈倾斜人字型向下坡方向设置，且受力桩1内侧的落石通道边坡9的倾斜坡度不小于10％，落石受拦后可以在自重作用下顺陡坡地形自动向下坡方向滚动，有效避免了落石的不断积累。

如图9所示，当所述边坡9为平面坡体时，所有所述受力桩1在水平面呈一字型布置，位于所述边坡9纵向两端的所述受力桩1分别靠近坡顶和坡脚设置，使得受力桩1在平面上跨边坡9的等高线呈倾斜一字型向下坡方向设置，且受力桩1内侧的落石通道边坡9的倾斜坡度不小于10％，落石受拦后可以在自重作用下顺陡坡地形自动向下坡方向滚动，有效避免了落石的不断积累。除外，所述一字型布置在坡面上与坡面等高线的夹角适宜为20°-40°，使得落石可在大坡度陡坡拦石结构的导向作用较好的向下滚动，且不会下落速度过快。

图8和图9中的布置方式，通过使得受力桩1在边坡9上跨等高线倾斜大坡度设置，落石可在大坡度陡坡拦石结构的导向作用下自发滚动，有效解决了落石堆积清除困难的技术难题。

图1中，左侧为背山侧，抗力桩的背山侧具有抗力板2，抗力板2也适宜采用钢筋混凝土结构，每幅设置宽度与拉力绳6设置幅宽一致，通过张力绳8与弹力结构7固定连接，抗力板2在承担传力结构5传来的受力时，抗力板2可以向外侧产生变形，此时与抗力板2相连接的所有弹力结构7均产生收缩变形，抗力板2上所承担的某一处集中传力可通过张力绳8和弹力结构7传递给与之相联系的所有受力桩1上，故某一处传来的极大荷载可以通过与抗力板2相联系的结构体系同时联动受力，从而具有极强的抗力能力，抗力板2设置厚度适宜为0.3-0.5m。

本实施例的联动式大能级拦石结构的作用原理是：落石集中冲击力冲击消能层3，消能层3变形消耗并将冲击力传递给受力网4；受力网4变形，由受力网4将部分冲击力直接传递给受力桩1，并由受力网4将部分冲击力转化成受力桩1之间的多个传力结构5集中力；即：落石冲击消能层3后，因受力网4和消能层3接触面积较大，落石冲击能够通过消能层3直接且全面积受力的传递给受力网4，由受力网4分散传递至受力桩1和传力结构5；通过拉力绳6的作用，部分传力结构5集中力在拉力绳6变形消耗后传递到相邻的两根受力桩1 上；剩余传力结构5集中力传递至抗力板2上；抗力板2可以向外侧产生变形，抗力板2上的多个集中力通过弹力结构7和张力绳8的作用传递至抗力板2连接的所有的受力桩1上，使得多个受力桩1共同受力。

本实施例所述联动式大能级拦石结构，由受力桩1和消能层3组成桩位受力结构，用于承担落石冲击能，消能层3缓冲了落石对受力桩1的直接冲击破坏；由抗力板2消能层3、受力网4、传力结构5、拉力绳6、弹力结构7和张力绳8组成受力桩1之间的拦挡落石柔性组合受力结构，柔性组合受力结构依托于受力桩1设置，能够保证静态平衡；柔性组合受力结构的各部件联动在一起，在落石冲击下基本上同时受力，使得该柔性组合结构抗冲击能力极强；柔性组合受力结构具有变形量大、缓冲能力强、拦挡能力强、安装方便、经济性好等优点，既能有效拦挡超大能量落石，又能很好地缓冲受力后把落石冲击能传递给受力桩1，且其变形后具有较好的自恢复能力，使得其受落石冲击后动态稳定性较好，防护能力较高，冲击不容易被破坏；甚至能够用于冲击力大于 5000KJ以上的超大能级落石拦挡防护。且受力桩1能够借助柔性组合受力结构配合进行耗能受力，使得其出露坡面以上的高度可以自由调整，用于防护不同高度的落石，且能够增加落石的堆积空间。同时受力桩1之间的组合受力结构布置位置，充分利用受力桩1之间的空间，不占据受力桩1与边坡9之间的有效落石堆积空间，利于落石堆积和滚出，边坡9越陡，这种功能更加显著。且其无需像现有技术一样的需要通过大量地增加消能层3的厚度和受力桩1的截面尺寸来增加抗冲击能力和防护能力，也能够较好的满足抗冲击能力和防护能力，且能够控制消能层3的厚度，使得受力桩1与边坡9之间的有效落石堆积空间更大，更利于落石的堆积和滚出，进一步提高陡坡拦石结构的防护能力。

实施例2

本实施例提供一种联动式大能级拦石结构的构造方法，用于构造如实施例1 所述的联动式大能级拦石结构，包括如下步骤：

S1、根据受力桩1的平面定位施工所有所述受力桩1；

S2、根据所述受力桩1施工抗力板2、受力网4、传力结构5、拉力绳6、弹力结构7和张力绳8；

S3、根据所述受力网4施工消能层3。

本方案的联动式大能级拦石结构的构造方法，通过平面定位先施工受力桩 1，保证受力桩1的施工质量，同时为抗力板2、受力网4、弹力结构7和张力绳8的安装提供了条件，保证抗力板2、受力网4、传力结构5、拉力绳6、弹力结构7和张力绳8的安装质量，避免出现较大的安装偏差或受力方向的变形。

如：在所述步骤S1中，在所述抗力板2的纵向分幅边界处的两个所述受力桩1的相背侧设置用于锚固所述拉力绳6的拉力环；

施工每个所述受力桩1时：在所述受力桩1坡面以上的部分预留用于所述拉力绳6穿过的穿过孔，所述拉力绳6的穿过孔外端为带弧形的喇叭口；在所述受力桩1靠山侧设置用于固定所述受力网4的固定环；在所述受力桩1靠山侧设置弹力结构7的弹簧71的水平放置槽，水平放置槽的槽底对应预设有所述张力绳8的穿过孔；所述受力桩1为矩形截面，将所述受力桩1靠山侧的两角处设置为弧形结构；

步骤S1中的施工能够便捷后期结构安装，避免了在受力桩1结构上二次开孔施工困难、效率低、弧形结构和弧形喇叭口结构难以实施等问题，也避免了受力桩1结构强度受到影响等问题。

本实施例中，所述步骤S2优选以下步骤：

S2A、将所述张力绳8里端通过对应所述弹力结构7设于对应所述受力桩1 的靠山侧，并使得所述张力绳8外端穿过对应所述受力桩1并出露所述受力桩1 背山侧大于或等于0.5m；张力绳8外端出露受力桩1以外不小于0.5m，便于抗力板2施工时与其受力主钢筋连接固定施工，长度不足无法连接和接长。

S2B、根据所述受力桩1在其背山侧设置所述抗力板2的钢筋骨架，并将所述张力绳8的出露部分连接于所述钢筋骨架的受力主钢筋上，然后采用2-3kN 的张拉力对所述张力绳8和所述受力主钢筋的连接处进行张拉固定，再浇筑所述抗力板2；抗力板2的受力主钢筋与张力绳8外端出露部分张拉固定连接，张拉力2-3kN可以实现抗力板2施工完成后具有较好的稳定性，张拉力过大弹力结构7会产生较大的预收缩变形，减小了后期落石冲击力作用下再次产生变形的收缩量；张拉力过小会使得抗力板2的锚固效果较差。在所述步骤S2B中，施工所述抗力板2时，在所述抗力板2对应位置预埋每个所述传力结构5的固定螺杆，每个所述传力结构5对应至少两个所述固定螺杆，才利于传力结构5 的稳定控制。

即先依据受力桩1施工抗力板2，保证张力绳8与抗力板2的张拉连接到位，能够保证抗力板2的施工质量，且施工抗力板2时，施工空间较为宽阔，干扰较少。

S2C、从下向上逐层施工所述拉力绳6和所述传力结构5，每层所述拉力绳 6和所述传力结构5的施工包括以下步骤：将所述拉力绳6一端锚固于一端的所述受力桩1、另一端依次穿设对应的所述传力结构5并穿过对应的所述受力桩1 后张拉锚固于另一端的所述受力桩1，然后将该层穿过后的所述传力结构5外端固定于所述抗力板2；便于将多根受力桩1间采用拉通的拉力绳6结构进行布设，其在受到大能级冲击力作用下可以产生较大的自身弹性伸长变形，但同时受多根受力桩1的约束，不会产生向边坡9外侧方向的大横向变形，保证拉力绳6 的恢复能力。

即受力桩1靠山侧未封闭，依据受力桩1和抗力板2从下向上分层穿设拉力绳6、拉力绳6上的传力结构5，然后将传力结构5外端先固定在抗力板2，能够保证拉力绳6、传力结构5能够有序的安装到位，且传力结构5能够借助抗力板2和拉力绳6暂时固定到位。

S2D、根据所述受力桩1和所述传力结构5施工所述受力网4，使得所述受力网4固定在对应所述受力桩1靠山侧；

S2E、将所述传力结构5的内端与所述受力网4固定连接。

即最后通过受力网4封闭受力桩1靠山侧，并与传力结构5里端固定，使得整个结构成型，以便稳定的安装消能层3。

以安装好的受力网4为基础安装消能层3，抗力板2、受力网4、传力结构 5、拉力绳6、弹力结构7和张力绳8整体能够保证消能层3的安装方便性和安装质量，且避免了消能层3安装后受力网4出现较大的变形。本方案将消能层3 的安装顺序设置在最后，主要是依靠抗力板2、传力结构5、拉力绳6、弹力结构7、张力绳8和受力桩1共同稳定的受力网4结构，进而避免受力网4需要在受力桩1上进行过量的安装和连接，且避免消能层3安装后受力网4出现较大的变形。其安装简单、有序且快速，而且能够控制安装质量，可有效保证施工过程中各部件的顺利高效安装和在安装过程中的稳定性控制。

具体的，可以采用以下步骤进行：

A、受力桩1平面定位，施工受力桩1，在坡面以上的受力桩1上预留拉力绳6的穿过孔，穿过孔外端设置成带弧形的喇叭口，在抗力板2分幅边界的受力桩1侧面预埋拉力环，受力桩1靠山侧桩面预埋受力网4固定环，受力桩1 靠山侧竖向间隔预设弹力结构7的水平放置槽，水平放置槽底部对应预设张力绳8的通过孔、受力桩1坡面以上受力桩1靠山侧的两角处设置成弧形结构，拉力绳6的穿过孔和张力绳8的通过孔交错布置；该步施工确保后期结构安装的可实施性，避免了在受力桩1结构上二次开孔施工困难、效率低、弧形结构和弧形喇叭口结构难以实施等问题，也避免了受力桩1结构强度受到影响等问题。

B、张力绳8外端穿过受力桩1上的通过孔，外端出露受力桩1以外的长度不小于0.5m，内端穿过弹力结构7并与弹力结构7的端头板72固定连接；张力绳8外端出露受力桩1以外不小于0.5m便于抗力板2施工时与其钢筋连接固定施工，长度不足无法连接和接长；

C、施工抗力板2钢筋混凝土，抗力板2的受力主钢筋与张力绳8外端出露部分张拉固定连接，张拉力2-3kN，抗力板2在设置传力结构5对应位置预埋固定螺杆，每个传力结构5设置不少于2个固定螺杆；抗力板2的受力主钢筋与张力绳8外端出露部分张拉固定连接，张拉力2-3kN可以实现抗力板2施工完成后具有较好的稳定性，张拉力过大弹力结构7会产生较大的预收缩变形，减小了后期落石冲击力作用下再次产生变形的收缩量；每个传力结构5设置预埋固定螺杆不少于2个才利于传力结构5的稳定控制；

D、从抗力板2分幅的其中一个端头开始，在端头受力桩1上的预埋拉力环上固定最下一分层拉力绳6的a端，拉力绳6的b端依次穿过最下一分层所有列传力结构5的拉力绳6的通道53；只有这样才能实现多根受力桩1间采用拉通的拉力绳6结构，其在受到大能级冲击力作用下可以产生较大的自身弹性伸长变形、但同时受多根受力桩1的约束，不会产生向边坡9外侧方向的达大横向变形；

E、拉力绳6b端穿过相邻受力桩1上的拉力绳6穿过孔，继续依次穿过相邻受力桩1间最下一分层所有列传力结构5的拉力绳6的通道53；

F、重复步骤E直至完成抗力板2分幅范围内所有受力桩1之间的最下一分层拉力绳6与传力结构5穿设，拉力绳6b端与抗力板2分幅范围内的另一端受力桩1上的预埋拉力环固定张拉连接；

G、抗力板2内侧最下一分层预埋的固定螺杆穿过传力结构5外端的连接环扣并采用螺帽固定；

H、重复步骤D至步骤G完成所有拉力绳6和传力结构5安装；

I、施工受力桩1靠山侧的受力网4，受力网4与受力桩1上的固定环固定连接；

J、传力结构5内端的连接绳与受力网4固定连接；

K、在受力网4和受力桩1的靠山侧分块或分层安装消能层3，消能层3与受力网4连接固定。

L、重复步骤A至K完成整个拦石结构安装。

本实施例所述联动式大能级拦石结构的构造方法，其安装简单、有序且快速，而且能够控制安装质量，可有效保证施工过程中各部件的顺利高效安装和在安装过程中的稳定性控制。

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 (10)

1.一种联动式大能级拦石结构，其特征在于，包括：

至少三根竖向设置的受力桩(1)，所有所述受力桩(1)沿边坡(9)纵向间隔设置在所述边坡(9)的岩土体中，所述受力桩(1)顶部露出所述边坡(9)坡面；

设置在所述受力桩(1)背山侧的抗力板(2)；

固定连接于所有所述受力桩(1)靠山侧的受力网(4)，所述受力网(4)能够覆盖相邻两个所述受力桩(1)之间的空间；

固定连接于所述受力网(4)靠山侧的消能层(3)，所述消能层(3)能够覆盖所述受力网(4)；

固定连接于所述受力网(4)和所述抗力板(2)之间的若干传力结构(5)，所有所述传力结构(5)沿所述抗力板(2)的纵向成列并沿竖向分层设置；

竖向分层设置的若干拉力绳(6)，所述拉力绳(6)沿所述边坡(9)纵向依次贯穿至少三根所述受力桩(1)，所述拉力绳(6)两端分别锚固在位于贯穿两端的所述受力桩(1)，所述拉力绳(6)穿过对应的所述传力结构(5)；

沿所述受力桩(1)靠山侧竖向间隔设置的若干弹力结构(7)；

对应于所述弹力结构(7)设于所述受力桩(1)内部的若干张力绳(8)，所述张力绳(8)一端与对应所述弹力结构(7)固定、另一端用于锚固所述抗力板(2)。

2.根据权利要求1所述的联动式大能级拦石结构，其特征在于，所述传力结构(5)包括位于两端的弹性体(51)和连接于两个所述弹性体(51)之间的刚性体(52)，两个所述弹性体(51)分别用于连接所述抗力板(2)和所述受力网(4)，所述刚性体(52)设有用于对应所述拉力绳(6)穿过的通道(53)。

3.根据权利要求1所述的联动式大能级拦石结构，其特征在于，所述弹力结构(7)包括弹簧(71)和端头板(72)，所述弹簧(71)的纵向弹性模量为10-15MPa，所述弹簧(71)的长度为20-50cm，所述受力桩(1)靠山侧设有对应所述弹簧(71)的水平放置槽，所述弹簧(71)一端连接于所述水平放置槽的槽底、另一端连接所述端头板(72)，所述张力绳(8)一端穿过所述弹簧(71)连接所述端头板(72)。

4.根据权利要求1所述的联动式大能级拦石结构，其特征在于，所述受力桩(1)沿所述边坡(9)纵向两侧设置有用于所述拉力绳(6)穿过的穿过孔，所述拉力绳(6)的穿过孔外端为带弧形的喇叭口。

5.根据权利要求1所述的联动式大能级拦石结构，其特征在于，所述受力网(4)包括若干纵向受力绳(41)、若干竖向受力绳(42)和若干受力环网(43)，所有所述纵向受力绳(41)和所有竖向受力绳(42)交织形成网状结构，所有所述受力环网(43)矩形排列于所述网状结构的网格内。

6.根据权利要求1所述的联动式大能级拦石结构，其特征在于，所述拉力绳(6)每隔15-20m固定于所述受力桩(1)。

7.根据权利要求1-6任一所述的联动式大能级拦石结构，其特征在于，当所述边坡(9)为山脊地形时，所有所述受力桩(1)在水平面呈人字形布置，位于所述边坡(9)纵向中部的所述受力桩(1)靠近坡顶设置，位于所述边坡(9)纵向两端的所述受力桩(1)靠近坡脚设置；

当所述边坡(9)为平面坡体时，所有所述受力桩(1)在水平面呈一字型布置，位于所述边坡(9)纵向两端的所述受力桩(1)分别靠近坡顶和坡脚设置。

8.一种联动式大能级拦石结构的构造方法，其特征在于，用于构造如权利要求1-7任一所述的联动式大能级拦石结构，包括如下步骤：

S1、根据受力桩(1)的平面定位施工所有所述受力桩(1)；

S2、根据所述受力桩(1)施工抗力板(2)、受力网(4)、传力结构(5)、拉力绳(6)、弹力结构(7)和张力绳(8)；

S3、根据所述受力网(4)施工消能层(3)。

9.根据权利要求8所述的联动式大能级拦石结构的构造方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S2A、将所述张力绳(8)里端通过对应所述弹力结构(7)设于对应所述受力桩(1)的靠山侧，并使得所述张力绳(8)外端穿过对应所述受力桩(1)并出露所述受力桩(1)背山侧大于或等于0.5m；

S2B、根据所述受力桩(1)在其背山侧设置所述抗力板(2)的钢筋骨架，并将所述张力绳(8)的出露部分连接于所述钢筋骨架的受力主钢筋上，然后采用2-3kN的张拉力对所述张力绳(8)和所述受力主钢筋的连接处进行张拉固定，再浇筑所述抗力板(2)；

S2C、从下向上逐层施工所述拉力绳(6)和所述传力结构(5)，每层所述拉力绳(6)和所述传力结构(5)的施工包括以下步骤：将所述拉力绳(6)一端锚固于一端的所述受力桩(1)、另一端依次穿过对应的所述传力结构(5)并穿过对应的所述受力桩(1)后张拉锚固于另一端的所述受力桩(1)，然后将该层穿过后的所述传力结构(5)外端固定于所述抗力板(2)；

S2D、根据所述受力桩(1)和所述传力结构(5)施工所述受力网(4)，使得所述受力网(4)固定在对应所述受力桩(1)靠山侧；

S2E、将所述传力结构(5)的内端与所述受力网(4)固定连接。

10.根据权利要求8-9任一所述的联动式大能级拦石结构的构造方法，其特征在于，在所述步骤S1中，在所述抗力板(2)的纵向分幅边界处的两个所述受力桩(1)的相背侧设置用于锚固所述拉力绳(6)的拉力环；

施工每个所述受力桩(1)时：在所述受力桩(1)坡面以上的部分预留用于所述拉力绳(6)穿过的穿过孔，所述拉力绳(6)的穿过孔外端为带弧形的喇叭口；在所述受力桩(1)靠山侧设置用于固定所述受力网(4)的固定环；在所述受力桩(1)靠山侧设置弹力结构(7)的弹簧(71)的水平放置槽，水平放置槽的槽底对应预设有所述张力绳(8)的穿过孔；所述受力桩(1)为矩形截面，将所述受力桩(1)靠山侧的两角处设置为弧形结构；

在所述步骤S2中，施工所述抗力板(2)时，在所述抗力板(2)对应位置预埋每个所述传力结构(5)的固定螺杆，每个所述传力结构(5)对应至少两个所述固定螺杆。

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