CN117027023A - 高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构及其施工方法，包括斜拉组件、垫板、支撑平台、竖向支撑结构和桁架支撑结构，斜拉组件锚固于母岩中，垫板通过斜拉组件固定于母岩的侧面，支撑平台固定于垫板上，竖向支撑结构的顶部抵持于危岩体的底面，桁架支撑结构的一端固定于支撑平台上且另一端支撑于危岩体的底面上，桁架支撑结构包括斜向支撑结构、横向系杆和斜向系杆，横向系杆的两端分别垂直固定于相邻的两个斜向支撑结构上，斜向系杆的两端分布倾斜固定于相邻的两个斜向支撑结构上。该支撑结构摒除了在危岩体于危岩体下方的坡面之间设置支撑结构的方式，解决了传统的支撑结构高度过高而大幅提高工程造价以及坡面陡峭而无法方便设置支撑结构的问题。

Description

高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及边坡危岩支撑技术领域，具体涉及高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构及其施工方法。

背景技术

危岩落石对山区铁路的危害巨大，铁路线路应尽量绕避山高坡陡岩层受结构面切割严重、危岩密集分布或治理难度大的危岩落石地段。在实际情况中，山区铁路受选线制约，不可避免会遇到无法绕避的危岩落石不良地质体。高陡边坡危岩落石高差大、坡面陡，下落过程中动能大、破坏能力强，一旦砸落至轨道或列车上，其后果不堪设想，因此对无法绕避的危岩落石不良地质体进行治理是确保铁路安全运营的基础。

目前，危岩体的治理模式主要采用削坡、设立主被动网进行防护。对于山区地方且山路狭窄的地方，突出母岩的巨大危岩体也很常见，突出母岩的巨大危岩体长时间在风雨侵蚀及自重的影响下容易与母体造成分离脱落，因此急需对突出母岩的巨大危岩体进行治理。

申请号为202011623034.8的发明专利公开了一种抗裂式悬空危岩体防护支挡结构，包括母岩以及突出母岩且呈悬空状态下的危岩体，所述母岩与危岩体之间通过预应力锚索加固在一起，位于所述危岩体的下方设置有多个对所述危岩体进行支撑的支撑装置，所述危岩体背向母岩的一侧设置有防护网，所述防护网的底部与所述支撑装置相连，所述防护网的顶部通过锚杆固定在母岩的顶端表面上，所述防护网全面将所述危岩体覆盖在内。

上述支挡结构采用竖向支撑结构对危岩体进行支撑，而采用该支挡结构的前提是危岩体处于低空位且危岩体下方的坡面平缓，危岩体处于低空位时，支撑结构的支撑高度不会很高，工程造价不会抬高，而坡面平缓便于支撑结构的底部支撑于坡面上。然而，上述支撑结构却无法解决危岩体处于高位且底部坡面陡峭的工况下，危岩体处于高位时，上述支撑结构的高度需要大幅增加，而支撑结构高度过大会大幅提高工作造价，而底部坡面陡峭又不便于支撑结构的底部固定。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构，该支撑结构摒除了在危岩体于危岩体下方的坡面之间设置支撑结构的方式，从而达到解决传统的支撑结构高度过高而大幅提高工程造价以及坡面陡峭而无法方便设置支撑结构的问题；本发明的支撑结构很好地解决了高位高陡悬空式危岩体的分离脱落问题，且该支撑结构施工方便。

为了达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现的：

高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构，包括斜拉组件、垫板、支撑平台、竖向支撑结构和桁架支撑结构，斜拉组件锚固于母岩中，垫板通过斜拉组件固定于母岩的侧面，支撑平台固定于垫板上，竖向支撑结构的顶部抵持于危岩体的底面，竖向支撑结构的底部支撑于支撑平台上，桁架支撑结构的一端固定于支撑平台上且另一端支撑于危岩体的底面上，桁架支撑结构包括斜向支撑结构、横向系杆和斜向系杆，横向系杆的两端分别垂直固定于相邻的两个斜向支撑结构上，斜向系杆的两端分布倾斜固定于相邻的两个斜向支撑结构上；

所述斜拉组件包括钢锚管、预应力锚索、锚头垫块和锚具，钢锚管前段为锚固段，钢锚管后段为自由段，锚固段开有注浆孔，预应力锚索的前端固定于锚固段中，钢锚管中注入有水泥砂浆，水泥砂浆经锚固段劈裂注入母岩中并与锚固段形成复合锚固段，钢锚固的后端固定于垫板的左侧，锚头垫块设置于垫板的右侧，预应力锚索穿过垫板和锚头垫块并固定于锚具中；

所述支撑平台为梯形的后浇混凝土块，竖向支撑结构固定于支撑平台的顶部平面上，斜向支撑结构固定于支撑平台的斜面上；

所述竖向支撑结构和斜向支撑结构均由支撑杆和万向承托结构组成，所述支撑杆由变截面支撑杆节段和若干等截面支撑杆节段逐个法兰连接而成，所述万向承托结构包括承托板、球窝支座、伸缩球头、伸缩杆和法兰连接盘，承托板固定于球窝支座的顶部，伸缩球头由螺纹杆和球头组成，球头固定于螺纹杆的顶端，球头插入球窝支座中并可在球窝支座中万向转动，伸缩球头的螺纹杆插入伸缩杆中并与伸缩杆螺纹连接，法兰连接盘固定于伸缩杆的底端，万向承托结构与竖向支撑结构和斜向支撑结构法兰连接。

进一步的，所述变截面支撑杆节段和等截面支撑杆节段的底部和顶部均固定有法兰连接盘，支撑平台上预留有地脚螺栓，变截面支撑杆节段的法兰连接盘通过地脚螺栓固定于支撑平台上。

进一步的，所述支撑杆的法兰连接盘之间固定有节点连接板，节点连接板为圆形板，节点连接板顶部的左、右两侧固定有连接耳板，节点连接板的底部两侧对称式固定有连接耳板，节点连接板的前、后两侧开有螺栓孔，横向系杆通过穿过螺栓孔的螺栓固定于节点连接板上，斜向系杆通过螺栓固定于相邻两个斜向支撑结构的耳板上。

此外，本发明还公开了高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构的施工方法，包括以下步骤：

S1、斜拉组件的施工：对母岩进行钻孔，将预应力锚索的前端部固定于钢锚管的锚固段中并随钢锚管一起插入钻孔中，对钢锚管进行注浆，水泥浆液经锚固段上的注浆孔劈裂注入母岩中并形成复合锚固段；

S2、垫板和支撑平台的施工：将垫板扣在母岩和钢锚管上，同时将预应力锚索穿过垫板和锚头垫块，使用锚具对预应力锚索进行张拉以施加预应力，剪除多余的预应力锚索，对垫板进行凿毛处理，现场浇筑支撑平台，在浇筑支撑平台上预留孔洞，在支撑平台达到设计强度时，将地脚螺栓安装于预留孔洞中；

S3、竖向支撑结构和桁架支撑结构的安装：将变截面支撑杆节段的法兰连接盘通过地脚螺栓固定于支撑平台上，随后逐个安装等截面支撑杆节段，直至支撑杆安装完成，在安装支撑杆时，将节点连接板一并安装于两个相邻的法兰连接盘之间，随后将横向系杆和斜向系杆螺栓连接于相邻的两个斜向支撑结构之间以完成桁架支撑结构的安装；

S4、万向承托结构的安装：将万向承托结构的法兰连接盘法兰连接至支撑杆的顶部法兰连接盘上，对危岩体底部进行钻孔，使用螺栓将承托板54固定于危岩体上，旋钮螺纹杆使得万向承托结构紧密地抵持于危岩体底部以实现对危岩体承托的目的。

本发明的有益效果如下：该支撑结构摒除了在危岩体于危岩体下方的坡面之间设置支撑结构的方式，从而达到解决传统的支撑结构高度过高而大幅提高工程造价以及坡面陡峭而无法方便设置支撑结构的问题；本发明的支撑结构很好地解决了高位高陡悬空式危岩体的分离脱落问题，且该支撑结构施工方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构的整体结构示意图；

图2是所述斜拉组件与垫板的装配结构示意图；

图3是所述支撑平台与竖向支撑结构及桁架支撑结构的装配结构示意图；

图4是所述桁架支撑结构的整体结构示意图；

图5是所述支撑杆的组成结构示意图；

图6 是所述万向承托结构的组成结构示意图；

图7是所述支撑平台的受力分析简图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-斜拉组件，11-钢锚管，12-预应力锚索，13-锚固段，14-自由段，2-垫板；3-支撑平台，31-地脚螺栓；4-竖向支撑结构；5-桁架支撑结构，51-斜向支撑结构，52-横向系杆，53-斜向系杆，54-万向承托结构，511-变截面支撑杆节段，512-等截面支撑杆节段，513-法兰连接盘，541-承托板，542-球窝支座，543-球头，544-螺纹杆，545-伸缩杆，546-伸缩球头；6-危岩体；7-锚头垫块；8-锚具；9-节点连接板，91-耳板。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构，包括斜拉组1件、垫板2、支撑平台3、竖向支撑结构4和桁架支撑结构5，斜拉组件1锚固于母岩中，垫板2通过斜拉组件1固定于母岩的侧面，支撑平台3固定于垫板2上，竖向支撑结构4的顶部抵持于危岩体6的底面，竖向支撑结构4的底部支撑于支撑平台上，桁架支撑结构5的一端固定于支撑平台3上且另一端支撑于危岩体6的底面上，桁架支撑结构5包括斜向支撑结构51、横向系杆52和斜向系杆53，横向系杆52的两端分别垂直固定于相邻的两个斜向支撑结构51上，斜向系杆53的两端分布倾斜固定于相邻的两个斜向支撑结构51上。

如图2所示，所述斜拉组件1包括钢锚管11、预应力锚索12、锚头垫块7和锚具8，钢锚管11前段为锚固段13，钢锚管后段为自由段14，锚固段13开有注浆孔，预应力锚索12的前端固定于锚固段7中，钢锚管11中注入有水泥砂浆，水泥砂浆经锚固段13劈裂注入母岩中并与锚固段13形成复合锚固段，钢锚固13的后端固定于垫板2的左侧，锚头垫块7设置于垫板2的右侧，预应力锚索12穿过垫板2和锚头垫块7并固定于锚具8中；

如图3所示，所述支撑平台3为梯形的后期浇筑混凝土块，竖向支撑结构4固定于支撑平台3的顶部平面上，斜向支撑结构51固定于支撑平台3的斜面上；所述竖向支撑结构4和斜向支撑结构51均由支撑杆和万向承托结构54组成，所述支撑杆由变截面支撑杆节段511和若干等截面支撑杆节段512逐个法兰连接而成，所述变截面支撑杆节段511和等截面支撑杆节段512的底部和顶部均固定有法兰连接盘513，支撑平台3上预留有地脚螺栓31，变截面支撑杆节段511的法兰连接盘通过地脚螺栓31固定于支撑平台3上。

如图4-5所示，所述支撑杆的法兰连接盘之间固定有节点连接板9，节点连接板9为圆形板，节点连接板9顶部的左、右两侧固定有连接耳板91，节点连接板9的底部两侧对称式固定有连接耳板91，节点连接板9的前、后两侧开有螺栓孔，横向系杆52通过穿过螺栓孔的螺栓固定于节点连接板9上，斜向系杆53通过螺栓固定于相邻两个斜向支撑结构51的耳板上。

如图6所示，所述万向承托结构54包括承托板541、球窝支座542、伸缩球头546、伸缩杆545和法兰连接盘513，承托板541固定于球窝支座542的顶部，伸缩球头546由螺纹杆544和球头543组成，球头543固定于螺纹杆544的顶端，球头543插入球窝支座542中并可在球窝支座542中万向转动，伸缩球头546的螺纹杆插入伸缩杆545中并与伸缩杆螺纹连接，法兰连接盘513固定于伸缩杆545的底端，万向承托结构54与竖向支撑结构4和斜向支撑结构51法兰连接。

此外，本发明还公开了高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构的施工方法，包括以下步骤：

S1、斜拉组件的施工：对母岩进行钻孔，将预应力锚索的前端部固定于钢锚管的锚固段中并随钢锚管一起插入钻孔中，对钢锚管进行注浆，水泥浆液经锚固段上的注浆孔劈裂注入母岩中并形成复合锚固段；

S2、垫板和支撑平台的施工：将垫板扣在母岩和钢锚管上，同时将预应力锚索穿过垫板和锚头垫块，使用锚具对预应力锚索进行张拉以施加预应力，剪除多余的预应力锚索，对垫板进行凿毛处理，现场浇筑支撑平台，在浇筑支撑平台上预留孔洞，在支撑平台达到设计强度时，将地脚螺栓安装于预留孔洞中；

S3、竖向支撑结构和桁架支撑结构的安装：将变截面支撑杆节段的法兰连接盘通过地脚螺栓固定于支撑平台上，随后逐个安装等截面支撑杆节段，直至支撑杆安装完成，在安装支撑杆时，将节点连接板一并安装于两个相邻的法兰连接盘之间，随后将横向系杆和斜向系杆螺栓连接于相邻的两个斜向支撑结构之间以完成桁架支撑结构的安装；

S4、万向承托结构的安装：将万向承托结构的法兰连接盘法兰连接至支撑杆的顶部法兰连接盘上，对危岩体底部进行钻孔，使用螺栓将承托板54固定于危岩体上，旋钮螺纹杆使得万向承托结构紧密地抵持于危岩体底部以实现对危岩体承托的目的。

本发明的工作机制为：如图7所示，危岩体6的重力经桁架支撑结构和竖向支撑结构传递至支撑平台上，危岩体经桁架支撑机构5传递至支撑平台3上的力表示为F2，危岩体经竖向支撑结构传递至支撑平台3上的力表示为F2，斜拉组件经垫板2传递至支撑平台3上的力表示为F1，F1和F2的竖向分力相互抵消，从而达到利用斜拉组件1抵消危岩体6重力的目的，而F1和F2的水平分力与母岩对支撑平台3的支撑力N相抵消，而危岩体6通过竖向支撑结构传递至支撑平台的力F3则通过垫板与母岩之间的摩擦力相抵消，从而达到对整个危岩体支撑的目的。

由于危岩体在桁架支撑结构5上存在竖向力，而该竖向力对斜向支撑结构51存在弯矩，由压杆稳定公式，支撑杆的计算长度越大，支撑杆越稳定，本发明通过增加支撑杆的连接段数、横向系杆52以及斜向系杆53来增加支撑杆的计算长度，达到稳定桁架支撑结构的目的，防止桁架支撑结构因支撑杆失稳破坏而破坏。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

Claims (4)

1.高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构，其特征在于，包括斜拉组件、垫板、支撑平台、竖向支撑结构和桁架支撑结构，斜拉组件锚固于母岩中，垫板通过斜拉组件固定于母岩的侧面，支撑平台固定于垫板上，竖向支撑结构的顶部抵持于危岩体的底面，竖向支撑结构的底部支撑于支撑平台上，桁架支撑结构的一端固定于支撑平台上且另一端支撑于危岩体的底面上，桁架支撑结构包括斜向支撑结构、横向系杆和斜向系杆，横向系杆的两端分别垂直固定于相邻的两个斜向支撑结构上，斜向系杆的两端分布倾斜固定于相邻的两个斜向支撑结构上；

所述斜拉组件包括钢锚管、预应力锚索、锚头垫块和锚具，钢锚管前段为锚固段，钢锚管后段为自由段，锚固段开有注浆孔，预应力锚索的前端固定于锚固段，钢锚管中注入有水泥砂浆，水泥砂浆经锚固段劈裂注入母岩中并与锚固段形成复合锚固段，钢锚固的后端固定于垫板的左侧，锚头垫块设置于垫板的右侧，预应力锚索穿过垫板和锚头垫块并固定于锚具中；

所述支撑平台为梯形的后浇混凝土块，竖向支撑结构固定于支撑平台的顶部平面上，斜向支撑结构固定于支撑平台的斜面上；

所述竖向支撑结构和斜向支撑结构均由支撑杆和万向承托结构组成，所述支撑杆由变截面支撑杆节段和若干等截面支撑杆节段逐个法兰连接而成，所述万向承托结构包括承托板、球窝支座、伸缩球头、伸缩杆和法兰连接盘，承托板固定于球窝支座的顶部，伸缩球头由螺纹杆和球头组成，球头固定于螺纹杆的顶端，球头插入球窝支座中并可在球窝支座中万向转动，伸缩球头的螺纹杆插入伸缩杆中并与伸缩杆螺纹连接，法兰连接盘固定于伸缩杆的底端，万向承托结构与竖向支撑结构和斜向支撑结构法兰连接。

2.根据权利要求1所述的高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构，其特征在于，所述变截面支撑杆节段和等截面支撑杆节段的底部和顶部均固定有法兰连接盘，支撑平台上预留有地脚螺栓，变截面支撑杆节段的法兰连接盘通过地脚螺栓固定于支撑平台上。

3.根据权利要求1所述的高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构，其特征在于，所述支撑杆的法兰连接盘之间固定有节点连接板，节点连接板为圆形板，节点连接板顶部的左、右两侧固定有连接耳板，节点连接板的底部两侧对称式固定有连接耳板，节点连接板的前、后两侧开有螺栓孔，横向系杆通过穿过螺栓孔的螺栓固定于节点连接板上，斜向系杆通过螺栓固定于相邻两个斜向支撑结构的耳板上。

4.根据权利要求1所述的高位高陡悬空式危岩体桁架轻型支撑结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、斜拉组件的施工：对母岩进行钻孔，将预应力锚索的前端部固定于钢锚管的锚固段中并随钢锚管一起插入钻孔中，对钢锚管进行注浆，水泥浆液经锚固段上的注浆孔劈裂注入母岩中并形成复合锚固段；

S2、垫板和支撑平台的施工：将垫板扣在母岩和钢锚管上，同时将预应力锚索穿过垫板和锚头垫块，使用锚具对预应力锚索进行张拉以施加预应力，剪除多余的预应力锚索，对垫板进行凿毛处理，现场浇筑支撑平台，在浇筑支撑平台上预留孔洞，在支撑平台达到设计强度时，将地脚螺栓安装于预留孔洞中；

S3、竖向支撑结构和桁架支撑结构的安装：将变截面支撑杆节段的法兰连接盘通过地脚螺栓固定于支撑平台上，随后逐个安装等截面支撑杆节段，直至支撑杆安装完成，在安装支撑杆时，将节点连接板一并安装于两个相邻的法兰连接盘之间，随后将横向系杆和斜向系杆螺栓连接于相邻的两个斜向支撑结构之间以完成桁架支撑结构的安装；

S4、万向承托结构的安装：将万向承托结构的法兰连接盘法兰连接至支撑杆的顶部法兰连接盘上，对危岩体底部进行钻孔，使用螺栓将承托板54固定于危岩体上，旋钮螺纹杆使得万向承托结构紧密地抵持于危岩体底部以实现对危岩体承托的目的。