CN117286813A - 一种柔性吸能型被动防落石装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性吸能型被动防落石装置，属于道路施工技术领域，包括主体结构、压板和多组柔性吸能机构，主体结构包括顶板、临空侧墙和挡土侧墙，临空侧墙和挡土侧墙相对布置在路面上，顶板的两端分别连接在临空侧墙和挡土侧墙的上端，柔性吸能机构包括弹簧、垫块、驳接爪和限位器，弹簧下端连接顶板、上端连接垫块，驳接爪的上端连接压板、下端连接垫块，限位器上端连接垫块的底部、下端伸入弹簧内，压板位于多个柔性吸能机构的上方，压板连接多个垫块，压板呈倾斜布置。本发明为被动防落石的柔性吸能型装置，减少防护棚主体结构受到的损害、能有效防止路堑边坡落石；能对雨水导流；简单、稳定、经久耐用、成本低、施工简单。

Description

一种柔性吸能型被动防落石装置

技术领域

本发明属于道路施工技术领域，具体为一种柔性吸能型被动防落石装置。

背景技术

在我国南方地区低等级公路中，路堑边坡大多裸露。一些易崩解软岩边坡刚开挖时岩体强度较高，但岩体反复经历暴晒、降雨等天气影响后，岩体崩解形成落石，给行车安全带来了极大的隐患。当前，针对低等级公路路堑边坡的落石问题，通常采用防护网、被动网和防落石棚等进行防护。防护网施工难度高、施工质量难以保证，特别是网内包裹的石子较多时，防护能力大大降低，甚至造成整体破坏。被动网用于易崩解岩层时立柱稳定性较差，加之被动网的拉绳锚固于破碎岩层时锚拉效果有限，导致被动网使用不久就容易出现破损，造成路面经常有滚落碎石。传统的防落石棚采用钢筋混凝土或钢架棚，这些均为刚性防护装置，其主要依靠材料的强度抵抗落石的撞击，这种防护装置容易被落石碰撞造成结构损害，尤其是大落石撞击这些刚性防护棚时，往往会造成防护棚结构破坏和飞石灾害。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种柔性吸能型被动防落石装置，所述装置为被动防落石的柔性吸能型装置，通过在钢筋混凝主体结构上布置柔性吸能装置，减少防护棚主体结构受到的损害、防止落石飞溅，能有效防止路堑边坡落石，且性能优越；通过滴水槽配合倾斜的压板，能对雨水导流；所述装置简单、稳定、经久耐用、成本低、施工简单。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种柔性吸能型被动防落石装置，包括主体结构、压板和多组柔性吸能机构，主体结构包括顶板、临空侧墙和挡土侧墙，临空侧墙和挡土侧墙沿着道路宽度方向相对布置在路面上，顶板的两端分别连接在临空侧墙和挡土侧墙的上端，柔性吸能机构包括弹簧、垫块、驳接爪和限位器，弹簧下端连接在顶板上、上端连接垫块，驳接爪的上端连接压板、下端连接垫块，限位器的上端连接垫块的底部、下端伸入弹簧内且不接触顶板，压板是柔性的，压板位于多个柔性吸能机构的上方，压板连接多个垫块，压板呈倾斜布置，压板较高的一端衔接所述边坡。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述挡土侧墙的远离临空侧墙的一面接触边坡，主体结构还包括卸荷平台，卸荷平台和顶板一体连接，卸荷平台超出挡土侧墙，卸荷平台的底面接触所述边坡。

所述主体结构还包括锚杆，锚杆的一端连接挡土侧墙、另一端插入边坡内。

所述柔性吸能机构还包括防腐塑料筒，限位器和弹簧都位于防腐塑料筒内。

所述防落石装置还包括压顶，所述压顶包括混凝土材质的基座，基座位于压板的较高的一端，基座支撑在所述边坡上，基座的靠近压板的一端设有内凹的滴水槽，压板一端伸入滴水槽内。

所述压板伸入滴水槽内的一端通过限位螺栓活动连接在滴水槽内，压板的伸入滴水槽的一端设有至少一排螺栓孔，每排螺栓孔沿着压板的倾斜方向布置，每排的多个螺栓孔通过连接通道依次连通，限位螺栓穿过螺栓孔后固定在基座上，压板的伸入滴水槽的一端能沿着螺栓孔的排列方向移动，压板移动时，各限位螺栓沿着连接通道移动并重新卡入其它的螺栓孔中。

所述压板的较低的一端深入集水部内。

压板的横截面为波浪形。

所述防落石装置还包括护坡堆料，护坡堆料为堆在压板和顶板之间的边坡面上的岩石碎块。

本发明的有益效果是：

（1）所述装置为被动防落石的柔性吸能型装置，通过在钢筋混凝主体结构上布置柔性吸能装置，减少防护棚主体结构受到的损害、防止落石飞溅，能有效防止路堑边坡落石，且性能优越；

（2）通过卸荷平台、护坡堆料对压板下方的边坡进行支撑和防护；

（3）压板的倾斜布置利于落石的滚下，通过压板本身的柔性材质、波浪形的形状设计、压板两端的可移动的设置、柔性吸能机构进行柔性防护，吸收和耗散落石能量；

（4）通过滴水槽配合倾斜的压板，能对雨水导流；

（5）所述装置简单、稳定、经久耐用、成本低、施工简单。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的主体结构示意图。

图3是本发明一个实施例的柔性吸能机构结构示意图。

图4是图1的A处放大示意图。

图5是本发明一个实施例的压板伸入滴水槽的一端结构和连接示意图。

图6是图1的B处放大示意图。

图中标号说明：11、顶板，12、临空侧墙，13、挡土侧墙，14、锚杆，15、卸荷平台，2、吸能柔性机构，21、弹簧，22、驳接爪，231、槽钢垫块，232、方钢垫块，24、限位器，26、底座，27、防腐塑料筒，28、预埋螺栓，3、压板，31、螺栓孔，32、连接通道，41、基座，42、滴水槽，43、限位螺栓，44、钢筋网片，51、集水沟，52、盖板，53、垫层，6、护坡堆料，7、边坡，8、路面。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

一种柔性吸能型被动防落石装置，如图1~6所示，包括主体结构、柔性机构2、压板3、压顶、集水部、护坡堆料6。

主体结构如图2所示，包括顶板11、临空侧墙12、挡土侧墙13、锚杆14和卸荷平台15。

临空侧墙12和挡土侧墙13平行间隔布置在路面8上，换句话说，临空侧墙12和挡土侧墙13沿着道路宽度方向相对布置在路面8上的左右两侧，挡土侧墙13位于靠近所述边坡7的一侧，较佳的，挡土侧墙13的背面（远离临空侧墙12的一面）接触边坡7。车辆可从临空侧墙12和挡土侧墙13之间的路面经过。临空侧墙12和挡土侧墙13的高度方向垂直于路面8。

锚杆14设有至少一根，锚杆14的一端连接挡土侧墙13、另一端插入挡土侧墙13背面的边坡7内。锚杆14提高了边坡7岩层的稳定性，为挡土侧墙13提供了拉力，增加了挡土侧墙13的稳定性。

顶板11的两端分别连接在临空侧墙12和挡土侧墙13的上端，换句话说，顶板11支撑在临空侧墙12和挡土侧墙13上。顶板11平行于水平面布置。顶板11承受上部落石的荷载、为路面8的行车提供保护。

卸荷平台15和顶板11一体连接，卸荷平台15连接在顶板11的靠近挡土侧墙13的一端，卸荷平台15和顶板11位于同一平面内，卸荷平台15朝着远离临空侧墙12的方向超出挡土侧墙13，卸荷平台15的底面接触所述边坡7。卸荷平台15主要是减小挡土侧墙13的主动土压力。如图2所示中，虚线左边为顶板11、虚线右边为卸荷平台15。

挡土侧墙13形成边坡7的支挡结构、提高了边坡7的稳定性，临空侧墙12承受上部顶板11传来的荷载，临空侧墙12、挡土侧墙13和顶板11形成空间受力结构。

本实施例中，临空侧墙12和挡土侧墙13为钢筋混凝土墙。

柔性吸能机构2设有多组，多组柔性吸能机构2间隔布置在顶板11上，多个柔性吸能机构2用于支撑压板3。从顶板11的靠近边坡7的一端到远离边坡7的一端，多个柔性吸能机构2的高度逐渐降低，以支撑压板3（见下文描述）时压板3呈倾斜状态。

柔性吸能机构2如图3所示，包括弹簧21、驳接爪22、垫块、限位器24、底座26、防腐塑料筒27、预埋螺栓28。

底座26通过预埋螺栓28固定连接在顶板11上。防腐塑料筒27为仅上端开口或两端开口的筒状结构，防腐塑料筒27的下端连接在底座26上。弹簧21和限位器24位于防腐塑料筒27内，垫块位于防腐塑料筒27外。弹簧21的下端固定连接在底座26上、上端连接垫块的底部。限位器24的上端连接垫块的底部、下端向下悬伸，限位器24的下端不接触底座26。限位器24位于弹簧21内，即弹簧21包绕着限位器24。限位器24防止弹簧21侧向位移失稳，即防止弹簧21在其径向失去稳定性。弹簧21耗散落石撞击能量、保护主体结构。防腐塑料筒27主要防止护坡堆料6（见下文介绍）对弹簧21位移的影响，防止弹簧21生锈。

从顶板11的靠近边坡7的一端到远离边坡7的一端，防腐塑料筒27的高度逐渐降低，以使压板3呈倾斜状态，设压板3的从较高的一端指向较低的一端的方向为倾斜方向。显然，所述倾斜方向即为落石的滚落方向，当落石落在压板3上后会沿着所述倾斜方向滚落。

本实施例中，弹簧21为强力弹簧。

由上，弹簧21下端通过底座26实现固定连接在顶板11上。

垫块包括槽钢垫块231和方钢垫块232，槽钢垫块231和方钢垫块232通过焊接固定连接在一起。槽钢垫块231位于方钢垫块232的上方，方钢垫块232的底部连接弹簧21的上端，槽钢垫块231的顶面为斜面。

驳接爪22安装在槽钢垫块231的顶面上。驳接爪22的上端连接压板3、下端连接槽钢垫块231的顶面，驳接爪22和槽钢垫块231通过螺栓连接。

压板3为柔性的，压板3为板状结构，压板3的横截面为波浪形，所述横截面垂直于落石的滚落方向，即压板3的倾斜方向。换句话说，压板3通过折叠、挤压等方式形成多个长条形的凸起区域和多个长条形的内凹区域，所述凸起区域的长度方向和内凹区域的长度方向平行，所述凸起区域和内凹区域交替布置，形成波浪状形态。所述凸起区域的长度方向和内凹区域的长度方向顺应和平行于落石的滚落方向。

本实施例中，压板3为橡胶材质。压板3位于多个柔性吸能机构2的上方，压板3通过多个驳接爪22分别连接多个槽钢垫块231。由于槽钢垫块231顶面的倾斜设置和各个柔性吸能机构2的高度变化，使压板3呈倾斜状态，且压板3较高的一端衔接所述边坡7。压板3直接承接落石，把荷载传给下部结构。

压顶如图1和图4所示，包括基座41、滴水槽42、限位螺栓43、钢筋网片44。

基座41用于压板3收头、防水。基座41为混凝土材质，基座41设置在压板3的较高的一端衔接的边坡7上。具体的，基座41和边坡7之间设有钢筋网片44，基座41支撑在所述边坡7上，基座41的靠近压板3的一侧设有内凹的滴水槽42，压板3较高的一端伸入滴水槽42内。压板3的靠近滴水槽42的一端先进行折叠，再伸入滴水槽42后向上延伸，最后通过限位螺栓43连接在滴水槽42内，如此压板3伸入滴水槽42内的一端形成内凹面，便于雨水的导流，即滴水槽42可实现防水功能。钢筋网片44可以加强混凝土基座41与边坡7岩体的粘结。

压板3的一端和限位螺栓43不是固定连接，而是活动连接的，如图5所述，压板3的一端设有至少一排螺栓孔31，每排螺栓孔31的排列方向和压板3上所述凸起区域或内凹区域的长度方向平行。每排的多个螺栓孔31间隔布置，且多个螺栓孔31通过连接通道32依次连通。限位螺栓43穿过螺栓孔31后固定在基座41上，较佳的，每排螺栓孔31有至少一个未安装有限位螺栓43。由上，压板3通过限位螺栓43连接在滴水槽42内，防止压板3的一端从滴水槽42内被拔出。限位螺栓43将压板3限定在滴水槽42内同时使压板3有一定的自由度，可以使压板3的伸入滴水槽42的一端沿着螺栓孔31的排列方向移动。

当设有两排或两排以上的螺栓孔31时，各排螺栓孔31平行间隔布置。

压板3的较低的一端伸入集水部内。集水部如图1和图6所示，集水部位于顶板11的远离卸荷平台15的一端，即位于靠近临空侧墙12的一端。集水部上设有为凹槽的集水沟51，压板3的较低的一端伸入集水沟51中。集水沟51的顶部通过格栅式的盖板52盖住，防止落石进入集水沟51内。压板3与集水沟51衔接接头处用砂浆抹圆角形成垫层53，防止压板3弯翘和被尖锐的转角刺伤。压板3的较低的一端自由地位于集水沟51内，没有被螺栓等固定部件固定在集水沟51内。集水沟51的底面为有一定倾斜度的斜面，便于雨水的导出。

压板3伸入集水沟51内一方面可以将雨水导入集水沟51内排出，又可以为落石撞击压板3提供自由伸长量。

较佳的，压板3的伸入滴水槽42的一端和基座41之间布置有油毡，压板3的伸入集水沟51的一端和集水部壁面之间也有油毡。

基于上述结构，当落石落在压板3上时，波浪形的凸起区域会发生变形、实现缓冲吸能，同时压板3被落石下压后会导致压板3在所述倾斜方向上发生移动。具体的，压板3在所述倾斜方向的两端会朝着中部移动。对于压板3的较低的一端，由于没有被固定在集水沟51内，能自由移动；对于压板3的较高的一端，会沿着限位螺栓43的排列方向移动，由于限位螺栓43不动，压板3移动过程中，各限位螺栓43会沿着连接通道32移动，重新卡入其它的螺栓孔31中。这过程中，限位螺栓43起到对压板3的限位作用同时不妨碍压板3的定向移动。

护坡堆料6如图1所述，为堆在顶板11上、位于压板3和顶板11之间的岩石碎块，护坡堆料6接触边坡7，护坡堆料6不完全覆盖顶板11，护坡堆料6的一侧面接触压板3和顶板11之间的边坡7、另一侧面呈自然堆砌的倾斜状态。护坡堆料6防止压板3和顶板11之间的边坡7岩体侧向位移、朝着顶板11的方向移动。护坡堆料6可以采用开挖路堑边坡时留下的岩石碎块，充分利用了现场材料。

基于上述结构，压板3和顶板11之间的边坡7通过护坡堆料6支撑，防止其塌陷和位移，顶板11下方的边坡7通过卸荷平台15和挡土侧墙13阻挡和支撑。压板3上方的边坡7岩体上有落石落下后会撞击到压板3上并沿着倾斜的压板3下滑、落入临空侧墙12的远离挡土侧墙13的一侧，可靠地保护了临空侧墙12和挡土侧墙13之间路面8上的车辆。

落在压板3上的落石的冲击能量会通过压板3本体和弹簧21进行吸收和耗散。对于压板3，首先，压板3的橡胶材质结合波浪形的设计在受到落石冲击时会变形、吸收一部分冲击能量；其次，压板3的两端可移动，在受到落石冲击时，压板3的两端可朝着中部移动，相当于延长了落石冲击力的作用时间，起到缓冲效果。对于弹簧21，落石落下后弹簧21被压缩，起到了缓冲效果，较好地保护了压板3和顶板11。另外，滴水槽42的布置和结合倾斜的压板3利于雨水的导流。

较佳的，在压板3的垂直于压板3倾斜方向的两端安装防护网，防止落石飞溅出去。

需要说明的是，方钢垫块232可以始终位于防腐塑料筒27的外部且弹簧21的自由长度（不受力时的长度）大于防腐塑料筒27的长度，如此弹簧21的上端伸出防腐塑料筒27的顶部一段，为弹簧21的压缩提供余量。垫块也可以设计为在运动过程中（受到压板3的作用力）能进入防腐塑料筒27内。具体尺寸和方式可根据应用场景灵活选择。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种柔性吸能型被动防落石装置，其特征在于，包括主体结构、压板（3）和多组柔性吸能机构（2），主体结构包括顶板（11）、临空侧墙（12）和挡土侧墙（13），临空侧墙（12）和挡土侧墙（13）沿着道路宽度方向相对布置在路面（8）上，顶板（11）的两端分别连接在临空侧墙（12）和挡土侧墙（13）的上端，柔性吸能机构（2）包括弹簧（21）、垫块、驳接爪（22）和限位器（24），弹簧（21）下端连接顶板（11）、上端连接垫块，驳接爪（22）的上端连接压板（3）、下端连接垫块，限位器（24）的上端连接垫块的底部、下端伸入弹簧（21）内且不接触顶板（11），压板（3）是柔性的，压板（3）位于多个柔性吸能机构（2）的上方，压板（3）连接多个垫块，压板（3）呈倾斜布置，压板（3）较高的一端衔接所述边坡（7）。

2.根据权利要求1所述的防落石装置，其特征在于：所述挡土侧墙（13）的远离临空侧墙（12）的一面接触边坡（7），主体结构还包括卸荷平台（15），卸荷平台（15）和顶板（11）一体连接，卸荷平台（15）超出挡土侧墙（13），卸荷平台（15）的底面接触所述边坡（7）。

3.根据权利要求1所述的防落石装置，其特征在于：所述主体结构还包括锚杆（14），锚杆（14）的一端连接挡土侧墙（13）、另一端插入边坡（7）内。

4.根据权利要求1所述的防落石装置，其特征在于：所述柔性吸能机构（2）还包括防腐塑料筒（27），限位器（24）和弹簧（21）都位于防腐塑料筒（27）内。

5.根据权利要求1所述的防落石装置，其特征在于：所述防落石装置还包括压顶，所述压顶包括混凝土材质的基座（41），基座（41）位于压板（3）的较高的一端，基座（41）支撑在所述边坡（7）上，基座（41）的靠近压板（3）的一端设有内凹的滴水槽（42），压板（3）一端伸入滴水槽（42）内。

6.根据权利要求5所述的防落石装置，其特征在于：所述压板（3）伸入滴水槽（42）内的一端通过限位螺栓（43）活动连接在滴水槽（42）内，压板（3）的伸入滴水槽（42）的一端设有至少一排螺栓孔（31），每排螺栓孔（31）沿着压板（3）的倾斜方向布置，每排的多个螺栓孔（31）通过连接通道（32）依次连通，限位螺栓（43）穿过螺栓孔（31）后固定在基座（41）上，压板（3）的伸入滴水槽（42）的一端能沿着螺栓孔（31）的排列方向移动，压板（3）移动时，各限位螺栓（43）沿着连接通道（32）移动并重新卡入其它的螺栓孔（31）中。

7.根据权利要求1所述的防落石装置，其特征在于：所述压板（3）的较低的一端深入集水部内。

8.根据权利要求1~7任一所述的防落石装置，其特征在于：压板（3）的横截面为波浪形。

9.根据权利要求1~7任一所述的防落石装置，其特征在于：所述防落石装置还包括护坡堆料（6），护坡堆料（6）为堆在压板（3）和顶板（11）之间的边坡（7）面上的岩石碎块。