CN117852124A - 一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质灾害防治技术领域，并具体公开了一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统及设计方法，本发明通过将既有锚固桩接长，减少了工程成本，提高了整个防护系统的可靠性和稳定性，同时通过目标坡面的泥石流参数获取合理的防护网的位置以及柔性格栅网的高度，有效提高了泥石流的防护效果，并基于上述多重防护措施，提升了对于泥石流的防护能力，能有效拦截泥石流，防止坡面滑坡。

Description

一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统及设计方法

技术领域

本发明涉及地质灾害防治技术领域，特别涉及一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统及设计方法。

背景技术

常见的坡面泥石流防治措施主要包括固定式和柔性式，固定式防护主要是在坡面上采用预制件或钢筋混凝土等坚固材料进行覆盖或建造防护结构，例如混凝土护面、重力拦挡坝、格栅坝等，固定式防护结构采用坚固的材料和建筑结构，具有良好的稳定性和耐久性，可以长期保持其防护功能，同时可以采用多种材料和结构形式来有效地抵抗泥石流冲击，从而保护下游区域免受泥石流侵害。相对于其他泥石流防治措施，固定式防护结构施工简便，维护成本较低，适用于中小型泥石流防护工程。然而，固定式防护结构也存在一些缺点，如造价较高、对环境影响较大等。柔性防护一般采用灌浆锚杆、网格锚索等柔性材料进行加固，其优点是防护效果好、造价低，但容易受到自然环境的影响，安全性和可靠性需要进一步提高。

发明内容

为了克服现有坡面泥石流防护系统稳定性不高，缺乏抗冲击能力，以及在实际应用中的局限性等问题，本发明提供了一种接长既有锚固桩的坡面泥石流防护系统及设计方法，其施工简便，防护效果显著，维护成本低，适用于已有锚固桩的坡面泥石流防护工程。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统设计方法，所述设计方法包括：

获取目标坡面的泥石流参数，所述泥石流参数包括冲击位置、冲击力、冲击拦石墙位置以及最高水位；

根据防护网的属性参数结合所述冲击位置，确定所述防护网的位置；

根据所述冲击拦石墙位置确定既有锚固桩的接长高度；

根据所述最高水位确定柔性格栅网的高度，完成设计。

根据一种具体的实施方式，上述设计方法中，所述防护网的属性参数包括：防护网张力、防护网高度、防护网与地面夹角、防护网单位长度重量。

根据一种具体的实施方式，上述设计方法中，所述防护网的位置根据如下公式进行计算：

其中，H₁为所述冲击位置，F为所述冲击力，T为所述防护网张力，h为所述防护网的位置，α为所述防护网与地面夹角，w为所述防护网单位长度重量。

根据一种具体的实施方式，上述设计方法中，所述既有锚固桩的接长高度通过如下公式进行计算：

Δh＝max(H₂-h₀,0.25h₀)，

其中，Δh为接长高度，H₂为泥所述冲击拦石墙位置，h₀为所述既有锚固桩的高度。

根据一种具体的实施方式，上述设计方法中，所述防护网的高度大于泥石流的平均高度，所述柔性格栅网的高度超过所述最高水位的1.5倍。

第二方面，本发明提供了一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统，所述系统包括：

接长桩，利用权利要求1至5任一项所述的设计方法获取接长高度，将既有锚固桩按原桩尺寸接长；

防护网，设置在既有堑顶外，并根据权利要求1至5任一项所述的设计方法获取的位置进行设置；

桩板式拦石墙，设置在所述接长桩之间；

柔性格栅网，设置在所述接长桩顶部。

根据一种具体的实施方式，上述防护系统中，所述防护网采用张口式帘式网，所述张口式帘式网包括钢支座、环形网、支撑柱、锚块、上拉钢丝锚绳和钢丝绳锚杆。

根据一种具体的实施方式，上述防护系统中，所述环形网为所述张口式帘式网的主体部分，由高强度钢丝编织而成；所述环形网固定在所述钢支座上，并沿山体方向延伸。

根据一种具体的实施方式，上述防护系统中，所述支撑柱为所述张口式帘式网的主要支撑结构，安装在所述环形网顶部，底部与所述锚块连接，所述锚块埋入地下。

根据一种具体的实施方式，上述防护系统中，所述柔性格栅网包括钢柱、格栅和连接件，所述钢柱为所述柔性格栅网的主要承载结构，设置在所述接长桩的顶部，与桩顶钢筋绑扎连接；所述格栅采用高强材料制成网状结构，所述钢柱及格栅通过所述连接件固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统及设计方法，通过将既有锚固桩接长，减少了工程成本，提高了整个防护系统的可靠性和稳定性，同时通过目标坡面的泥石流参数获取合理的防护网的位置以及柔性格栅网的高度，有效提高了泥石流的防护效果，并基于上述多重防护措施，提升了对于泥石流的防护能力，能有效拦截泥石流，防止坡面滑坡。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统设计方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种坡面泥石流防护系统的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种坡面泥石流防护系统的正视示意图；

图4为本发明实施例提供的一种坡面泥石流防护系统的俯视示意图；

图5为本发明实施例提供的一种坡面泥石流防护系统的侧视示意图；

图6为本发明实施例提供的锚固桩及其接长桩顶结构的示意图；

图7为本发明实施例提供的张口式帘式网的结构示意图；

图中标记：1-坡体、2-锚固桩、3-锚固桩接长段、4-桩板式拦石墙、5-柔性格栅网、6-缓冲材料、7-张口式帘式网、8-钢柱、9-格栅、10-钢支座、11-环形网、12-支撑柱、13-锚块、14-上拉钢丝锚绳、15-钢丝绳锚杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统设计方法的流程图，所述方法包括：

获取目标坡面的泥石流参数，所述泥石流参数包括冲击位置、冲击力、冲击拦石墙位置以及最高水位。

根据防护网的属性参数结合所述冲击位置，确定所述防护网的位置。

首先需要确定泥石流可能的冲击位置。一般来说，泥石流冲击的位置与山体的坡度和地形地貌等因素有关。可以参考历史数据和现场观测等方法来确定泥石流可能冲击的位置。其次根据泥石流可能冲击的位置和冲击力的大小，可以计算出所需要的张口式帘式防护网的设置位置。

其中，所述防护网的属性参数包括：防护网张力、防护网高度、防护网与地面夹角、防护网单位长度重量。

其中，所述防护网的位置根据如下公式进行计算：

其中，H₁为所述冲击位置，F为所述冲击力，T为所述防护网张力，h为所述防护网的位置，α为所述防护网与地面夹角，w为所述防护网单位长度重量。

进一步地是，防护网的拦挡率取决于网孔的大小和形状，以及支撑柱和锚杆的密度和数量。一般来说，防护网的拦挡率可以用以下公式计算：

式中：P为防护网的拦挡率，A为泥石流通过防护网的有效截面积，A₀为防护网截面的总面积，n是防护网中支撑柱和锚杆的数量。

其中，防护网的高度应该大于泥石流的平均高度，并且需要确保防护网能够承受泥石流的冲击力，支撑柱的数量应该足够密集，以保证防护网的稳定性和拦挡效果。

根据所述冲击拦石墙位置确定既有锚固桩的接长高度。

为了保证接长后的锚固桩能够有效地防止泥石流冲击，需要根据原有锚固桩的高度和泥石流可能的冲击高度来确定接长的高度。所述既有锚固桩的接长高度通过如下公式进行计算：

Δh＝max(H₂-h₀,0.25h₀)，

其中，Δh为接长高度，H₂为泥所述冲击拦石墙位置，h₀为所述既有锚固桩的高度。其中0.25h₀是为了保证接长后的锚固桩能够充分发挥防护作用而设置的最小接长高度。

根据所述最高水位确定柔性格栅网的高度，完成设计。

对于柔性格栅网高度的计算，需要考虑到其能够有效防护上部落石。一般来说，柔性格栅网的高度应该超过泥石流最高水位的1.5倍，以保证防护效果。

综上所述，本发明实施例通过将既有锚固桩接长，减少了工程成本，提高了整个防护系统的可靠性和稳定性，同时通过目标坡面的泥石流参数获取合理的防护网的位置以及柔性格栅网的高度，有效提高了泥石流的防护效果。

实施例2

下面结合具体的实施方式，对本发明作进一步的解释和说明。

请参考图2至图5，其示出了本发明实施例提供的坡面泥石流防护系统示意图，所述系统包括：

锚固桩2，为坡体1既有锚固桩，以一定间距布设；

锚固桩接长段3，在既有锚固桩顶按原桩尺寸接长，接长处钢筋与原桩钢筋绑扎固定连接，使得锚固桩在泥石流拦挡中发挥作用。

桩板式拦石墙4，设置于接长段3之间，一侧悬挂废旧轮胎6等材料，以缓冲落石冲击。

柔性格栅网5，设置于锚固桩接长段3顶部，可有效防止落石滚动。

防护网，本发明实施例中采用张口式帘式网7，设置于既有堑顶外，可减缓泥石流流速，同时也可阻挡部分落石。

上述既有锚固桩2、锚固桩接长段3、桩板式拦石墙4、柔性格栅网5、缓冲材料6、张口式帘式网7构成一种坡面泥石流防护系统。

请参考图6，其示出了本发明实施例提供的锚固桩及其接长桩顶结构的示意图，所述柔性格栅网5包括钢柱8、格栅9。

所述钢柱8设置于锚固桩接长段3桩顶，与顶部钢筋固定连接，是柔性格栅网5的主要承载结构。

所述格栅9由高强材料制成网状结构，钢柱8与格栅9通过螺钉、螺母、销子和卡扣等连接件连接。

请参考图7，其示出了本发明实施例提供的张口式帘式网的结构示意图，所述张口式帘式网7包括钢支座10、环形网11、支撑柱12、锚块13、上拉钢丝锚绳14和钢丝绳锚杆15所组成。

所述支撑柱12位于环形网11和上拉钢丝锚绳14之间，主要起支撑作用，支撑柱12底部与锚块13相连接，锚块13埋入地下。

所述环形网11由高强钢丝编织而成，环形网底部固定于钢支座10上，是张口式帘式网7的主体部分。

所述上拉钢丝绳14与钢丝绳锚杆15为环形网11提供锚拉力，钢丝绳锚杆15埋入山体。

下面给出一种接长既有锚固桩的坡面泥石流防护系统设计方法的具体实施，其中包括张口式帘式防护网设置位置、锚固桩接长高度以及柔性格栅网高度等参数的确定。

(1)张口式帘式防护网设置位置的计算

根据历史数据和现场观测，确定某泥石流可能冲击防护网的位置高度距堑顶为10m。设防护网的单位长度重量为200kg/m²，冲击力为200kN，防护网与地面夹角为45°，则有：

因此，张口式帘式防护网应设置在距堑顶8.6m位置高度处。

泥石流通过帘式网截面的总面积为3000mm²，泥石流通过帘式网的有效截面积为2000mm²，帘式网中支撑柱和锚杆数为3，帘式网的拦挡率为：

(2)锚固桩接长高度的计算

泥石流冲击拦石墙的可能位置高度距坡底20m，既有锚固桩的高度为15m。

Δh＝max(H₂-h₀,0.25h₀)＝max(5,3.75)＝5m，

故锚固桩在既有高度上接长5m。

(3)柔性格栅网高度的计算

根据历史数据和现场观测，泥石流最高水位取为2m，柔性格栅网的高度应该超过泥石流最高水位的1.5倍，即取为3m。

综上所述，本发明的一种接长既有锚固桩的坡面泥石流防护系统在原有支挡结构基础上，进一步增加防护措施，其形成的多重坡面防护系统可同时治理滑坡、泥石流等自然地质灾害，在降低工程成本的同时提高了结构整体的安全性与稳定性。

本坡面泥石流防护系统利用废旧轮胎等材料作为缓冲材料，充分利用资源，降低一定工程成本，在保证经济效益、实现环境保护的同时也可以达到比较良好的治理效果。

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)

1.一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

获取目标坡面的泥石流参数，所述泥石流参数包括冲击位置、冲击力、冲击拦石墙位置以及最高水位；

根据防护网的属性参数结合所述冲击位置，确定所述防护网的位置；

根据所述冲击拦石墙位置确定既有锚固桩的接长高度；

根据所述最高水位确定柔性格栅网的高度，完成设计。

2.根据权利要求1所述的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统设计方法，其特征在于，所述防护网的属性参数包括：防护网张力、防护网高度、防护网与地面夹角、防护网单位长度重量。

3.根据权利要求2所述的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统设计方法，其特征在于，所述防护网的位置根据如下公式进行计算：

其中，H₁为所述冲击位置，F为所述冲击力，T为所述防护网张力，h为所述防护网的位置，α为所述防护网与地面夹角，w为所述防护网单位长度重量。

4.根据权利要求1所述的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统设计方法，其特征在于，所述既有锚固桩的接长高度通过如下公式进行计算：

Δh＝max(H₂-h₀,0.25h₀)，

其中，Δh为接长高度，H₂为泥所述冲击拦石墙位置，h₀为所述既有锚固桩的高度。

5.根据权利要求1所述的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统设计方法，其特征在于，所述防护网的高度大于泥石流的平均高度，所述柔性格栅网的高度超过所述最高水位的1.5倍。

6.一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统，其特征在于，所述系统包括：

接长桩，利用权利要求1至5任一项所述的设计方法获取接长高度，将既有锚固桩按原桩尺寸接长；

防护网，设置在既有堑顶外，并根据权利要求1至5任一项所述的设计方法获取的位置进行设置；

桩板式拦石墙，设置在所述接长桩之间；

柔性格栅网，设置在所述接长桩顶部。

7.根据权利要求6所述的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统，其特征在于，所述防护网采用张口式帘式网，所述张口式帘式网包括钢支座、环形网、支撑柱、锚块、上拉钢丝锚绳和钢丝绳锚杆。

8.根据权利要求7所述的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统，其特征在于，所述环形网为所述张口式帘式网的主体部分，由高强度钢丝编织而成；所述环形网固定在所述钢支座上，并沿山体方向延伸。

9.根据权利要求7所述的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统，其特征在于，所述支撑柱为所述张口式帘式网的主要支撑结构，安装在所述环形网顶部，底部与所述锚块连接，所述锚块埋入地下。

10.根据权利要求6所述的一种基于锚固桩的坡面泥石流防护系统，其特征在于，所述柔性格栅网包括钢柱、格栅和连接件，所述钢柱为所述柔性格栅网的主要承载结构，设置在所述接长桩的顶部，与桩顶钢筋绑扎连接；所述格栅采用高强材料制成网状结构，所述钢柱及格栅通过所述连接件固定。