CN214168807U - 一种滚石耗能坡体防护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种滚石耗能坡体防护系统，所述防护系统包括阻隔带和防护网；所述阻隔带至少设置两排，每排阻隔带沿横向延伸，阻隔带固定在坡体上并向上方凸出，用于改变滚石下落的方向；所述防护网设置于阻隔带的上方，阻隔带的顶端与防护网之间具有间隙；防护网靠近坡顶的一侧呈张口式设置，用于使滚石进入防护网的下方；滚石由阻隔带阻挡向上运动时由防护网阻挡。本实用新型的方案将防护网与阻隔带相互结合使用，滚石下落时进入防护网的下方，与阻隔带接触后改变运动的方向，使滚石朝向上方运动，向上运动时与防护网接触阻挡，通过防护网的变形吸收滚石下落的动能，通过多次缓冲最终使滚石停止运动，能够更好地防护滚石下落，并且设备不易损坏。

Description

一种滚石耗能坡体防护系统

技术领域

本实用新型涉及涉及地质灾害防治领域，具体涉及一种滚石耗能坡体防护系统。

背景技术

滚石是指地质体上的危岩体在重力、机械外力、地震等各种外力作用下脱离地质体，以滚动、弹跳、滑动等运动方式沿坡面向下运动的一种地质灾害。由于其具有频发性、突发性、能级高、运动距离远、冲击力强、破坏性大等特点，往往给其影响范围内的公路、铁路等基础设施带来巨大的破坏，对人民的正常生活产生巨大的威胁。

目前，对于滚石灾害的防治主要有主动防护、被动防护和混凝土加固技术三种措施，但是由于发生滚石灾害的地方常常地质条件复杂，交通不便，材料难以到达，所以只有很少一部分可以采用原位混凝土加固来预防滚石灾害。而更多的是采用被动防护的方法来预防滚石造成危害，工程上主要采用的被动防护结构有刚性拦挡墙、宾格石笼挡墙、被动防护网等措施。但是刚性拦挡墙因其本身是刚性，且自身圬工截面较大，当滚石撞击时耗能效果较差，被损坏不易修复，在建造过程中浪费材料、不经济等问题显著。对于普通的宾格石笼挡墙虽然可以起到拦石的作用，但结构自身抗滑和抗倾覆稳定性不足；结构虽然具备一定的柔性，但在遇到高能量级别滚石冲击时耗能效果还不够理想，甚至会被滚石摧毁。而被动防护措施中所用网的质量目前国家尚无统一标准，且滚石的能量由几焦至几千焦不等，难以预测，所以常常冲破防护网继续滚动或砸毁网柱，增加了后期运营维修成本和难度。

对于本领域的技术人员来说，如何更有效地防护滚石，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种滚石耗能坡体防护系统，能够更有效地防护滚石，减小滚石对设备造成的损坏。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述防护系统包括阻隔带和防护网；

所述阻隔带至少设置两排，每排阻隔带沿横向延伸，阻隔带固定在坡体上并向上方凸出，用于改变滚石下落的方向；

所述防护网设置于阻隔带的上方，阻隔带的顶端与防护网之间具有间隙；防护网靠近坡顶的一侧呈张口式设置，用于使滚石进入防护网的下方；滚石由阻隔带阻挡向上运动时由防护网阻挡。

所述阻隔带包括背面层和迎面层；

所述背面层包括下部插入地面以下的钢管柱和包裹在钢管柱上部的混凝土外壳；

所述迎面层具有弹性，固定在混凝土外壳朝向坡顶的一侧。

所述迎面层朝向坡顶的一侧表面为弧形面，弧形面从上到下依次包括直立段和弧形段。

所述迎面层由多块宾格石笼拼接固定形成，宾格石笼内填充缓冲材料，上下相邻的两层宾格石笼的接缝相互交错。

所述钢管柱的内部插装加强钢筋，加强钢筋与钢管柱之间填充混凝土。

所述阻隔带的高度比所述防护网距离坡面的高度低1-1.5m。

所述防护网包括支撑柱、斜拉支撑绳、上部支撑绳和金属网；

所述斜拉支撑绳用于绑定支撑柱与地面锚点；

所述上部支撑绳用于绑定相邻支撑柱之间的顶部；

所述金属网绑定于上部支撑绳。

所述金属网在坡底通过锚绳与卸扣固定在地面的锚杆上。

所述金属网表面设置防锈蚀的镀层。

所述金属网为双绞六边形网、单绞网、双绞六边形网和环形网组合形式、单绞网和环形网组合形式、双绞六边形网和菱形网组合形式或单绞网、或菱形网组合形式。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型涉及的防护系统，包括阻隔带和防护网，阻隔带至少设置两排，每排阻隔带沿横向延伸，阻隔带固定在坡体上并向上方凸出，当滚石落下的过程中受到阻隔带的阻挡，减小滚石下落的能量；防护网位于阻隔带的上方，阻隔带的顶端与防护网之间具有间隙，并且防护网靠近坡顶的一侧呈张口式设置，滚石下落时进入防护网的下方，与阻隔带接触后改变运动的方向，使滚石朝向上方运动，向上运动时与防护网接触阻挡，通过防护网的变形吸收滚石下落的动能；如此反复最终使滚石停止运动；本实用新型的方案将防护网与阻隔带相互结合使用，通过多次缓冲降低滚石的动能，能够更好地防护滚石下落，并且设备不易损坏。

附图说明

图1为本实用新型一种具体实施例的侧视图；

图2为阻隔带的剖面结构示意图；

图3为迎面层的正面局部视图；

图4为钢管柱和加强钢筋相互装配的剖面图；

图5为防护网的局部结构示意图。

图中标识为：

A-滚石、B-接缝；

阻隔带1、背面层11、钢管柱111、混凝土外壳112、加强钢筋 113、迎面层12；

防护网2、支撑柱21、斜拉支撑绳22、上部支撑绳23、金属网 24。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型的核心在于提供一种滚石耗能坡体防护系统，能够更有效地防护滚石，减小滚石对设备造成的损坏。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本实用新型的滚石耗能防护系统进行详细的介绍说明。显而易见地，以下描述以及附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些描述和附图获得其他的实施例。

如图1所示，为本实用新型提供的滚石耗能坡体防护系统一种具体实施例的侧视图，图中A为滚石，图1表示滚石下落的不同位置；本实用新型的防护系统包括阻隔带1和防护网2，阻隔带1至少设置两排，图1中所示设有三排阻隔带1，每排阻隔带1沿横向延伸，由于图1为横向视图，因此每排阻隔带1仅显示为一根立柱，阻隔带1 根据坡体自身的形状配合设置，并不仅限于高度完全一致，每排阻隔带1大致位于同一高度即可；阻隔带1固定在坡体上并向上方凸出，图1所示的阻隔带1为一种优选的方案，其延伸方向大致垂直于地面，而实际设置并不仅限于此，阻隔带1的最大角度可与坡面相互垂直；阻隔带1用于改变滚石下落和方向，当下落的滚石与阻隔带1接触时受到阻挡，滚石向上弹起，不会直接沿坡面向下滚动。

防护网2设置于阻隔带1的上方，并且阻隔带1的顶端与防护网 2之间具有间隙，当滚石撞击阻隔带1时反方向向上弹起，与防护网 2接触。防护网2靠近坡顶的一侧呈张口式设置，坡顶一侧也即滚石最先到达的位置，防护网2呈张口式设置也即不与坡面直接接触，而是与坡面之间具有一定的间距离，从而使滚石进入防护网2的下方。张口式安装，防护网的上半部分为拦截区，下部为引导区。

下落的滚石与阻隔带1均位置防护网2的下方，当滚石由阻隔带 1阻挡反方向向上运动时由防护网2阻挡，滚石运动的冲击力使防护网2发生变形，吸收滚石下落产生的动能，滚石继续下落时的动能降低；由于本实用新型设置多排阻隔带1，在滚石下落的过程中经过多次阻隔带1和防护网2的阻挡，最终使滚石的动能被完全吸收。本实用新型的提供的滚石耗能防护系统将防护网与阻隔带相互结合使用，通过多次缓冲降低滚石的动能，能够更好地防护滚石下落，并且设备不易损坏。

在上述方案的基础上，本实用新型的阻隔带1包括背面层11和迎面层12，如图2所示，为阻隔带1的剖面结构示意图；背面层11 包括下部插入地面以下的钢管柱111和包裹在钢管柱111上部的混凝土外壳112，钢管柱111插入地面以下的长度至少应与外露出地面的长度相同，使其具有更强的抗倾覆效果。混凝土外壳112浇筑包裹钢管柱111外露于地面的部分，形成刚性的支撑基体。若钢管柱111埋置深度小于外露结构的高度，则钢管柱111可能由于被拔出而无法提供足够的抗力，导致结构发生倾覆或滑动破坏。

迎面层12具有弹性，固定在混凝土外壳112朝向坡顶的一侧，迎面层12由背面层11支撑，下落的滚石最先接触迎面层12，由于迎面层12具有弹性，在一定程度上吸收滚石运动时的动能，缓冲吸能效果更好，并且避免滚石与阻隔带1发生刚性接触，防止发生损坏。

更进一步，如图2所示，本实用新型中迎面层12朝向坡顶的一侧表面为弧形面，弧形面从上到下依次包括直立段、弧形段，上方的直立段为竖直平面结构，下方的弧形段为圆弧，通过设置弧面结构，当滚石接触具有弹性的弧面时，能够更好地被引导向上移动，减小冲击，更容易打到防护网上。混凝土外壳112的迎面一侧的外形优选地与迎面层12的形状保持相同。

具体地，本实用新型中的迎面层12由多块宾格石笼拼接固定形成，宾格石笼预先在工厂中加工成型，宾格石笼为网状的空间结构，宾格石笼内填充缓冲材料，对内部的缓冲材料提供限位，缓冲材料可选用于EPS，由聚苯乙烯颗粒制作而成。宾格石笼的外形根据具体的需要加工，多块宾格石笼相互拼接后外表可形成上述弧面结构。

制作宾格石笼的网材采用高镀锌低碳钢丝，丝径为

镀锌量不少于245g/m，边丝丝径为

镀锌量不少于265g/m，由专用的机械纺织成热镀锌低碳钢丝宾格网片组装而成，以确保其稳固性和抗拉性。

具体地，相邻的两块宾格石笼可采用绑定的方式固定，每层由多块宾格石笼首尾对接形成，两块宾格石笼之间具有具有接缝，为了保证结构强度，上下相邻的两层宾格石笼的接缝相互交错，如图3所示，为迎面层12的正面局部视图，其中展示了两层宾格石笼，每个方块表示一个宾格石笼，上下相邻的两层宾格石笼的接缝B相互错开，以免形成竖向连通的缝隙，防止通缝处处应力集中，降低断裂的风险。

如图4所示，为钢管柱111和加强钢筋113相互装配的剖面图，钢管柱111的内部插装加强钢筋113，钢管柱111和加强钢筋113的长度延伸方向相同，加强钢筋113的外径小于钢管柱111的内径，加强钢筋113与钢管柱111之间填充混凝土，提高钢管柱111的结构强度。因为各地坡形不同，有的地方较陡，有的地方较缓，当在较陡的坡形上设置加强钢筋113。

坡面上开设的用于安装钢管柱111的桩孔采用钻机成孔，孔的直径要比钢管柱111大10cm，以便钢管柱111进入孔中，并可在钢管柱111的周围注入5cm的砂浆固定桩身，同时起保护层的作用，防止钢管桩被腐蚀和锈蚀。

优选地，本实用新型中阻隔带1的高度比防护网2距离坡面高度低1-1.5m，也即阻隔带1的顶端距离防护网2具有1-1.5m的距离；防护网2的方向大致与坡面相平行，或者越靠近坡底的位置与坡面之间的距离越小；防护网2靠近坡底的一侧为覆盖式的收口结构，防止滚石从防护网2中移出。

如图3所示，为防护网2的局部结构示意图；本实用新型的防护网2包括支撑柱21、斜拉支撑绳22、上部支撑绳23、金属网24等结构，支撑柱21大致呈竖直设置，底部固定在坡面上，与阻隔带1 内钢管柱111基本平行；斜拉支撑绳22用于绑定支撑柱21与地面锚点，斜拉支撑绳22的一端固定于支撑柱21的顶端，另一端固定在坡面上的锚杆上，一根支撑柱21周向不同方向分别张紧设置多条斜拉支撑绳22，提高其稳定性。

上部支撑绳23绑定于相邻的支撑柱21顶部，金属网24直接与上部支撑绳23固定连接，对金属网23起到支撑的作用。各片金属网间以及金属网与上部支撑绳23等钢丝绳间通过卸扣进行连接，方便安装。所述金属网24在坡底通过锚绳与卸扣固定在地面的锚杆上。金属网24表面设置防锈蚀的镀层。金属网24为双绞六边形网、单绞网、双绞六边形网和环形网组合形式、单绞网和环形网组合形式、双绞六边形网和菱形网组合形式或单绞网、或菱形网组合形式。

以下结合具体计算过程对缓冲效果进行说明：

当滚石由坡面脱落滚动时，设撞击前的速度为v₁，撞击后的速度为v₂，滚石质量为m，由功能原理可得：

式中：E_损为滚石撞击阻隔结构时消耗的能量；F_impact为冲击能量； S是缓冲结构变形位移。

由上式可以看出，当冲击力F_impact越大，则E_损就越大，即被阻隔结构吸收的能量就越多。最大的冲击力可达:

阻隔结构最大的变形量可达：

式中：E为阻隔结构的弹性模量，R为滚石的半径，θ是滚石的冲击速度与水平方向的夹角。

当阻隔结构消耗部分能量，剩余能量当滚石弹起触碰到网时，和防护网的摩擦再被消耗，则网消耗的能量为：

由于滚石触碰到上部的帘式网时，速度变为0，故由动能定理可

知，滚石将动能全部转化为势能，即：

由于E_损＞0，故E_剩＝E_总，因此，设置有阻隔结构的帘式网耗能系统

网所遭受的冲击远小于滚石的直接冲击。

2.对于弧形圆心角β的确定如下，设弧形的半径为R.

β＝α+90°

d₁是弧形结构的底部厚度，d₂是弧形结构的顶部厚度。

当滚石第一次与阻隔结构相撞之后弹起触碰到帘式网时，此时滚石的速度降为零，之后滚石将做初速度为零的自由落体运动，因此将滚石的运动轨迹和坡面简化为一个直角三角形方便计算，因此，相邻拦挡结构之间的距离为l：

本实用新型提供的滚石耗能防护系统将阻隔结构和柔性防护网相结合，提供双重防护效果，与传统的单独使用拦挡墙或单独使用防护网相比，安全性能更高，整个结构运行周期更长。

在该结构中，将阻隔结构的迎面层设置为弧形，同时使用弹性缓冲材料，与传统的直立钢筋混凝土拦石墙相比具有更好的拦挡效果，缓冲材料的弹性与韧性，能够有效提高结构体抗冲击能力，降低被冲击损伤的概率。

在该结构的迎面层，采用宾格石笼网中填充EPS材料，EPS材料可提前在工厂预制加工成所需要的形状和尺寸。然后运到现场直接安装，可显著提高施工速度，缩短工期。

因为该结构由石笼网堆砌而成，当遭受滚石冲击损坏时，可只需更换、维修局部，大大降低维修时间和成本。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述防护系统包括阻隔带（1）和防护网（2）；

所述阻隔带（1）至少设置两排，每排阻隔带（1）沿横向延伸，阻隔带（1）固定在坡体上并向上方凸出，用于改变滚石下落的方向；

所述防护网（2）设置于阻隔带（1）的上方，阻隔带（1）的顶端与防护网（2）之间具有间隙；防护网（2）靠近坡顶的一侧呈张口式设置，用于使滚石进入防护网（2）的下方；滚石由阻隔带（1）阻挡向上运动时由防护网（2）阻挡。

2.根据权利要求1所述的一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述阻隔带（1）包括背面层（11）和迎面层（12）；

所述背面层（11）包括下部插入地面以下的钢管柱（111）和包裹在钢管柱（111）上部的混凝土外壳（112）；

所述迎面层（12）具有弹性，固定在混凝土外壳（112）朝向坡顶的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述迎面层（12）朝向坡顶的一侧表面为弧形面，弧形面从上到下依次包括直立段和弧形段。

4.根据权利要求3所述的一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述迎面层（12）由多块宾格石笼拼接固定形成，宾格石笼内填充缓冲材料，上下相邻的两层宾格石笼的接缝相互交错。

5.根据权利要求2所述的一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述钢管柱（111）的内部插装加强钢筋（113），加强钢筋（113）与钢管柱（111）之间填充混凝土。

6.根据权利要求2所述的一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述阻隔带（1）的高度比所述防护网（2）距离坡面的高度低1-1.5m。

7.根据权利要求2所述的一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述防护网（2）包括支撑柱（21）、斜拉支撑绳（22）、上部支撑绳（23）和金属网（24）；

所述斜拉支撑绳（22）用于绑定支撑柱（21）与地面锚点；

所述上部支撑绳（23）用于绑定相邻支撑柱（21）之间的顶部；

所述金属网（24）绑定于上部支撑绳（23）。

8.根据权利要求7所述的一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述金属网（24）在坡底通过锚绳与卸扣固定在地面的锚杆上。

9.根据权利要求7所述的一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述金属网（24）表面设置防锈蚀的镀层。

10.根据权利要求7所述的一种滚石耗能坡体防护系统，其特征在于：

所述金属网（24）为双绞六边形网、单绞网、双绞六边形网和环形网组合形式、单绞网和环形网组合形式、双绞六边形网和菱形网组合形式或单绞网、或菱形网组合形式。

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