棚硐硐頂防崩塌落石裝配式橡膠消能板防護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法

本發(fā)明涉及到一種公路明洞或棚硐頂部防落石技術(shù)，尤其涉及到一種山區(qū)公路明洞或棚硐硐頂輕型消能防護(hù)結(jié)構(gòu)，屬于公路工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在公路、鐵路建設(shè)中，線路會不可避免地會穿越崩塌落石災(zāi)害嚴(yán)重地段，為減小崩塌落石對線路造成的危害，需對落石災(zāi)害進(jìn)行工程防治。目前，防治線路陡坡落石的方法有很多，其中棚硐便是最普遍、最有效的方法之一。為減小落石對棚硐頂部造成的危害，傳統(tǒng)方法多在棚硐頂部回填一定厚度的素填土，以起到一定的緩沖作用，如我國公路鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建議回填素填土墊層不應(yīng)小于1.5米，這對棚硐底部支撐承載能力要求較高，工程成本增加，應(yīng)用效果欠佳。此外，由于回填土層會隨時間固結(jié)，當(dāng)土層固結(jié)到一定程度時，其對落石的緩沖作用會降低，緩沖能力會減小。出于減輕棚硐頂部荷載及抵抗落石的目的，也有一些棚硐在頂部回填時加入聚苯乙烯土工泡沫板或土工格柵等材料，但其實(shí)施成本及施工難度較大，且抗沖擊能力效果有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種裝配式的棚硐硐頂輕型消能板防護(hù)結(jié)構(gòu)，以大幅度降低棚硐頂部荷載，并且能有效保持棚硐頂部抗落石的緩沖能力，解決現(xiàn)有棚硐硐頂回填緩沖墊層重量大、抗沖擊能力不佳等技術(shù)問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下：

棚硐硐頂防崩塌落石裝配式橡膠消能板防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于該輕型消能板結(jié)構(gòu)由消能塊組成，消能塊之間連接形成消能板，將消能板固定于棚硐頂部，消能板與硐頂之間設(shè)有防水層，消能塊由橡膠材料制作。

本發(fā)明在棚硐頂部設(shè)置一層由橡膠塊組裝形成的輕型消能板，充分利用了橡膠材料的可塑性、易組裝性，極大的減小了施工難度及施工成本；此外，橡膠材料在沖擊荷載作用下具有較好的緩沖、變形、消能特性，增加了落石對洞頂?shù)臎_擊歷時，從而有效的減小落石的沖擊力，保證了棚硐在落石沖擊作用下的安全，減小了上覆墊層的厚度，降低洞頂墊層的自重，從而帶來了良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及減災(zāi)效益。

作為優(yōu)選，消能塊極限抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于90MPa，扯斷拉強(qiáng)度不應(yīng)小于150kPa，伸長率100～800％，壓縮永久變形及回彈性應(yīng)良好以上。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是消能塊的形狀及其組裝成消能板的方式如下：

消能塊為立方體形狀，其中在立方體縱向的四個棱邊上制作四個連接圓環(huán)，且四個連接圓環(huán)處于不同的高度上，以便于消能塊之間的連接。利用插銷連接消能塊組成消能板，插銷包括長連接插銷與短連接插銷，長連接插銷用于在消能板內(nèi)部連接四個消能塊，短連接插銷用于連接消能板邊側(cè)兩個消能塊，長、短連接插銷結(jié)構(gòu)為圓柱體，其下端有一個銷軸，其上端有一個圓蓋。

消能板的安裝方法如下：將消能板固定于棚硐頂板之上，即用預(yù)埋于棚硐頂部四個角點(diǎn)上的預(yù)埋螺栓連接消能板四個角點(diǎn)上的連接圓環(huán)，將其固定于洞頂之上。為了增加消能板與洞頂?shù)倪B接牢固性，可將消能板四個角點(diǎn)上的消能塊的棱邊連接圓環(huán)做特殊加厚處理。

本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是在棚硐頂部用橡膠制作的輕型消能板替換回填土層，形成一種易于安裝的棚硐硐頂防護(hù)墊層，適用于落石災(zāi)害頻發(fā)的棚硐進(jìn)出口地段。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有的棚硐頂部防護(hù)結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)自重較輕，能有效減小棚硐頂部荷載，并且該消能板由消能塊組裝形成，施工方便，當(dāng)消能板局部受到損壞時，進(jìn)行更換操作簡單。此外，由于消能板材料為一種彈性介質(zhì)，在崩塌落石災(zāi)害下，該消能板可以通過彈塑性變形來吸收落石的沖擊能量，延長落石的沖擊歷時，有效增加墊層的緩沖能力。經(jīng)計算假設(shè)0.5m³的落石以20m/s的速度沖擊硐防護(hù)結(jié)構(gòu)時，與傳統(tǒng)土墊層相比，能將落石沖擊力減小2.8倍，并延長2倍沖擊歷時。此外，該消能塊材料為橡膠，可以工廠化生產(chǎn)、訂做，并于洞頂直接組裝鋪設(shè)；裝運(yùn)時無需使用大型機(jī)械設(shè)備，能有效縮短工期，節(jié)約施工成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明消能板結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖2為本發(fā)明消能塊正視圖。

圖3為本發(fā)明消能塊右視圖。

圖4為本發(fā)明消能塊俯視圖。

圖5四個消能塊連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為短連接插銷立體示意圖。

圖7為長連接插銷立體示意圖。

圖8為本發(fā)明消能板結(jié)構(gòu)Ⅱ—Ⅱ斷面示意圖，表示消能板內(nèi)部消能塊之間的連接方式。

圖9為圖8的A處放大圖。

圖10本發(fā)明消能板結(jié)構(gòu)Ⅰ—Ⅰ斷面示意圖，表示消能板邊側(cè)消能塊之間的連接方式。

圖11為圖10的B處放大圖。

圖中：1、棚硐立柱；2、棚硐縱梁；3、棚硐頂板；4、防水層；5、圓柱形橡膠塞；6、消能塊；61、消能塊第一連接圓環(huán)，62、消能塊第二連接圓環(huán)，63、消能塊第三連接圓環(huán)，64、消能塊第四連接圓環(huán)，7、預(yù)埋螺栓，8、短連接插銷，9、長連接插銷。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明裝配式輕型消能板防護(hù)結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的說明：

附圖1是由多個消能塊6組成的消能板結(jié)構(gòu)俯視圖，由圖1可知，消能板由多個消能塊6整齊縱橫排列組成，每個消能塊的立棱上有連接圓環(huán)，長、短連接插銷9、8將消能塊連接為一整體，通過預(yù)埋于洞頂板上的預(yù)埋螺栓7將整個消能板固定在其上部。為保護(hù)插銷，在插銷的安裝位置安置圓柱形橡膠塞5，將消能塊連接處封堵，由此構(gòu)成棚硐頂部輕型消能板防護(hù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有很好的整體性及緩沖能力，且易于安裝，施工便捷，能夠有效較小棚硐頂部荷載，可適用于大跨度的棚硐頂部防護(hù)。

附圖2、圖3、圖4從三個角度給出消能塊6的結(jié)構(gòu)，消能塊6為立方體，消能塊6縱向上的四個棱制出1/4圓槽型，在消能塊四個棱邊的四個1/4圓槽處設(shè)置第一連接圓環(huán)61、第二連接圓環(huán)62，第三連接圓環(huán)63和第四連接圓環(huán)64，連接圓環(huán)中部有一條形孔，消能塊上的四個連接圓環(huán)在消能塊的中部按不同高度設(shè)置，按連接圓環(huán)61、62、63、64的順序由高至低，設(shè)連接圓環(huán)的厚度為D，從連接圓環(huán)62開始每個連接圓環(huán)依次降低一個高度D，以便于消能塊之間相互連接，當(dāng)消能塊組裝在一起時，在縱向棱邊相交處連接圓環(huán)搭接在一起形成圓形插銷孔，圓形插銷孔的圓心位于棱邊上。

消能塊選擇密度為0.93～0.94g/cm³的橡膠材料制作，極限抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于90MPa，扯斷拉強(qiáng)度不應(yīng)小于150kPa，伸長率100～800％，壓縮永久變形應(yīng)良好以上，回彈性應(yīng)良好以上。當(dāng)落石體積為0.5m³，沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)的速度為20m/s時，消能塊厚度不應(yīng)小于50cm，當(dāng)棚硐位于落石災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)域，效能塊的厚度應(yīng)相應(yīng)增加；效能塊的寬度應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置，為滿足實(shí)際工程要求，優(yōu)選地采用兩種尺寸，即25cm與50cm。

附圖5是四個消能塊組成一塊消能板結(jié)構(gòu)示意圖，將四個消能塊6按圖5所示方法組裝，在消能板的內(nèi)部四個連接環(huán)圓環(huán)61、62、63、64上下重疊在一起，用長連接插銷9插入四個連接環(huán)內(nèi)，然后將插銷轉(zhuǎn)動180°即可將消能塊6連接成內(nèi)部；消能板的邊側(cè)兩個連接環(huán)上下重疊在一起，用短連接插銷8將消能板邊側(cè)連接。

附圖6、圖7是短、長連接插銷立體示意圖，由于本發(fā)明中消能塊6之間有兩種連接方式，即邊側(cè)連接方式與內(nèi)部連接方式，邊側(cè)連接時用短連接插銷8，內(nèi)部連接時使用長連接插銷9，其具體連接方式如圖4與圖5所示。為便于施工時消能塊6之間的組裝，在插銷頂部設(shè)置兩個定位小圓孔。插銷采用普通橡膠材料制作。

附圖8給出本發(fā)明消能板結(jié)構(gòu)Ⅱ—Ⅱ斷面示意圖及中部消能塊之間的連接方式，由圖可知，消能板內(nèi)部四塊消能塊的連接圓環(huán)相互搭接，用長連接插銷9固定。為確保連接圓環(huán)不易被壓壞，在圓環(huán)之間可增設(shè)橡膠墊片。

附圖9本發(fā)明消能板結(jié)構(gòu)Ⅰ—Ⅰ斷面示意圖及邊側(cè)消能塊之間的連接方式，Ⅰ—Ⅰ斷面位于消能板邊側(cè)，預(yù)埋螺栓7固定于硐頂板之上。兩塊消能塊之間通過圓環(huán)搭接，用短連接插銷8固定。

結(jié)合附圖1和附圖可以看出，附圖1左邊側(cè)的兩個連接圓環(huán)61與64間有一個寬度為2D的縫隙，安裝時在縫隙內(nèi)放入一個厚度為2D的環(huán)形橡膠墊片，再用長連接插銷9連接。