本發(fā)明涉及棚洞防護(hù)，尤其涉及一種抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)及施工方法。

背景技術(shù)：

1、滾石是山區(qū)常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害之一。在高山峽谷地區(qū)，由于地形地貌復(fù)雜、地質(zhì)條件不穩(wěn)定，山體巖石在風(fēng)化作用、地震活動(dòng)、降雨沖刷等因素作用下，容易發(fā)生松動(dòng)、崩塌形成滾石。這些滾石在重力作用下從高處滾落，沖擊力巨大，對(duì)山區(qū)交通線路和人員的安全及環(huán)境友好構(gòu)成嚴(yán)重威脅。滾石災(zāi)害的防治方法可以分為兩類，一是主動(dòng)防護(hù)，二是被動(dòng)防護(hù)；主動(dòng)防護(hù)主要包括錨桿錨固，清除危巖體，支撐等；被動(dòng)防護(hù)主要包括攔截法，如攔石網(wǎng)、攔石墻、明/棚洞等。通常，滾石主要發(fā)源于陡峭的高山峽谷，且滾石災(zāi)害的發(fā)生具有突發(fā)性和不可預(yù)見(jiàn)性，對(duì)其主動(dòng)防護(hù)非常困難；在實(shí)際工程中，多采用被動(dòng)防護(hù)措施對(duì)滾石災(zāi)害進(jìn)行防護(hù)，其中棚洞結(jié)構(gòu)是最為有效的防護(hù)方法之一。

2、棚洞能夠在滾石與被保護(hù)對(duì)象(如道路、建筑物)之間形成一道屏障，減輕滾石對(duì)其的直接沖擊，棚洞的存在可以為車(chē)輛和行人提供一個(gè)相對(duì)安全的空間，保障山區(qū)交通線路的正常運(yùn)行；傳統(tǒng)滾石棚洞在結(jié)構(gòu)頂部覆蓋一定厚度的砂礫石或砂土墊層，可以通過(guò)砂礫石或砂土顆粒之間的摩擦、擠壓變形來(lái)吸收和分散滾石沖擊能量，起到吸能緩沖作用，減輕危巖體滾石沖擊荷載對(duì)棚洞結(jié)構(gòu)本身的沖擊。然而，砂礫石或砂土墊層材料存在如下問(wèn)題：

3、(1)能量吸收有限。砂礫石或砂土墊層主要依靠砂礫石或砂土顆粒之間的摩擦和局部的微小位移來(lái)吸收滾石沖擊能量。然而，砂礫石或砂土顆粒間的摩擦力相對(duì)較小，在面對(duì)較大沖擊力的滾石時(shí)，其位移和變形相對(duì)有限，這種能量吸收方式效率較低。

4、(2)墊層自重大，成本高。砂礫石或砂土墊層為了達(dá)到一定的防護(hù)效果，往往需要較大的厚度(常大于1.5～2.5m)，這使得其自重較大，會(huì)增加防護(hù)結(jié)構(gòu)本身的負(fù)擔(dān)，并增加防護(hù)成本。

5、(3)防護(hù)持久性差。砂礫石或砂土在長(zhǎng)期受到滾石沖擊和自然環(huán)境因素的作用下，其性能會(huì)逐漸退化，抗沖擊能力減弱。隨著時(shí)間的推移，砂礫石(砂土)墊層需要頻繁地維護(hù)和修復(fù)，增加了維護(hù)成本和工作量。

6、(4)墊層穩(wěn)定性差。砂礫石或砂土顆粒之間缺乏有效的連接結(jié)構(gòu)，在滾石反復(fù)沖擊下容易發(fā)生顆粒的移位和重新排列，砂礫石或砂土內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易被破壞導(dǎo)致墊層的整體穩(wěn)定性下降，防護(hù)失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：如何改善現(xiàn)有棚洞防沖擊墊層緩沖吸能效果有限、重量大、成本高、墊層穩(wěn)定性差及防護(hù)持久性差等問(wèn)題。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

3、抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括棚洞頂板，上述棚洞頂板上端設(shè)置有復(fù)合防護(hù)層；上述復(fù)合防護(hù)層包括自下而上依次鋪設(shè)的下土層、epp材料層及上土層，且下土層和上土層厚度相同。

4、進(jìn)一步的，上述上土層和上述下土層均采用砂土顆粒。

5、進(jìn)一步的，上述上土層內(nèi)設(shè)置有土工格柵。

6、進(jìn)一步的，上述土工格柵的厚度尺寸小于上述上土層的厚度尺寸，且上述土工格柵的上端面和下端面分別不超出上述上土層的上端面和下端面。

7、進(jìn)一步的，上述epp材料層外側(cè)包裹設(shè)置有土工布。

8、進(jìn)一步的，上述epp材料層為長(zhǎng)方體形，上述土工布為與上述epp材料層外壁相適應(yīng)的長(zhǎng)方體殼狀結(jié)構(gòu)。

9、進(jìn)一步的，上述上土層厚度為10cm，被上述土工布包裹后的epp材料層厚度為50cm，下土層厚度為10cm。

10、本發(fā)明還提出了一種抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：

11、s1：在上述棚洞頂板上分層鋪設(shè)土層，并通過(guò)夯實(shí)設(shè)備逐層夯實(shí)，形成下土層；

12、s2：將加工好的多塊epp材料層放置在下層土上端，形成一個(gè)密實(shí)的整體層狀結(jié)構(gòu)，相鄰的epp材料層之間通過(guò)專用連接件固定。

13、s3：在epp材料層上端分層鋪設(shè)土層，并通過(guò)夯實(shí)設(shè)備逐層夯實(shí)，使得土層與epp材料層緊密結(jié)合，形成上土層；

14、s4：鋪設(shè)完成后進(jìn)行整體厚度測(cè)量及外觀平整度修補(bǔ)。

15、進(jìn)一步的，步驟s1和步驟s2之間還包括將根據(jù)預(yù)設(shè)尺寸剪裁好的土工布緊密包裹在相應(yīng)的epp材料層外側(cè)。

16、進(jìn)一步的，步驟s3中在epp材料層上端分層鋪設(shè)土層前，將土工格柵鋪設(shè)在epp材料層上端，再將土工格柵錨固于棚洞頂板后，再進(jìn)行土層鋪設(shè)。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、(1)通過(guò)復(fù)合防護(hù)層的設(shè)置，各層協(xié)同將滾石巨大能量逐步轉(zhuǎn)化與耗散，提升結(jié)構(gòu)的整體抗?jié)L石沖擊性能；其中，采用epp材料能夠在滾石沖擊時(shí)產(chǎn)生較大的彈性變形，將大量的沖擊能量轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)，然后再緩慢釋放，從而大大提高了墊層的能量吸收效率，進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)的抗?jié)L石沖擊性能，而且使用epp材料能夠大幅降低防護(hù)層整體厚度，降低重量和施工成本；epp材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐老化性能，不易與常見(jiàn)的酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，防護(hù)效果持久性較高。

19、(2)而且通過(guò)在上土層設(shè)置土工格柵，土工格柵的加筋作用可以有效解決傳統(tǒng)砂礫石或砂土墊層穩(wěn)定性差的問(wèn)題。土工格柵與土緊密結(jié)合，通過(guò)其網(wǎng)格結(jié)構(gòu)約束土顆粒的側(cè)向位移，增強(qiáng)砂土的穩(wěn)定性；土工格柵與土之間的摩擦耗能也是復(fù)合耗能機(jī)制重要的組成部分。當(dāng)滾石沖擊墊層時(shí)，土工格柵會(huì)受到拉伸和剪切力，其與土顆粒之間的摩擦力會(huì)隨著這種力的作用而做功，從而消耗能量，進(jìn)一步提升能量吸收效果；而且土工格柵具有較好的抗老化和抗腐蝕性能，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能夠保持其加筋作用，進(jìn)一步提升了防護(hù)持久性。

20、(3)土工布包裹epp材料層起到了隔離保護(hù)作用，可防止epp顆粒在沖擊過(guò)程中散落，保證epp材料層的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括棚洞頂板(1)，其特征在于：所述棚洞頂板(1)上端設(shè)置有復(fù)合防護(hù)層；所述復(fù)合防護(hù)層包括自下而上依次鋪設(shè)的下土層(6)、epp材料層(4)及上土層(2)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述上土層(2)和所述下土層(6)均采用砂土顆粒；且下土層(6)和上土層(2)厚度相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述上土層(2)內(nèi)設(shè)置有土工格柵(3)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述土工格柵(3)的厚度尺寸小于所述上土層(2)的厚度尺寸，且所述土工格柵(3)的上端面和下端面分別不超出所述上土層(2)的上端面和下端面。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述epp材料層(4)外側(cè)包裹設(shè)置有土工布(5)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述epp材料層(4)為長(zhǎng)方體形，所述土工部為與所述epp材料層(4)外壁相適應(yīng)的長(zhǎng)方體殼狀結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述上土層(2)厚度為10cm，被所述土工布(5)包裹后的epp材料層(4)厚度為50cm，下土層(6)厚度為10cm。

8.抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，步驟s1和步驟s2之間還包括將根據(jù)預(yù)設(shè)尺寸剪裁好的土工布(5)緊密包裹在相應(yīng)的epp材料層(4)外側(cè)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，步驟s3中在epp材料層(4)上端分層鋪設(shè)土層前，將土工格柵(3)鋪設(shè)在epp材料層(4)上端，再將土工格柵(3)錨固于棚洞頂板(1)后，再進(jìn)行土層鋪設(shè)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)的是棚洞防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的一種抗?jié)L石沖擊的棚洞復(fù)合耗能防護(hù)結(jié)構(gòu)及施工方法，包括棚洞頂板，上述棚洞頂板上端設(shè)置有復(fù)合防護(hù)層；上述復(fù)合防護(hù)層包括自下而上依次鋪設(shè)的下土層、EPP材料層及上土層，且下土層和上土層厚度相同，通過(guò)復(fù)合防護(hù)層的設(shè)置，各層協(xié)同將滾石巨大能量逐步轉(zhuǎn)化與耗散，提升結(jié)構(gòu)的整體抗?jié)L石沖擊性能；其中，采用EPP材料能夠在滾石沖擊時(shí)產(chǎn)生較大的彈性變形，將大量的沖擊能量轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)，然后再緩慢釋放，從而大大提高了墊層的能量吸收效率，進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)的抗?jié)L石沖擊性能。

技術(shù)研發(fā)人員：張世殊,張晉,冉從彥,張沖,何思明,陳煒韜,趙小平,歐文兵,胡金山,劉長(zhǎng)武,王猛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15