一種抗泥石流和落石衝擊的棚洞頂部結構及施工方法與流程
2023-05-09 23:17:42 1
本發明涉及到公路隧道防護技術領域，更加具體來說是一種抗泥石流和落石衝擊的棚洞頂部結構及施工方法。
背景技術：
公路隧道在崇山峻岭穿梭的過程中，由於受地形條件的限制，不可避免要跨越V型溝谷區域；通常該區域上覆巖體較薄，不易成洞，並且上方有落石存在，需採用棚洞方案對跨溝谷路段進行防護，從而保障隧道交通安全。目前棚洞頂部結構型式主要有以下三種：1.鋼筋混凝土板；2.鋼筋混凝土板上覆緩衝層；3.金屬網罩。當溝谷為泥石流溝時，棚洞頂部既有落石存在，又有泥石流過流，上述三種型式分別存在以下缺陷：
1、鋼筋混凝土板：為抵抗落石和泥石流的衝擊力，棚洞頂板較厚，鋼筋用量較多，不僅浪費了材料，而且增加了頂板的自重荷載，對頂板本身及其下部支撐結構受力不利；
2.鋼筋混凝土板上覆緩衝層：緩衝層一般為砂、黏土、泡沫板、橡膠製品、輕質礦渣等，這些輕質緩衝材料在泥石流過流時易被衝毀，最終喪失緩衝效果；
3.金屬網罩：一般是以鋼筋混凝土結構或鋼結構作為骨架，頂部安裝金屬網罩。當泥石流經過時較小固體顆粒物質和水將透過金屬網孔落入棚洞內，造成棚洞淤積、堵塞。
目前，還沒有一種較好的棚洞頂部結構既能承受落石衝擊，又能抗泥石流衝擊。
技術實現要素：
本發明的第一目的在於克服上述背景技術不足之處，而提出一種抗泥石流和落石衝擊的棚洞頂部結構。
本發明的第一目的是通過如下技術方案來實現的：一種抗泥石流和落石衝擊的棚洞頂部結構，在鋼筋混凝土頂板上面鋪設有防水層，在所述的鋼筋混凝土頂板的一側澆築有鋼筋混凝土側牆，在防水層上相間鋪設有黏土層和聚苯乙烯泡沫板層；並在最上層的黏土層上鋪設有反濾層，所述的反濾層上部鋪設有防護層；所述的防護層由防腐鋼絲繩和鋼絲格柵組成；所述的防腐鋼絲繩呈網狀結構並內附有鋼絲格柵；所述的防腐鋼絲繩一端沿豎向預埋在聚苯乙烯泡沫板層和黏土層內且橫向平鋪在所述的反濾層上部；所述的防腐鋼絲繩的底端與預埋在所述的鋼筋混凝土頂板內的地腳螺栓連接；所述的防腐鋼絲繩與鋼絲格柵之間通過卡扣固定。
在上述技術方案中：所述的反濾層由級配碎石組成，且平鋪在所述的黏土層上，所述的鋼筋混凝土側牆內設置有排水孔。
在上述技術方案中：所述的防護層的一端與鋼筋混凝土側牆內預埋的地腳螺栓固定，另一端通過外伸的防腐鋼絲繩與鋼繩錨杆固定，所述的鋼繩錨杆插入到巖體中。
在上述技術方案中：防水層由防水板和土工布組成，所述的防水層通過瀝青與鋼筋混凝土頂板上表面粘結。
本發明的第二目的在於克服上述背景技術的不足之處，而提出一種抗泥石流和落石衝擊的棚洞頂部結構的施工方法。
本發明的第二目的是通過如下技術方案來實現的：一種抗泥石流和落石衝擊的棚洞頂部結構的施工方法，它包括如下步驟；
①、進行棚洞鋼筋混凝土頂板及鋼筋混凝土側牆施工，在鋼筋混凝土頂板和鋼筋混凝土側牆澆築時預埋地腳螺栓，並在所述的鋼筋混凝土側牆中設排水孔；
②、在步驟①中的混凝土到達設計強度後，在鋼筋混凝土頂板上鋪設防水層，所述的防水層由防水板和土工布組成，並採用瀝青與鋼筋混凝土頂板上表面牢固粘結；
③、在所述的防水層上相間鋪設黏土層和聚苯乙烯泡沫板層，並且緩衝層上下均為黏土層，所述的防腐鋼絲繩豎向預埋在黏土層和聚苯乙烯泡沫板層內，所述的防腐鋼絲繩一端與預埋在所述的鋼筋混凝土頂板中的地腳螺栓連接；
④、在所述的最上層的黏土層上鋪設反濾層，所述的反濾層選用級配碎石；
⑤、用防腐鋼絲繩編製成網狀且內附鋼絲格柵，所述的防腐鋼絲繩的一端與鋼繩錨杆連接，另一端通過預埋在鋼筋混凝土側牆內的地腳螺栓連接，所述的防腐鋼絲繩沿豎向與預埋在鋼筋混凝土頂板中的地腳螺栓連接，另一端與所述的防護層上的卡扣連接。
本發明具有如下技術優點：1、緩衝層具有良好的吸收落石衝擊能量之功效，能夠有效減小落石對頂板的衝擊力。
2、緩衝層採用黏土和聚苯乙烯泡沫板複合而成，具有重量輕、緩衝壽命長的優點，而傳統的緩衝層僅採用黏土作緩衝層，具有自重荷載大、易固結的缺點。
3、防護層為鋼繩網內附鋼絲格柵的網狀結構，不僅能夠攔截落石，又能夠禁固下面的緩衝層，可以防止緩衝層被泥石流衝毀，實現了棚洞頂部結構既能抗落石衝擊，又能抗泥石流衝擊。
4、防護層由廠家生產，現場直接安裝，施工便捷、便於更換和維護。
附圖說明
圖1為本發明橫斷面結構示意圖。
圖2為本發明防護層平面結構示意圖。
圖中：鋼筋混凝土頂板1、地腳螺栓2、鋼筋混凝土側牆3、排水孔4、防水層5、黏土層6、聚苯乙烯泡沫板層7、反濾層8、防腐鋼絲繩9、防護層9.10、鋼絲格柵10、卡扣11、鋼繩錨杆12。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發明的實施情況，但它們並不構成對本發明的限定，僅作舉例而已，同時通過說明本發明的優點將變得更加清楚和容易理解。
參照圖1-2所示：一種抗泥石流和落石衝擊的棚洞頂部結構，在鋼筋混凝土頂板1上面鋪設有防水層5，在所述的鋼筋混凝土頂板1的一側澆築有鋼筋混凝土側牆3，在防水層5上相間鋪設有黏土層6和聚苯乙烯泡沫板層7；並在最上層的黏土層6上鋪設有反濾層8，所述的反濾層8上部鋪設有防護層9.10；所述的防護層9.10由防腐鋼絲繩9和鋼絲格柵10組成；所述的防腐鋼絲繩9呈網狀結構並內附有鋼絲格柵10；所述的防腐鋼絲繩9一端沿豎向預埋在聚苯乙烯泡沫板層7和黏土層6內且橫向平鋪在所述的反濾層8上部；所述的防腐鋼絲繩9的底端與預埋在所述的鋼筋混凝土頂板1內的地腳螺栓2連接；所述的防腐鋼絲繩9與鋼絲格柵10之間通過卡扣11固定。所述的反濾層8由級配碎石組成，且平鋪在所述的黏土層6上，所述的鋼筋混凝土側牆3內設置有排水孔4。
所述的防護層9.10的一端與鋼筋混凝土側牆3內預埋的地腳螺栓2固定，另一端通過外伸的防腐鋼絲繩9與鋼繩錨杆12固定，所述的鋼繩錨杆12插入到巖體中。
防水層5由防水板和土工布組成，所述的防水層5通過瀝青與鋼筋混凝土頂板1上表面粘結。
本發明一種抗泥石流和落石衝擊的棚洞頂部結構的施工方法，其特徵在於：它包括如下步驟；
①、進行棚洞鋼筋混凝土頂板1及鋼筋混凝土側牆3施工，在鋼筋混凝土頂板1和鋼筋混凝土側牆3澆築時預埋地腳螺栓2，並在所述的鋼筋混凝土側牆3中設排水孔4；
②、在步驟①中的混凝土到達設計強度後，在鋼筋混凝土頂板1上鋪設防水層5，所述的防水層5由防水板和土工布組成，並採用瀝青與鋼筋混凝土頂板1上表面牢固粘結；
③、在所述的防水層5上相間鋪設黏土層6和聚苯乙烯泡沫板層7，並且緩衝層上下均為黏土層6，所述的防腐鋼絲繩9豎向預埋在黏土層6和聚苯乙烯泡沫板層7內，所述的防腐鋼絲繩9一端與預埋在所述的鋼筋混凝土頂板1中的地腳螺栓2連接；
④、在所述的最上層的黏土層6上鋪設反濾層8，所述的反濾層8選用級配碎石；碎石料石質堅硬，不易風化和水解，粒徑根據防護層網格尺寸確定。
⑤、用防腐鋼絲繩9編製成網狀且內附鋼絲格柵10，所述的防腐鋼絲繩9的一端與鋼繩錨杆12連接，另一端通過預埋在鋼筋混凝土側牆3內的地腳螺栓2連接，所述的防腐鋼絲繩9沿豎向與預埋在鋼筋混凝土頂板1中的地腳螺栓2連接，另一端與所述的防護層9.10上的卡扣11連接。
通過上述實施步驟，當落石13衝擊到防護層9.10時，鋼繩錨杆12和鋼筋混凝土側牆3內的地腳螺栓2可承擔部分衝擊荷載，剩餘衝擊荷載傳遞到下面的緩衝層被其壓縮變形吸收(所述的緩衝層由間隔鋪設黏土層6和聚苯乙烯泡沫板層7組成，如圖1所示)；最終傳遞到鋼筋混凝土頂板1上的衝擊力很小，從而達到保護頂板的目的；
當泥石流14經過防護層9.10時，由於防護層9.10對下面的緩衝層具有良好的禁固作用，再加上反濾層8的反濾作用，可以防止緩衝層被帶走和衝毀，保證了緩衝層的持久效果。
上述未詳細說明的部分均為現有技術。