一种装配式路堤防沙装置及利用该装置的清沙预警方法

本发明属于防风固沙设备技术领域，特别涉及一种装配式路堤防沙装置及利用该装置的清沙预警方法。

背景技术：

在沙漠地区，铁路为路堤式路基，尤其是高路堤，如果铁路沿线的防沙工程体系内积沙已满造成控沙失效，或者防沙工程破损造成失效，过境风沙流会运动到线路路堤的路基边坡坡脚位置，当路基坡脚积沙过多，就会顺着边坡吹向轨道面，造成积沙漫道，阻碍交通，形成铁路路基沙害，因此我国从20世纪50年代起就对沙漠地区的铁路开展沙害防治工作，主要是通过植物防沙和工程防沙等手段设立防沙设施。例如肖建华等人公开了一种路基风沙防护体系，(发明专利，具有复式阻网的防风阻沙抑尘装置及路基风沙防护体系，申请号cn202010699692.9)，该体系包括阻挡部以及设置于阻挡部上方的阻网部；阻挡部包括若干间隔设置的固定立柱，以及设置于两个相邻固定立柱之间的阻挡本体；阻网部包括阻网以及与固定立柱对应设置的支架组件。该工程防沙体系虽然能够在一定程度上抵御风沙，但是由于该体系实现起来较为复杂，且长期使用会被风沙掩埋，使用后抵御风沙的效果会大大降低，且由于结构本身特点，清理积沙的工作将十分困难。而曹元平等人公开了一种方格树苗沙障(发明专利，沙漠地区铁路路基两侧工程兼植物防沙的树苗方格沙障，申请号：201711079339.5)，该结构包括防火带、防护带和植被保护带，防火带为路基坡脚或堑顶与防护带之间的空隙区，防火带地面设置有自内向外厚度降低的粗圆砾土层，防护带设置有方格，方格内设置有植被，利用植被降低风速，减少气流中的含沙量。该植物防沙手段随能够起到一定的防御风沙的作用，但是由于该树苗方格沙障也存在前期施工需大量人工，成本偏高，且受环境因素限制，树苗成活率不能保证，且不能控制积沙位置，清沙工作难以进行的缺点。因此设计一种不仅能够控制和阻挡铁路路基迎风侧的风沙流动，并能够通过在铁路路基上设置的路基防沙装置将积沙控制在路基坡脚的装配式路堤防沙装置以及通过考察积沙掩埋悬挑板的水平距离来预警不同的清沙临界时间点的清沙预警方法具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术中上存在的上述问题，提供一种装配式路堤防沙装置及利用该装置的清沙预警方法具有十分重要的意义。

为了实现上述目的，本发明给出的技术方案为一种装配式路堤防沙装置，包括

悬挑板，设置为多个，各悬挑板沿路基顶面所铺设道轨长度方向依次覆盖在道轨的迎风侧的路基上，靠近道轨侧的相邻两个悬挑板之间通过第一连接装置与路基顶面可拆卸连接，远离道轨侧的各悬挑板伸出路基的路肩，且伸出路肩外的相邻两个悬挑板之间通过第二连接装置可拆卸连接，各悬挑板上开设有多个气孔，各气孔上覆盖有能够截留细沙的致密网；

支撑柱，沿纵向设置多个，各支撑柱顶端可拆卸连接在第二连接装置底部，各支撑柱底端插入路基内。

较佳地，靠近道轨迎风侧的路基顶面上沿道轨长度方向开设有基槽，所述基槽内浇筑有地梁，所述地梁通过第一连接装置与相邻两个悬挑板可拆卸连接，位于相邻的两个第一连接装置之间的悬挑板通过第一紧固螺栓与地梁连接。

较佳地，所述道轨与基槽之间间距不小于1.5m，伸出路肩外的悬挑板长度为1.5-2m。

较佳地，所述第一连接装置包括

第一垫板，铺设在相邻两个悬挑板顶面上，且第一垫板上开设有至少两个第一安装孔，所述地梁顶部沿其长度方向开设有多个第二安装孔，各第二安装孔与各第一安装孔一一对应并连通；

第二紧固螺栓，与第一安装孔的数量相匹配，各第二紧固螺栓将与其相对应的一第二安装孔、各悬挑板上开设的与各第一安装孔一一对应并连通的各第一螺纹孔以及各第二安装孔进行螺纹连接。

较佳地，所述第二连接装置包括

第二垫板，平铺在伸出路基路肩的相邻两个悬挑板顶面上，且第二垫板开设有多个第三安装孔；

第三垫板，平铺在伸出路基路肩的相邻两个悬挑板底面上，且第三垫板上开设有多个第四安装孔，各第四安装孔与各第三安装孔一一对应并连通，各支撑柱顶端螺纹连接在第三垫板上；

第三紧固螺栓，数量与第三连接孔或第四连接孔数量一致，伸出路肩处的相邻两个悬挑梁上开设有多个与第三连接孔或第四连接孔一一对应并连通的第二螺纹孔，第三紧固螺栓与各第三紧固螺栓与各第三安装孔、各第二螺纹孔、各第四安装孔螺纹连接。

较佳地，各支撑柱由金属材料制成，各支撑柱长为1-2m，各支撑杆直径为10-15cm。

较佳地，所述悬挑板为混凝土板、木板、金属板、有机高分子塑料板中任意一种预制板。

较佳地，所述第二安装孔孔深为15-20cm，第二安装孔孔径为5-10cm。

一种装配式路堤防沙装置的清沙预警方法，包括如下步骤：

s1：通过风速仪定期测定道轨风沙迎风侧的风速，获得该地区一段时间内的平均风速；

s2：根据风速的不同，获得伸出路肩的悬挑板边缘正下方处的积沙临界点a与悬挑板间的不同距离h，从而获得不同风速下人工清沙的清沙临界条件，其中：

风速在12m/s以下时，伸出路肩的悬挑板边缘正下方处的积沙与悬挑板(4)间的空余距离h≤30cm，为此工况下的路堤边坡清沙临界条件，即此时需要工务人员进行路堤边坡的积沙清理，否则积沙将越过悬挑板掩埋轨道；

风速在12-18m/s之间时，伸出路肩的悬挑板边缘正下方处的积沙与悬挑板间的空余距离h≤50cm，为清沙预警时刻，进行人工清沙；

长期主要风速大于18m/s时，悬挑板无法阻挡风力携带流沙，此时风力携带流沙不仅能越过悬挑板，也能顺利通过路面道轨，此种情况悬挑板没有发挥作用，不会形成道轨积沙，即不形成积沙病害，不需要悬挑板发挥控沙作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在铁路路堤式路基的迎风侧的路堤坡肩位置安装一种装配式悬挑板，用于阻挡风沙，使坡脚的风沙在风力作用下被悬挑板阻挡，沙颗粒在重力作用下继续滚落至坡脚存积，这种装置实现了路堤积沙可控制，清理积沙可预警的功能，而且装配式构件使用方便，组装、搬运、替补灵活。

2、本发明将悬挑板设置为有多块板体组成，能够在施工上减轻吊装的重量，便于施工。

3、本发明的清沙预警方法，减少工务养护人员的工作量，使工务人员在清沙工作中有据可依。

4、本发明填补了铁路路堤式路基在控沙清沙这方面的技术空白，为实际工程提供了重要参考依据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于路堤防沙的装配式悬挑板装置的主体工程示意图；

图2为本发明实施例提供的用于路堤防沙的装配式悬挑板装置的地梁结构意图；

图3为本发明实施例提供的用于路堤防沙的装配式悬挑板装置的板体结构意图；

图4为本发明实施例提供的利用装配式悬挑板装置的地梁结构意图进行路基清沙预警方法的清沙预警示意图。

附图标记说明：

1.风向，2.风积沙，3.支撑柱，4.悬挑板，5.地梁，6.道轨，7.路堤式路基，8.第一连接装置，9.第一紧固螺栓，10.第一安装孔，11.第二连接装置，12.气孔。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，本发明中对于主体的表述中用到的表示方位的术语，例如，“高度”、“长度”、“宽度”、“前表面”是基于将主体竖直放置，即与地面相互垂直时的前提下的描述，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例

如图1-4所示，本发明的具体实施方式是采用以下技术方案予以实现，一种装配式路堤防沙装置，包括悬挑板4和支撑柱3，

悬挑板4，设置为多个，各悬挑板4沿路基7顶面所铺设道轨6长度方向依次覆盖在道轨6的迎风侧的路基7上，路基7可以为横截面为等腰梯形，靠近道轨6侧的相邻两个悬挑板4之间通过第一连接装置8与路基7顶面可拆卸连接，远离道轨6侧的各悬挑板4伸出路基7的路肩，且伸出路肩外的相邻两个悬挑板4之间通过第二连接装置11可拆卸连接，各悬挑板4上开设有多个气孔12，各气孔12上覆盖有能够截留细沙的致密网，该致密网透风但截留细沙，用于降低各悬挑板4下部风压的，所述致密网材料可使用致密的细纱布或sms无纺布制成的防尘透气膜；在各悬挑板4上开设有多个气孔12，并在各气孔上增设各致密网的目的是起到卸除各悬挑板4底部压力的作用，同时又不让沙通过，此时能够使增加各悬挑板4后阻挡风力，各致密网能有效减压，过滤后的流沙顺坡下落至坡脚；如果在各悬挑板4上不开多个气孔12，此时各各悬挑板4底部会形成风力加速区，影响各悬挑板4的稳固性。

该路堤防沙装置的优点在于，暂时将积沙限制在坡脚，解决了以往路堤式路基道轨线路积沙后，清沙工作需要在道道间，影响通车，采用本发明路堤防沙装置后的清沙工作不影响列车的通行，在道轨的路基下开展清沙工作。

支撑柱3，沿纵向设置多个，各支撑柱3顶端可拆卸连接在第二连接装置11底部，各支撑柱3底端插入路基7内。

进一步地，靠近道轨6迎风侧的路基7顶面上沿道轨6长度方向开设有基槽，所述基槽内浇筑有地梁5，所述地梁5通过第一连接装置8与相邻两个悬挑板4可拆卸连接，位于相邻的两个第一连接装置8之间的悬挑板4通过第一紧固螺栓与地梁5连接，用于保证靠近道轨6侧的相邻两个悬挑板4更加稳固的固定在路基7上。

进一步地，所述道轨6与基槽之间间距不小于1.5m，伸出路肩外的悬挑板4长度为1.5-2m，用于进一步限定了防沙装置的使用条件。

进一步地，所述第一连接装置8包括第一垫板和多个第二紧固螺栓，第一垫板铺设在相邻两个悬挑板4顶面上，且第一垫板上开设有至少两个第一安装孔，所述地梁5顶部沿其长度方向开设有多个第二安装孔10，各第二安装孔10与各第一安装孔一一对应并连通；各第二紧固螺栓与第二安装孔的数量相匹配，且第二紧固螺栓，与第一安装孔的数量相匹配，各第二紧固螺栓将与其相对应的一第二安装孔、各悬挑板4上开设的与各第一安装孔一一对应并连通的各第一螺纹孔以及各第二安装孔10进行螺纹连接。其中第一垫板为正方形板体，正方形板体边长为20-40cm，在正方形板体的四个顶角位置开设多个第二安装孔，各第二安装孔孔径为5-10cm，正方形板体平铺在相邻两个悬挑板4顶面上，第二紧固螺栓穿过第一安装孔、悬挑板4上的开孔以及地梁5上的第二安装孔10，完成相邻两个悬挑板4与和地梁5连接固定。

进一步地，所述第二连接装置11包括第二垫板、第三垫板和多个第三紧固螺栓，第二垫板平铺在伸出路基7路肩的相邻两个悬挑板4顶面上，且第二垫板开设有多个第三安装孔；第三垫板平铺在伸出路基7路肩的相邻两个悬挑板4底面上，且第三垫板上开设有多个第四安装孔，各第四安装孔与各第三安装孔一一对应并连通，各支撑柱3顶端螺纹连接在第三垫板上；第三紧固螺栓数量与第三连接孔或第四连接孔数量一致，伸出路肩处的相邻两个悬挑梁上开设有多个与第三连接孔或第四连接孔一一对应并连通的第二螺纹孔，第三紧固螺栓与各第三紧固螺栓与各第三安装孔、各第二螺纹孔、各第四安装孔螺纹连接。其中，第二连接装置11中的第二垫板和第三垫板为长方形板体，长方形板体短边为10-20cm，主板长边为20-40cm，第三紧固螺栓穿过第三安装孔和第二垫板以及第三垫板上的两个第四安装孔，完成相邻两个悬挑板4与和地梁5连接固定。其中支撑柱3顶端螺纹连接或焊接在第二连接装置11的第三垫板的中心位置上。

进一步地，各支撑柱3由金属材料制成，各支撑柱3长为1-2m，各支撑杆3直径为10-15cm。

进一步地，所述悬挑板4为混凝土板、木板、金属板、有机高分子塑料板中任意一种预制板。

进一步地，所述第二安装孔10孔深为15-20cm，第二安装孔10孔径为5-10cm，所述第一紧固螺栓9、第二紧固螺栓以及第三紧固螺栓均长为25-30cm，第一紧固螺栓、第二紧固螺栓以及第三紧固螺栓的直径均为5-10cm。

一种装配式路堤防沙装置的清沙预警方法，包括如下步骤：

s1：通过风速仪定期测定道轨6风沙迎风侧的风速，获得该地区一段时间内的平均风速。

s2：根据风速的不同，获得伸出路肩的悬挑板4边缘正下方处的积沙临界点a与悬挑板4间的不同距离h，从而获得不同风速下人工清沙的清沙临界条件；其中：

风速在12m/s以下时，伸出路肩的悬挑板4边缘正下方处的积沙与悬挑板4间的空余距离h≤30cm，为此工况下的路堤边坡清沙临界条件，即此时需要工务人员进行路堤边坡的积沙清理，否则积沙将越过悬挑板掩埋轨道；

风速在12～18m/s之间时，伸出路肩的悬挑板4边缘正下方处的积沙与悬挑板4间的空余距离h≤50cm，为清沙预警时刻，进行人工清沙；

长期主要风速大于18m/s时，由于风力大，悬挑板4无法阻挡风力携带流沙，此时风力携带流沙不仅能越过悬挑板4，也能顺利通过路面道轨6，此种情况悬挑板4没有发挥作用，不会形成道轨6积沙，即不形成积沙病害，不需要悬挑板发挥控沙作用。

伸出路肩外的悬挑板4边缘正下方的积沙临界点设为a，伸出路肩外的悬挑板4边缘与积沙临界点a之间的间距设为h，伸出路肩外的悬挑板4边缘与积沙临界点为a时的悬挑板4板下积沙最高点外边缘之间的间距设为l，当积沙临界点a时风积沙的休止角为θ，

ha＝l·tanθ。

通过上述公式能够获得不同风速下伸出路肩外的各悬挑板4边缘与积沙临界点为a时的各悬挑板4板下积沙最高点外边缘之间的间距设为l，用于验证各悬挑板伸出伸出路肩外的长度是否合适，而在《风沙物理学》中给出了90％的跃移砂砾在地表30cm以下的高度范围内移动，所有蠕移的砂砾都在地表10cm以下的高度范围内移动。

清沙预警方法的预警原理：一种装配式路堤防沙装置是铁路路堤式路基防沙的“最后一道防线”，是配合沿线主体防沙工程进行防沙的附属结构，并不是单独以其为主要防沙措施。在铁路沿线采用大量沙障进行防沙的同时，部分流沙越过沙障运动至线路附近，这部分积沙在沿线的防沙工程能够正常服役阶段，其存量并不多，但是随着积沙量在路堤坡脚的累积，形成一定的积沙坡高时，就会在风力的作用下，顺坡而上掩埋轨道进而形成道轨线路沙害。采用装配式悬挑板并布置在路基的迎风侧，利用各悬挑板的上空高度暂时截留积沙，流沙运动至悬挑板时被阻挡，在重力作用下滑落至坡脚形成积沙体，直至积沙体达到临界高度时，如果不进行清沙，风沙则会翻越悬挑板掩埋轨道形成积沙。小风条件下，当h达到30cm时，这是一般风速下风携沙运动(蠕移、跃移)的高度极限，因此当h小于30cm时，流沙将越过悬挑板，随着风速增大跃移的高度增加，当h小于50cm时，风携沙能越过悬挑板，故分别定义30cm、50cm为清沙预警高度限。

以上公开的仅为本发明的较佳实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。