专利名称：抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构及其施工方法
技术领域：
本发明涉及ー种抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构及其施工方法，属于隧道エ程、地质灾害防治工程领域。
背景技术：
目前国内外隧道进出口明洞、棚洞顶部多为素填土垫层，如我国公路、鉄路行业标准均推荐采用不小于I. 5m以上的土 垫层以抵抗落石冲击，实际工程中应用效果欠佳，西部地区明洞被落石所毁的案例毎年均有数起发生。出于抵抗落石冲击的目的，也有ー些隧道尝试在顶部回填时加入土工格栅等加筋材料，但由于落石冲击是ー种短时脉冲行为，仅通过加筋提高垫层的抗冲击能力效果有限。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，解决了现有明洞、棚洞洞顶用素填土垫层抗冲击能力不佳，无法抵抗落石冲击的技术问题。本发明还提供ー种上述垫层结构的施工方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
ー种抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，其自下而上依次包括防水层、抗冲击垫层、粘土隔水层和种植土层，防水层与明洞或棚洞洞顶的拱圈层相邻，抗冲击垫层是由回填土层和抗冲击板材间隔铺设而成，抗冲击板材至少设置ー层，抗冲击垫层的上下表面均为回填土层。抗冲击板材为一般的聚苯こ烯土工泡沫板。本发明在回填土层中增设聚苯こ烯土工泡沫板(抗冲击板材)，充分利用该种材料在冲击作用下的缓冲、变形、消能作用，从而大大延长冲击历时，也就是说能够有效降低冲击力，从而保证了明洞、棚洞结构在落石冲击荷载作用下的安全，减小垫层厚度，降低垫层自重，从而带来良好的经济、环保、减灾效益。作为优选，防水层由防水板和土工布组成。进ー步优选的是，所述的土工布与明洞或棚洞洞顶的拱圈层通过浙青层粘结固定。作为优选，回填土层厚度为25 30cm。作为优选,粘土隔水层厚度为8 10cm。作为优选,抗冲击板材为2 3层,板材厚度为10cnTl5cm。ー种抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构的施工方法，该方法具体包括如下步骤
1)在隧道明洞或棚洞洞顶上表面铺设防水层防水层由防水板和土工布组成，明洞或棚洞洞顶上表面先铺设ー层浙青，再铺设ー层土工布，土工布通过浙青固定在明洞或棚洞洞顶上表面，土工布上方最后铺设防水板；
2)在防水层表面铺设第一层回填土利用就地开挖的原土，井清除掺入的有机杂质和过大的颗粒；分层填筑并进行夯实，洞身左右两侧同步回填，高度差不大于50cm，洞顶以上Im厚度范围内采用人エ夯填，虚铺厚度不超过200mm，每层压实遍数3 4次，压实度不小于90%，第一层填土填筑至拱顶厚度30cm，然后压实整平，准备铺设抗冲击板材；
3)抗冲击板材的铺设铺设前依据明洞顶部宽度、明洞长度的特点分割制作成长4. 5飞m，宽2nT3m的板材备用，抗冲击板材采用人エ满铺，形成抗冲击板材层；
4)“三明治”抗冲击垫层结构的形成铺设抗冲击板材后，进行ー层回填土ー层抗冲击板材间隔铺设，形成“三明治”抗冲击垫层结构，回填土层每层填筑厚度不超过30cm ；
5)最上一层的回填土层表面依次铺设粘土隔水层、种植土层回填土层上的粘土隔水层厚度不小于10cm。
本发明的施工顺序是对明洞、棚洞洞顶上部进行先期处理，做防水层，然后ー层素土(回填土层)、ー层抗冲击材料分层施工，最上层的种植土层采用素土，以满足緑化要求。素填土层要求达到一定的密实度，抗冲击板材的铺设范围覆盖整个拱顶、拱腰等可能受落石冲击的范围。作为优选，抗冲击板材选择密度为15kg/n广30kg/m3的聚苯こ烯土工泡沫板材,抗压强度彡IOOkPa,板材厚度10cnTl5Cm，压缩强度彡IOOKpa ;尺寸稳定性彡3% ;吸水率(V/
V) く 4%。作为优选，土工布采用彡350g/m2的无纺土工布，防水板采用I. 2 I. 5mm的ECB防水板。こ烯こ酸こ烯改性浙青共混(ECB)防水板是ー种合成树脂高分子防水板，是以こ烯こ酸こ烯共聚物为主要原料，加入一定量的改性浙青共混，经过ニ段挤出三辊压延冷却分卷等エ序制成的一种高档土工防水防渗材，ECB防水板为现有产品，可购得。本发明的关键技术为在隧道明洞、棚洞顶部回填土层中加设数层的抗冲击材料，形成一种回填土和抗冲击材料组成的类似干“三明治”的结构，适用于崩塌落石灾害威胁地区的隧道进出口工程，应用部位为隧洞进出口明洞，棚洞结构顶部的缓冲垫层。本发明的有益效果是与现有技术相比，成型后垫层自重较同厚度素填土垫层减少20°/Γ40%，垫层自重的减小为抵抗落石冲击留出了受载空间。增设的抗冲击材料为ー种多孔、弹塑性介质，在冲击荷载作用下，可通过弹性、塑性变形吸收冲击动能，延长整个冲击过程的历时，可提高垫层抗冲击能力2倍以上。该材料为エ厂化生产、订做的板材，可于土层填筑过程中直接铺设；运输、铺设无需大型机械设备，同等厚度回填土垫层相比，由于无需碾压、夯实，エ期还略有缩短。尽管增设了缓冲材料，但考虑土方工程量以及抗冲击能力增强导致的明洞结构工程量的节约，综合造价可降低59Γ15%。
图I是本发明的结构示意 图2是本发明与普通回填土垫层抗冲击原理比较图，A为普通回填土垫层，B为本发明垫层结构。图中1、拱圈层，2、防水层，3、回填土层，4、抗冲击板材，5、粘土隔水层，6、种植土层。
具体实施例方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进ー步的具体说明。
实施例
如图I所示的ー种抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，其自下而上依次包括防水层2、抗冲击垫层、粘土隔水层5和种植土层6，防水层2与明洞或棚洞洞顶的拱圈层I相邻，抗冲击垫层是由回填土层3和抗冲击板材4间隔铺设而成，抗冲击垫层的上下表面均为回填土层。防水层2由防水板和土工布组成，所述的土工布与明洞或棚洞洞顶的拱圈层通过浙青层粘结固定。本实施例中的抗冲击板材为2层，板材厚度为15cm。施工时，回填土层厚度控制在25 30cm范围内，小于等于30cm比较适宜。粘土 _水层厚度为flOcm。抗冲击垫层中冲击板材的铺设层数以抗冲击能力需要所确定。回填土层和种植土层采用素土。
上述抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构的施工方法，该方法具体包括如下步骤
I)在隧道明洞或棚洞洞顶上表面铺设防水层为防止洞内渗漏水，在明洞或棚洞洞顶铺设防水层，防水层由防水板和土工布组成，明洞或棚洞洞顶上表面先涂ー层热浙青或乳化浙青。再铺设ー层土工布，土工布通过浙青粘结在明洞或棚洞洞顶上表面，土工布上方最后铺设防水板。土工布采用彡350g/m2的无纺土工布，防水板采用I. 2^1. 5mm的ECB防水板。防水层用于防止土里的水进入隧道里，相当于房顶上的防水处理。防水板和土工布两种材料通过浙青粘在明洞顶。2)在防水层表面铺设第一层回填土 利用就地开挖的原土，井清除掺入的有机杂质和过大的颗粒；分层填筑并进行夯实，洞身左右两侧同步回填，高度差不大于50cm，洞顶以上Im厚度范围内采用人エ夯填，虚铺厚度不超过200mm，每层压实遍数3 4次，压实度不小于90%，第一层填土填筑至拱顶厚度30cm，然后压实整平，准备铺设抗冲击板材；
3)抗冲击板材的铺设铺设前依据明洞顶部宽度、明洞长度的特点分割制作成长约5m,宽2nT3m的板材备用，抗冲击板材采用人エ满铺，形成抗冲击板材层。抗冲击板材纵向、横向接头同一断面不超过50%为宜，接头间可用短钢筋做水平向连接处理，每延米设I处连接即可，仅起板材铺设、后续填土作业时的临时固定作用，非传カ构件。抗冲击板材选择密度为15kg/m3 30kg/m3的聚苯こ烯土工泡沫板材，抗压强度彡IOOkPa,板材厚度10cnTl5cm，压缩强度彡IOOKpa ;尺寸稳定性彡3% ;吸水率(V/V)彡4%。4) “三明治”抗冲击垫层结构的形成铺设抗冲击板材后，进行ー层回填土ー层抗冲击板材间隔铺设，形成“三明治”抗冲击垫层结构，回填土层每层填筑厚度不超过30cm。抗冲击垫层中冲击板材的铺设层数以抗冲击能力需要所确定。最上ー层的回填土层施工同前述各层回填土层要求一致，控制顶标高为设计标高，范围应覆盖抗冲击板材，且包边宽度不小于30cm。5)最上一层的回填土层表面依次铺设粘土隔水层、种植土层回填土层上的粘土隔水层厚度不小于10cm，粘土隔水层可按前述压实度标准控制。粘土隔水层即采用粘土作为铺筑原料，形成ー层隔水层。本发明与普通回填土垫层抗冲击原理比较图如图2所示。采用本发明的垫层结构，抗冲击板材的存在能够有效吸收落石冲击过程中的动能，增大冲击历时2倍以上，从而使作用在明、棚洞结构顶部的冲击カ急剧减小，进而提高结构抗落石冲击能力。成型后的结构自重比同厚度的素填土垫层减少2(Γ40%，结构自重的减小，为抵抗落石冲击留出了更多的承受荷载空间。以上两个方面的效应可以提高垫层结构抗落石冲击能力2倍以上。以上所 述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
权利要求
1.ー种抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，其特征在于其自下而上依次包括防水层(2)、抗冲击垫层、粘土隔水层(5)和种植土层(6)，防水层与明洞或棚洞洞顶的拱圈层(I)相邻，抗冲击垫层是由回填土层(3)和抗冲击板材(4)间隔铺设而成，抗冲击板材至少设置ー层，抗冲击垫层的上下表面均为回填土层。
2.根据权利要求I所述的抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，其特征在于防水层由防水板和土工布组成。
3.根据权利要求2所述的抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，其特征在于所述的土エ布与明洞或棚洞洞顶的拱圈层通过浙青层粘结固定。
4.根据权利要求I或2或3所述的抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，其特征在于回填土层厚度为25 30cm。
5.根据权利要求I或2或3所述的抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，其特征在于粘土隔水层厚度为flOcm。
6.根据权利要求I或2或3所述的抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，其特征在于抗冲击板材为2 3层,板材厚度为10cnTl5cm。
7.ー种抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构的施工方法，其特征在于该方法具体包括如下步骤 1)在隧道明洞或棚洞洞顶上表面铺设防水层防水层由防水板和土工布组成，明洞或棚洞洞顶上表面先铺设ー层浙青，再铺设ー层土工布，土工布通过浙青固定在明洞或棚洞洞顶上表面，土工布上方最后铺设防水板； 2)在防水层表面铺设第一层回填土利用就地开挖的原土，井清除掺入的有机杂质和过大的颗粒；分层填筑并进行夯实，洞身左右两侧同步回填，高度差不大于50cm，洞顶以上Im厚度范围内采用人エ夯填，虚铺厚度不超过200mm，每层压实遍数3 4次，压实度不小于90%，第一层填土填筑至拱顶厚度30cm，然后压实整平，准备铺设抗冲击板材； 3)抗冲击板材的铺设铺设前依据明洞顶部宽度、明洞长度的特点分割制作成长4.5飞m，宽2nT3m的板材备用，抗冲击板材采用人エ满铺，形成抗冲击板材层； 4)“三明治”抗冲击垫层结构的形成铺设抗冲击板材后，进行ー层回填土ー层抗冲击板材间隔铺设，形成“三明治”抗冲击垫层结构，回填土层每层填筑厚度不超过30cm ； 5)最上一层的回填土层表面依次铺设粘土隔水层、种植土层回填土层上的粘土隔水层厚度不小于10cm。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于抗冲击板材选择密度为15kg/m，30kg/m3的聚苯こ烯土工泡沫板材,抗压强度彡IOOkPa,板材厚度10cnTl5cm,压缩强度彡IOOKpa ;尺寸稳定性彡3% ;吸水率(V/V)彡4%。
9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于土工布采用>350g/m2的无纺土工布，防水板采用I. 2^1. 5mm的ECB防水板。
全文摘要
本发明涉及一种抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构及其施工方法，属于隧道工程、地质灾害防治工程领域。一种抗落石冲击明洞、棚洞洞顶垫层结构，其自下而上依次包括防水层、抗冲击垫层、粘土隔水层和种植土层，防水层与明洞或棚洞洞顶的拱圈层相邻，抗冲击垫层是由回填土层和抗冲击板材间隔铺设而成，抗冲击板材至少设置一层，抗冲击垫层的上下表面均为回填土层。抗冲击板材为一般的聚苯乙烯土工泡沫板。本发明在回填土层中增设聚苯乙烯土工泡沫板(抗冲击板材)，充分利用该种材料在冲击作用下的缓冲、变形、消能作用，从而大大延长冲击历时，也就是说能够有效降低冲击力，从而保证了明洞、棚洞结构在落石冲击荷载作用下的安全。
文档编号E02D31/02GK102677703SQ20111037480
公开日2012年9月19日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者叶四桥, 王志义, 邹善荣, 陈祥义 申请人:叶四桥, 浙江大地交通工程有限公司