专利名称：一种利用废旧橡胶制作拦石坝的方法
技术领域：
本发明涉及地质灾害防治领域，尤其涉及一种利用废旧橡胶制作拦石坝的方法。
背景技术：
废旧橡胶是工业固体废物中的一大类，而废旧轮胎的回收和利用越来越引起人们 的关注。很多发达国家制定了有关综合利用的法规和鼓励政策，我国也将废旧轮胎的再利 用纳入国家十一五科技发展纲要规划。随着我国汽车拥有量的增加，废旧轮胎的数量也逐 年增加。我国2002年产生废旧轮胎6000万条，并以约20%的速度逐年递增，2005年的产 量超过了 1. 12亿条(仅次于排名第一的美国)，预计我国在2010年的废旧轮胎产生量将 达到2亿条/年。统计资料显示，我国废旧轮胎的正规回收率仅为45%，远低于发达国家 90%的回收率。由于缺乏相应的法规和激励政策，国内有关废旧轮胎的无序处理和非法利 用使之成为诸多污染的来源，同时带来一些不利于和谐发展的社会问题。作为黑色污染的主要来源，废旧轮胎是一种耐腐蚀、难降解，有着很高强度和韧性 的一种人工材料，在_50°C 150°C范围内一般不会大的变化。在上世纪90年代，世界各国 最普遍的做法是把废旧轮胎掩埋或堆放。随着地价上涨，通过征用土地来掩埋或堆放废旧 轮胎将越来越困难。欧盟于2006年7月出台法律，规定在垃圾掩埋场掩埋或焚烧废旧轮胎 为违法行为，这大大促进了废旧轮胎再利用新方法和新技术的研究。随着清洁生产中对废 弃物定义(即被放置错误的资源)的重新认识，废旧轮胎的再利用愈来愈被绿色环保及再 资源化产业所重视。国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006 2020)指出，废弃物的 资源化和循环利用是事关经济社会可持续发展和人民生活质量提高的重要问题之一。废旧 橡胶(特别是废旧轮胎)回收和利用的规范化在中国是迟早的事情，当务之急是如何发展 并完善可大量消耗废旧橡胶的综合利用途径，特别是那些可减少二次污染的再利用方法和 技术。废旧轮胎的原形利用或原形改制基本不会产生二次污染，是目前最受欢迎和提倡的 再利用方式，但相应的消耗量不大。利用废旧橡胶的上述特点，将废旧轮胎等固体废弃物应 用于滚石防护结构有着明显的优势。一方面，耐腐蚀、难降解的特点使相应的滚石防护设施 服务年限较长；另一方面，很高的强度和韧性可以使相应的防护设施也具有应有的强度和 柔性。所谓滚石，是指一定体积的危岩体或块石从坡体表面分离出来后经过下落、回弹、 跳跃、滚动或滑动等运动方式沿着坡面向下快速运动，最后在坡脚附近静止下来的一个动 力学过程。当滚石运动范围内有人类活动或人类构筑设施并可能会引起一定的损失时，就 可构成滚石灾害。自上世纪50年代以来，国际上已经发展出了多种可用于滚石灾害治理 的方法，如清除危岩、加固、拦石坝、滚石防护棚、捕石沟、拦石栅栏、拦石网等方法和系列技 术。从防护的主动性来看，用于滚石灾害防治的清除法和加固法属于主动防护方法，而拦石 坝、滚石防护棚、捕石沟、拦石栅栏、拦石网等均属于被动防护方法。多山地带的滚石往往具有突发性、频发性、随机性等不易掌握的规律，给线路工程 (特别是交通工程)造成的危害非常大。当滚石物源区难以接近、且冲击能量较大时，利用
3拦石坝来拦截滚石是有效手段之一。由于经济条件、技术水平及防护意识的不同，不同地区 的拦石坝在制作材料(如浆砌块石、钢筋混凝土、钢筋石笼等)和结构形式(如挡墙式、提 坝式、挡墙_提坝复合式等)会有所差别。为了达到经济高效的目的，越来越多的拦石坝设 计采用了支撑墙-提坝复合结构形式，即在支撑墙朝向边坡的一侧施作具有缓冲作用的消 能提坝，以尽量避免滚石冲击荷载过大而损毁拦石坝的现象。从现行的技术水平来看，滚石 防护技术领域多采用砂土提、加筋土提、松散碎石提和石笼提来作为拦石坝的消能提坝，以 下就它们的优缺点进行分析。1、砂土或加筋土消能提当工程现场附近有可以利用的砂土时，直接利用砂土来制作拦石坝的消能提具有 就地取材、施工简单、成本较低等方面的优点。为了改善消能提的缓冲性能，可以在消能提 内加设土钉、土工格栅等来形成加筋土提。尽管通过合理的消能提设计有时可以达到防护 要求，但以砂土作为消能提的主要材料具有以下不足 砂土的密度为1. 4 2. 0吨/m3，相应的消能提施加给拦石坝支撑结构的静荷载 较大； 砂土或加筋土消能提的缓冲性能在很大程度上取决于砂土的密度、厚度、含水 率等参数，砂土固结之后的消能提缓冲特性会有所下降，其规律也不易被掌握； 在消能提施工完成后的初期，提坝表面在雨季期间容易出现侵蚀和砂土流失， 雨水浸泡后的消能提抗冲击能力会有所减弱。2、松散碎石消能提通过碎石堆置的方式来制作消能提同样具有就地取材、施工简单、成本较低等方 面的优点，这也是比较广泛利用碎石垫层的主要原因。碎石间的空隙利于排水且固结前后 没有较大的性能差异，消能提的缓冲性能不会因含水率的大小产生较大的变化。然而，碎石 垫层的密度为1. 6 2. 4吨/m3，给拦石坝支撑结构所产生的静荷载也很大。3、石笼消能提所谓石笼，就是指装满块石的长方体状笼子，在抗冲刷和抗侵蚀方面有着较为广 泛的应用，有时也被用为挡土墙。将石笼摆放成并连接成一定规格的提坝，即可形成石笼消 能提。相对砂土消能提和松散碎石消能提来说，石笼消能提可以施作成较陡的坡度和较为 复杂的形状，相应的场地适应性也比较强。对于服务年限较长的防护工程来说，编制石笼的 钢筋易于锈蚀，这将会导致消能提本身的长期稳定性不够，相应的施工成本也较高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种经济、高效且环保的拦石坝技术，不仅可达到 滚石灾害防灾和减灾的目的，而且还通过大量废旧橡胶的消耗来实现废弃物资源化利用的 国家战略目标。本发明的技术方案是一种利用废旧橡胶来制作拦石坝的方法，包括以下主要步 骤(1)确定拦石坝主体结构的施工条件，施作拦石坝的支撑墙和端部挡墙，在墙上预 埋固定连接件，在支撑墙的顶部预埋立柱，在坡脚处埋设用于固定拉锚绳的锚杆；(2)利用废旧轮胎、废旧三角带和废旧钢丝绳来编制轮胎笼，通过不同规格轮胎笼的组合和连接来构筑一定坡度的轮胎笼消能提，在轮胎笼的空腔内充填块石、砂土或橡胶土，利用固定连接件固定靠近拦石坝支撑墙一侧的轮胎笼，其他轮胎笼之间可以利用废旧 三角带进行拴系式连接；(3)根据拦石坝的缓冲设计，在立柱上套上足够数量的废旧轮胎，利用最上侧的废 旧轮胎来固定相邻立柱之间的支撑绳；(4)在轮胎笼消能提表面铺设一层废旧轮胎网，其上边界为立柱之间的支撑绳，其 下边界为坡脚处的锚杆，废旧轮胎网与轮胎笼消能提之间的空隙可以利用废旧轮胎和废旧 橡胶碎片进行充填；(5)分段分步施作由支撑墙、轮胎笼消能提及废旧轮胎网组成的坝体，在端部挡墙 上方施作端部挡网。拦石坝的主体结构包括支撑墙、轮胎笼消能提、废旧轮胎网片、端部挡墙和端部挡 网。施工条件包括根据滚石防护要求和现场条件，选择支撑墙、轮胎笼消能提、废旧 轮胎网、端部挡墙及端部挡网的形式和规格，确定废旧轮胎和轮胎笼的规格、排列形式、连 接和固定方法、需要充填的轮胎笼数量和充填材料。支撑墙和端部挡墙可以为浆砌块石、钢筋混凝土或金属构件制作而成，可以采用 栅栏式、挡土墙式或桩-板式结构形式，相应的地基和基础应进行专门的抗滑设计和抗倾 倒设计。固定连接件、吊挂连接件、穿锚连接件和捆绑连接件可以分别是废旧钢丝绳、废旧 钢筋和废旧三角带制作而成，所述支撑绳和拉锚绳可以是废旧钢丝绳制作而成，所述立柱 可以为废旧钢轨制作而成。根据轮胎笼消能提的具体设计，轮胎笼为多个废旧轮胎按照一定的组合方式进行 排列，并利用废旧三角带、废旧钢丝绳或其他柔性材料连接并捆扎而成，轮胎笼空腔的充填 应根据缓冲设计而定。废旧轮胎网中的废旧轮胎与支撑绳之间利用吊挂连接件进行缠绕式卡扣连接，废 旧轮胎与锚杆之间利用拉锚绳进行缠绕式卡扣连接，相邻废旧轮胎之间利用穿锚连接件或 捆绑连接件进行相应的连接。橡胶土主要由废旧橡胶碎料和砂土组成，也可掺入炉渣、泡沫塑料等轻型颗粒材 料，具体的混合比例应根据轮胎笼消能提的缓冲设计而定。端部挡网由废旧三角带、废旧轮胎和废旧钢丝绳编制而成，可以利用支撑墙和端 部挡墙上的固定连接件进行固定，同时与废旧轮胎网边界处的废旧轮胎进行捆绑式连接。根据设计所需的规格，轮胎笼可以分块预制，废旧轮胎网也可以分片预制，将预制 件运至现场即可进行组装拼接。本发明是针对废旧橡胶(特别是废旧轮胎)的回收和再利用效率较低以及多山地 带常见的滚石灾害而提出的一种利用废旧橡胶制作拦石坝的方法，与现行技术来说具有如 下明显优点(1)通过原形改制方式将大量的废旧橡胶用于滚石灾害的防灾和减灾，不仅满足 国家有关固体废弃物资源化利用和循环经济的战略目标，还可以达到滚石灾害防灾减灾的 目的，经济效益和环保效益显著；
(2)废旧轮胎的空腔结构导致垫层的重量较轻，所施加给拦石坝支撑结构的静荷 载较小；(3)废旧轮胎的空腔结构不仅会使拦石坝具有很好的消能效果，并可通过废旧轮 胎或轮胎笼的排列方式、充填设计、调节各类连接器件来调整轮胎笼消能提和废旧轮胎网 的弹性和柔度，致使拦石坝不会因为柔度过大或过小而缺少应有的抗冲击性能；(4)废旧轮胎网所具有的柔性和弹性不仅可以起到保持轮胎笼消能提整体形态的 作用，而且还和立柱、支撑绳一起起到了增加防护高度的效果；(5)废旧轮胎具有韧性好、强度高、抗老化、抗腐蚀、难降解等诸多特点，相应的废 旧轮胎网和轮胎笼消能提易于获得足够的强度和长期有效性；(6)废旧轮胎网和轮胎笼消能提的制作主要涉及废旧轮胎、废旧钢丝绳、废旧三角 带、废旧橡胶碎片、块石、砂土等诸多廉价材料，进而使整个拦石坝的成本相对较低；(7)废旧轮胎网和轮胎笼消能提的制作工艺较为简单，可操作性很强，而且也可进 行成批预制，将预制件运至现场后直接进行组装和拼接即可；(8)本发明中的拦石坝技术适用范围广，场地适应性强，可应用于拦石栅栏、拦石 墙等多种滚石防护工程。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中图1是本发明的拦石坝横剖面结构示意图；图2是图1所述本发明的支撑墙、端部挡墙和端部挡网侧面结构示意图。图3是本发明的支撑墙、端部挡墙和端部挡网顶部结构示意图。图4是图1所述本发明中利用穿锚式连接件制作的废旧轮胎网200结构示意图。图5是本发明中利用捆绑式连接件制作的废旧轮胎网200结构示意图。其中附图标记说明1-柱端挡板2_废旧轮胎
3-立柱4-支撑墙
5_固定连接件6-轮胎笼
7_块石8-地面
9-砂土或橡胶土10-穿锚连接件
11-废旧轮胎中空部分12-废旧橡胶碎片
13-边坡14-拉锚绳
15-锚杆16-砂浆垫层
17-支撑绳18-吊挂连接件
19-端部拦网20-端部挡墙
21-捆绑连接件100-轮胎笼消能提
200-废旧轮胎网
具体实施例方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附 图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本 发明，但并不作为对本发明的限定。如图1、图2和图3所示，首先应确定施工条件，完成施工准备；施工条件包括确定 滚石防护的范围、强度和缓冲性能，选择支撑墙4、轮胎笼消能提100、废旧轮胎网200、端部 挡墙20及端部挡网19的形式和规格，确定废旧轮胎2和轮胎笼6的规格、排列形式、连接 和固定方法、轮胎笼6的空腔充填材料和配比；施工准备包括场地清理、施工安全措施、材 料运输、坡脚挖方、地基处理等。如图1、图2和图3所示，按照滚石灾害防治要求和防护工程设计进行拦石坝支撑 结构的施工，主要步骤包括划分施工区段、修筑支撑墙4和端部端墙20的基础、浇注砂浆垫 层16、预埋接有拉锚绳的锚杆15、施作支撑墙4和端部挡墙20、预埋固定连接件5、在支撑 墙4的顶部预埋带有轮胎挡板1的立柱3，同时在端部挡墙20的顶部预埋用于固定端部挡 网19的固定连接件5。利用废旧轮胎2、废旧三角带和废旧钢丝绳来编制不同规格的轮胎笼6，其编制过 程为将规格大致相同的多个废旧轮胎2平放叠置起来形成一个轮胎筒，将废旧三角带或 废旧钢丝绳从轮胎筒内穿过后沿轮胎筒的轴向捆扎起来(捆扎部位至少为两处)，将多个 轮胎筒沿横向再次进行捆扎后即形成轮胎笼6，捆扎的紧张程度应根据轮胎笼消能提100 的缓冲设计而定。轮胎笼6可以在现场预制，也可以在工厂预制后运至现场。根据轮胎笼 消能提100的缓冲设计，在支撑墙4与边坡13之间铺设第一层轮胎笼，利用支撑墙4上预 埋的固定连接件5来固定紧靠支撑墙4的轮胎笼6，相邻轮胎笼6之间可以用废旧三角带进 行拴系式连接。按照轮胎笼消能提100的充填设计，在设计指定的轮胎笼6内充填块石7、 砂土或橡胶土 9，经振动或夯击来达到既定的密实程度。根据轮胎笼消能提100的缓冲设计，在第一层轮胎笼之上施作第二层轮胎笼，相 应的制作过程与第一层轮胎笼相似，但不同层间相邻的轮胎笼6可以采用交错叠置的方式 进行布设，相应的连接同样可以利用废旧三角带拴系的方式进行。分区段进行轮胎笼消能 提100的铺设，直至达到预定的规格、坡度和充填。根据拦石坝的缓冲设计和立柱3的规格，将足够数量的废旧轮胎2从废旧轮胎中 空部分11套过柱端挡板1和立柱3，在立柱3的周围形成轮胎筒。截取合适长度的废旧钢 丝绳来制作支撑绳17，套上足够数量的吊挂式连接件18，利用轮胎筒最上侧的废旧轮胎2 来固定相邻立柱3之间的支撑绳17，固定方式为缠绕式卡扣连接，其中的卡扣可以直接利 用标准件。如图1、图4和图5所示，将预制好的废旧轮胎网片运至现场，沿轮胎笼消能提100 的坡面从支撑绳17向下连接、拼装和铺设，废旧轮胎网200中相邻废旧轮胎2的连接可以 利用穿锚式连接件10或捆绑式连接件21，其中穿锚式连接件10需穿过相邻两个废旧轮胎 2的胎面。在废旧轮胎网200铺设过程中，按照设计在废旧轮胎网200与轮胎笼消能提100 之间的空隙内充填废旧轮胎2和废旧橡胶碎片12。当废旧轮胎网200向下延伸至锚杆15 附近，利用拴系在锚杆15上的拉锚绳14固定最下侧的废旧轮胎2，固定方式为缠绕式卡扣 连接。
分段施作由支撑墙4、轮胎笼消能提100及废旧轮胎网200组成的坝体，直至延伸 到两侧的端部挡墙20。在端部挡墙20上方施作端部挡网19，可以利用废旧三角带、废旧轮 胎2和废旧钢丝绳编制而成，端部挡网19的边界可以利用支撑墙4和端部挡墙20上的固 定连接件5、废旧轮胎网200边界处的废旧轮胎2和立柱3上的废旧轮胎2来进行固定。 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保 护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种利用废旧轮胎制作拦石坝的方法，该方法包括确定拦石坝主体结构的施工条件，施作拦石坝的支撑墙和端部挡墙，在墙上预埋固定 连接件，在支撑墙的顶部预埋立柱，在坡脚处埋设用于固定拉锚绳的锚杆；利用废旧轮胎、废旧三角带和废旧钢丝绳来编制轮胎笼，通过不同规格轮胎笼的组合 和连接来构筑一定坡度的轮胎笼消能提，在轮胎笼的空腔内充填块石、砂土或橡胶土，利用 固定连接件固定靠近拦石坝支撑墙一侧的轮胎笼，其他轮胎笼之间可以利用废旧三角带进 行拴系式连接；根据拦石坝的缓冲设计，在立柱上套上足够数量的废旧轮胎，利用最上侧的废旧轮胎 来固定相邻立柱之间的支撑绳；在轮胎笼消能提表面铺设一层废旧轮胎网，其上边界为立柱之间的支撑绳，其下边界 为坡脚处的锚杆，废旧轮胎网与轮胎笼消能提之间的空隙可以利用废旧轮胎和废旧橡胶碎 片进行充填；分段分步施作由支撑墙、轮胎笼消能提及废旧轮胎网组成的坝体，在端部挡墙上方施 作端部挡网。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拦石坝的主体结构包括支撑墙、轮胎 笼消能提、废旧轮胎网片、端部挡墙和端部挡网。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施工条件包括根据滚石防护要求和 现场条件，选择支撑墙、轮胎笼消能提、废旧轮胎网、端部挡墙及端部挡网的形式和规格，确定 废旧轮胎和轮胎笼的规格、排列形式、连接和固定方法、需要充填的轮胎笼数量和充填材料。
4.根据权利要求1 3所述的方法，其特征在于所述支撑墙和端部挡墙可以为浆砌 块石、钢筋混凝土或金属构件制作而成，可以采用栅栏式、挡土墙式或桩-板式结构形式， 相应的地基和基础应进行专门的抗滑设计和抗倾倒设计。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定连接件、吊挂连接件、穿锚连接 件和捆绑连接件可以分别是废旧钢丝绳、废旧钢筋和废旧三角带制作而成，所述支撑绳和 拉锚绳可以是废旧钢丝绳制作而成，所述立柱可以为废旧钢轨制作而成。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于根据轮胎笼消能提的具体设计，所述轮胎 笼为多个废旧轮胎按照一定的组合方式进行排列，并利用废旧三角带、废旧钢丝绳或其他 柔性材料连接并捆扎而成，轮胎笼空腔的充填应根据缓冲设计而定。
7.根据权利要求1 3、6所述的方法，其特征在于所述废旧轮胎网中的废旧轮胎与 支撑绳之间利用吊挂连接件进行缠绕式卡扣连接，废旧轮胎与锚杆之间利用拉锚绳进行缠 绕式卡扣连接，相邻废旧轮胎之间利用穿锚连接件或捆绑连接件进行相应的连接。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述橡胶土主要由废旧橡胶碎料和砂土 组成，也可掺入炉渣、泡沫塑料等轻型颗粒材料，具体的混合比例应根据轮胎笼消能提的缓 冲设计而定。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的端部挡网由废旧三角带、废旧轮胎 和废旧钢丝绳编制而成，可以利用支撑墙和端部挡墙上的固定连接件进行固定，同时与废 旧轮胎网边界处的废旧轮胎进行捆绑式连接。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于根据设计所需的规格，所述的轮胎笼可 以分块预制，废旧轮胎网也可以分片预制，将预制件运至现场即可进行组装拼接。
全文摘要
本发明提供一种利用废旧橡胶制作拦石坝的方法，该方法包括确定拦石坝主体结构的施工条件，施作拦石坝的支撑墙和端部挡墙，在墙上预埋固定连接件，在支撑墙的顶部预埋立柱，在坡脚处埋设用于固定拉锚绳的锚杆；利用废旧轮胎、废旧三角带和废旧钢丝绳来编制轮胎笼，通过不同规格轮胎笼的组合和连接来构筑一定坡度的轮胎笼消能堤，在轮胎笼的空腔内充填块石、砂土或橡胶土，利用固定连接件固定靠近拦石坝支撑墙一侧的轮胎笼，其他轮胎笼之间可以利用废旧三角带进行拴系式连接；根据拦石坝的缓冲设计，在立柱上套上足够数量的废旧轮胎，利用最上侧的废旧轮胎来固定相邻立柱之间的支撑绳；在轮胎笼消能堤表面铺设一层废旧轮胎网，其上边界为立柱之间的支撑绳，其下边界为坡脚处的锚杆，废旧轮胎网与轮胎笼消能堤之间的空隙可以利用废旧轮胎和废旧橡胶碎片进行充填；分段分步施作由支撑墙、轮胎笼消能堤及废旧轮胎网组成的坝体，在端部挡墙上方施作端部挡网。本发明不仅可大幅度提高拦石坝的滚石拦截性能，而且还通过大量废旧橡胶的消耗来实现废弃物资源化利用的国家战略目标。
文档编号E01F7/04GK102002917SQ20101052459
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者周剑, 张中俭, 张路青, 杨志法, 王学良, 秦四清, 马凤山 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所