特大高位泥石流自复位耗能拦挡结构及实施方法与流程

本发明涉及一种泥石流拦挡工程技术，尤其是一种特大高位泥石流自复位耗能拦挡结构及其实施方法，属于地质灾害防治安全技术领域，广泛适用于高陡山区内特大高位泥石流的防治。

背景技术：

目前，特大高位泥石流拦挡工程中较为主流的结构形式是重力坝、格栅坝、桩林坝、桩梁坝等，其中桩林及桩梁坝兼具水石分治和抵抗大块石冲击的优点，已在甘肃舟曲三眼峪沟、罗家峪沟、四川清平文家沟、宝兴冷木沟等特大泥石流治理工程中得到成功应用。

由于特大高位泥石流中大块石的冲击力巨大，特大高位泥石流拦挡工程中结构的截面面积一般需要设计成较大值，并往往通过增设连系结构和较厚的筏基，使其形成整体刚度很强的组合式结构，这在力学上是完全满足泥石流治理设计要求的。但如果长期多次遭受大块石“硬碰硬”动力撞击，结构材料必会造成不可逆的损伤累积与渐进破坏，增加了维护难度和成本。

因此迫切需要研究一种既能水石分治、抵抗大块石的冲击，又能考虑耗能减振的新型结构，提高结构的耗能能力，减少结构由于瞬时碰撞而引起的应力突变和损伤。

特大高位泥石流防治具有重要的社会意义和经济价值。我国西部山区高位泥石流沟较为发育，若拦挡结构不能长期持续抵抗泥石流中大块石冲击，将易形成大规模的高位高速泥石流，冲毁下游房屋，堵塞下游河道，危害巨大。此外，对于一个爆发了高位泥石流的沟道，则需立即投入工程进行应急治理，防止泥石流的进一步集群性爆发。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述问题，通过设置分离式桩梁坝和增设隔震装置及预应力锚索，提出一种新型的自复位耗能拦挡结构，从而增加桩体的耗能和防撞击能力。

本发明的目的以及解决其技术问题可以通过以下技术方案来实现。

依据本发明提出的特大高位泥石流自复位耗能拦挡结构，包括：两排钢筋混凝土桩、连系梁、片筏基础、预应力锚索、阻尼材料。第一排钢筋混凝土为分离式桩结构，包括两部分：前端弧形桩体和尾部矩形桩体，第二排钢筋混凝土桩截面为矩形、片筏基础亦为钢筋混凝土结构。连系梁根据所在位置，划分成4种：第一连续梁(3-1)、第二连续梁(3-2)、第三连续梁(3-3)、第四连续梁(3-4)，第一排矩形桩体之间用第一连系梁(3-1)连接；第一排矩形桩体与山体之间用第二连系梁(3-2)连接，此外第二连系梁(3-2)需嵌固到山体内1.5m；第一排桩矩形桩体与第二排矩形桩通过第三连系梁(3-3)连接；第二排矩形桩体之间用第四连系梁(3-4)连接。

第一排弧形桩体、第一排矩形桩体和第二排矩形桩体都与片筏基础整体浇筑；第一排弧形桩体和片筏基础通过多排竖向无粘结预应力锚索贯通相连；第一排弧形桩体和矩形桩体之间分离，并填筑防腐蚀橡胶阻尼材料。

第一排分离式桩结构中的弧形桩体与矩形桩体的分离截面宽度和高度一致，桩宽2～3m。弧形桩体的水平长度，即分离截面至弧形顶点的水平距离为0.5～1.0m。矩形桩体的水平长度为2～3m。

弧形桩体的弧形外侧设置多道外凸圈梁，圈梁截面呈圆弧形，多道圈梁的相邻圈梁间隔距离约2～4m，可在现场浇筑混凝土梁或由预制弧形钢梁锚固形成。

弧形桩体中的多排竖向无粘结预应力锚索嵌固在混凝土片筏基础内部。锚索上部在弧形桩体表面用锚固螺栓锚固，并在外面用锚盖保护锚头。

弧形桩体中的多排竖向无粘结预应力锚索布置方式为直线型，或布置为弧形，与弧形桩体的外侧弧形形状一致。

弧形桩体和矩形桩体填筑阻尼材料也可为eps或其它复合阻尼材料，并可增加多组弹簧。弧形桩体和矩形桩体间的距离为50mm。

有益效果

实施所述结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步骤：在沟道弯道或收口段进行测量放线，确定片筏基础、桩的位置；第二步骤：施工钢筋混凝土片筏基础；开挖至设计深度，布设模板，放钢筋笼，浇注筏基础；

第三步骤：施工钢筋混凝土桩结构；绑扎钢筋，布设模板，浇筑第一排、第二排钢筋混凝土桩；其中，在第一排前端弧形桩体与矩形桩体直接预留阻尼填筑缝，并在第一排前端弧形桩体内部预留锚索通道，并埋好内锚头，锚头与锚索连接；

第四步骤：施工钢筋混凝土水平连系梁结构，绑扎钢筋，布设模板，靠山侧嵌入段水平连系梁先造孔，再放入钢筋笼，浇筑混凝土；

第五步骤，待混凝土强度增强后，张拉锚索，形成预应力。

本发明特大高位泥石流自复位耗能拦挡结构，具有以下效果：

(1)在拦挡结构起到水石分治、抵抗大块石作用的基础上，进一步提高了结构的耗能减振能力，提高了结构的使用寿命。将拦挡结构防洪抗冲标准从20年一遇提高到50年一遇，结构的使用寿命甚至可延长至60年；

(2)在拦挡结构遭受巨石多次撞击而变位时，能通过千斤顶和多排竖向无粘结预应力锚索达到复位的效果，增加了结构的防撞击复位能力，使得变形在20～50cm范围内可以完全复位。

(3)拦挡结构正面的多道外凸圈梁能对巨石有尖点劈裂作用，使得巨石更易破碎，从而分散对主体结构的撞击能量。

(4)治理程序清晰，可操作性强；

(5)用于已发生高位泥石流的沟道进行治理，防止了进一步集群性爆发泥石流，减轻了对下游场地破坏。

综上所述，本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的技术方法。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，同时可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳的实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的特大高位泥石流自复位耗能拦挡结构平面布置示意图；

图2为图1中i-i截面图；

图3为图1中ii-ii截面图；

1-1、第一排弧形桩体，1-1-1、填筑的阻尼材料，1-1-2、锚盖，1-1-3、外凸圈梁，1-1-4、锚固螺栓，1-1-5、竖向无粘结预应力锚索，1-2、第一排矩形桩体，2、第二排矩形桩，3-1、第一排桩间的第一连系梁，3-2、第一排桩与山体之间的第二连系梁，3-3、第一、二排矩形桩间的第三连系梁，3-4、第二排桩间的第四连系梁，4、片筏基础。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对特大高位泥石流自复位耗能拦挡结构作进一步详细描述。

由图1所示的特大高位泥石流自复位耗能拦挡结构平面布置示意图并结合图2、3看出，依据本发明提出的特大高位泥石流自复位耗能拦挡结构，包括：两排钢筋混凝土桩、连系梁、片筏基础、预应力锚索、阻尼材料。第一排钢筋混凝土为分离式桩结构，包括两部分：前端弧形桩体和尾部矩形桩体，两者之间距离为50mm，中间可填筑阻尼材料，阻尼材料可为eps或其它复合阻尼材料，并可增加多组弹簧。第二排钢筋混凝土桩截面为矩形、片筏基础亦为钢筋混凝土结构。连系梁根据所在位置，划分成4种：第一连续梁(3-1)、第二连续梁(3-2)、第三连续梁(3-3)、第四连续梁(3-4)，第一排矩形桩体之间用第一连系梁(3-1)连接；第一排矩形桩体与山体之间用第二连系梁(3-2)连接，此外第二连系梁(3-2)需嵌固到山体内1.5m；第一排桩矩形桩体与第二排矩形桩通过第三连系梁(3-3)连接；第二排矩形桩体之间用第四连系梁(3-4)连接。第一排弧形桩体、第一排矩形桩体和第二排矩形桩体都与片筏基础整体浇筑；第一排弧形桩体和片筏基础通过多排竖向无粘结预应力锚索贯通相连；第一排弧形桩体和矩形桩体之间分离，并填筑防腐蚀橡胶阻尼材料。第一排分离式桩结构中的弧形桩体与矩形桩体的分离截面宽度和高度一致，桩宽2～3m。弧形桩体的水平长度，即分离截面至弧形顶点的水平距离为0.5～1m。矩形桩体的水平长度为2～3m。弧形桩体的弧形外侧设置多道外凸圈梁，圈梁截面呈圆弧形，多道圈梁相邻间隔距离约2～4m，可在现场浇筑混凝土梁或由预制弧形钢梁锚固形成。弧形桩体中的多排竖向无粘结预应力锚索嵌固在混凝土片筏基础内部。锚索上部在弧形桩体表面用锚固螺栓锚固，并在外面用锚盖保护锚头。弧形桩体中的多排竖向无粘结预应力锚索布置方式为直线型，或布置为弧形，与弧形桩体的外侧弧形形状一致。

实施例：施工地区情况：泥石流沟道高差2.5km，沟道长6km，两岸大量发育崩塌、滑坡等地质灾害，历史上流速高达2000m³/s，其固体物源丰富，块石体积最大达500m³，块石的冲击力巨大。具体施工步骤如下。第一步骤：测量定位。根据设计要求，一般在沟道弯道、收口段进行测量放线，确定片筏基础、桩的位置；第二步骤：施工钢筋混凝土片筏基础。开挖至设计深度，布设模板，放钢筋笼，浇注筏基础；第三步骤：施工钢筋混凝土桩结构。绑扎钢筋，布设模板，浇筑第一排、第二排钢筋混凝土桩。其中，在第一排前端弧形桩体与矩形桩体直接预留50mm阻尼填筑缝，并在第一排前端弧形桩体内部预留锚索通道，一般用套管，并埋好内锚头，锚头与锚索连接，此外，弧形桩体弧形部分钢筋加密，并引出用于制作外部圈梁的钢筋；第四步骤：施工钢筋混凝土水平连系梁结构，绑扎钢筋，布设模板，靠山侧嵌入段水平连系梁需要用电钻先造孔，再放入钢筋笼，浇筑混凝土；第五步骤，待混凝土强度增强后，张拉锚索，形成预应力，并在阻尼填筑缝内重填阻尼材料。也可在第三步骤中，在阻尼填筑缝内预先放入制作好的含多组弹簧的阻尼材料板。