一种适用谷坡泥石流及高位崩塌落石的柔性拦挡防护结构的制作方法

本发明涉及泥石流及崩塌落石，尤其是涉及一种适用谷坡泥石流及高位崩塌落石的柔性拦挡防护结构。

背景技术：

1、谷坡型泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，由于降水(暴雨、冰川、积雪融化水)在多沟谷地形或山坡上产生的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流，具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。另外，部分泥石流沟上部陡坡发育有大量高位高危危岩体，一经发生崩塌落石，沿沟谷或坡面快速滑落或滚落，冲击能量大、弹跳高度难以预测，势必对公路铁路等道路工程运营安全或人类居住主住处造成威胁。

2、针对泥石流的现场防治手段中，常常通过修建拦挡坝等结构对泥石流物质进行阻拦，但对于多谷坡地形的泥石流沟中修建拦挡坝施工难度较大，且成本较高、不易维护。另外，目前对于高位高势能危岩体主要治理手段包括原位整治及被动拦挡两种，其中传统被动拦挡技术主要以被动防护网和拦石墙为主，大量实验研究证明，这类防护结构最大承受能级只能达到5000kj，且拦挡高度较低(一般不超过6m)，对于高位高能崩塌落石防护能力有限，在高山峡谷区极易发生破损失效。因此，亟需探索能够抵抗高能级落石冲击的新型拦挡技术。

3、近年来柔性拦挡技术获得了不断发展与广泛应用，高能级柔性拦挡结构作为一种针对泥石流和高位危岩体的新型被动防治技术，主要是通过结构型式、材料组成、施工工艺等技术方面的创新，最终使其适用于拦截谷坡型泥石流物质和高位高危崩塌落石危岩体等特殊工况及应用场景，从而保护公路铁路等道路工程正常运维，维护人民财产安全。随着我国交通工程建设向高山峡谷地区推进，必将面临更多的沟谷型泥石流及高位崩塌落石防护工程问题，因此亟需开发适用于复杂山区多谷坡地形、兼顾泥石流及高位崩塌落石等不同地质灾害拦挡防护的新型高能级柔性拦挡结构。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的是提供一种适用谷坡泥石流及高位崩塌落石的柔性拦挡防护结构，能够对山体谷坡地形的高位崩塌落石和泥石流进行防护拦挡，拦挡防护网在防护等级高的基础上成本低、韧性强、易维护。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种适用谷坡泥石流及高位崩塌落石的柔性拦挡防护结构，拦挡防护网包括用于拦挡高位崩塌落石的上部拦挡防护网结构和用于拦截沟谷泥石流物质的下部拦挡防护网结构，下部拦挡防护网结构的两侧通过爬坡梁与沟谷连接，爬坡梁设置于沟谷内，爬坡梁通过反向预应力锚索一与沟谷连接；

3、上部拦挡防护网结构通过支撑桩与地梁连接，支撑桩侧向通过锚索与山体连接，地梁设置与山体坡面上，地梁通过反向预应力锚索二与山体连接；

4、拦挡防护网的底部通过混凝土结构体与山体沟谷底部连接，拦挡防护网包括若干垂直交叉设置的柔性横向钢绞线和柔性竖直钢绞线。

5、优选的，柔性横向钢绞线和柔性竖直钢绞线的垂直交叉处通过卡扣连接，柔性横向钢绞线和柔性竖直钢绞线均为npr钢绞线，柔性横向钢绞线包括横钢绞线一、横钢绞线二，横钢绞线一均设置在横钢绞线二的上方。

6、优选的，垂直交叉设置的横钢绞线一和柔性竖直钢绞线构成上部拦挡防护网结构，垂直交叉设置的横钢绞线二和柔性竖直钢绞线构成下部拦挡防护网结构。

7、优选的，横钢绞线二与爬坡梁固定连接，爬坡梁上设置有锚索孔一，反向预应力锚索一的一端设置在锚索孔一内，反向预应力锚索一的另一端与沟谷锚固连接。

8、优选的，横钢绞线一通过支撑桩连接，横钢绞线一侧与地梁连接，地梁上设置有锚索孔二，反向预应力锚索二的一端设置在锚索孔二内，反向预应力锚索二的另一端与山体锚固连接。

9、优选的，支撑桩的底部通过桩基础与山体连接，支撑桩侧面设置有锚索孔三，锚索的一端设置于锚索孔三内，锚索的另一端与山体锚固连接。

10、优选的，相邻横钢绞线一之间的间距大于相邻横钢绞线二之间的间距。

11、优选的，相邻的横钢绞线一之间的间距满足以下关系：

12、

13、其中，m为相邻横钢绞线一之间的间距，n为横钢绞线一的数量，v为崩塌落石的当量体积；

14、横钢绞线一的数量n满足以下关系：

15、mgh≤n(q1+q2)

16、

17、q2＝f2×l×(δ2-δ1)

18、其中，m为崩塌落石的质量，h为落石崩落位置到碰撞冲击拦挡防护网接触位置的高差，q1为单束横钢绞线一的塑性阶段做功，q2为单束横钢绞线一的破坏阶段做功，f1为施加在单束横钢绞线一的初始预紧力，f2为单束横钢绞线一的屈服临界力，l为单束横钢绞线一的长度，δ0为单束横钢绞线一预紧拉伸率，δ1为单束横钢绞线一进入屈服状态的延伸率，δ2为单束横钢绞线一破坏时的延伸率，g为重力加速度。

19、优选的，相邻的横钢绞线二之间的间距满足以下关系：

20、d≤n/(d+1)

21、其中，d为每米内所需布设的横钢绞线二的根数，n为抵消冲击能量所需横钢绞线二的数量，d为泥石流中块石的平均粒径(m)；

22、横钢绞线二的数量n满足以下关系：

23、

24、

25、w2＝f2×l×(δ2-δ1)

26、其中，v为泥石流块石物质冲击速度，w1为单束横钢绞线二弹性阶段吸收能量，w2为单束横钢绞线二塑性阶段吸收能量，f1为施加在单束横钢绞线二的初始预应力，f2为单束横钢绞线二的屈服力，l为单束横钢绞线二的长度，δ0为单束横钢绞线二预紧拉伸率，δ1为单束横钢绞线二进入屈服状态的延伸率，δ2为单束横钢绞线二破坏时的延伸率。

27、本发明还提供了一种适用谷坡泥石流及高位崩塌落石的柔性拦挡防护结构施工方法，包括以下步骤：

28、步骤一，在谷坡坡面上钻取孔放置反向预应力锚索二，在沟谷内钻取孔放置反向预应力锚索一；

29、步骤二，沿谷坡坡面上反向预应力锚索二排布方向完成地梁钢筋绑扎及混凝土浇筑，并沿地梁上设置的锚索孔二完成反向预应力锚索二预应力施加；沿沟谷内反向预应力锚索一排布方向完成爬坡梁钢筋绑扎及混凝土浇筑，并沿爬坡梁上设置的锚索孔一完成反向预应力锚索一预应力施加；

30、步骤三，山体上施工钢筋混凝土支撑桩，支撑桩侧面施加锚索与山体连接；

31、步骤四，制备柔性横向钢绞线，依据实际山体沟谷，将横钢绞线二与爬坡梁连接，施加预应力，将横钢绞线一通过支撑桩与地梁连接，施加预应力；

32、步骤五，制备柔性竖直钢绞线，柔性竖直钢绞线采用卡扣与横钢绞线一、横钢绞线二垂直交叉连接，完成拦挡防护网施工；

33、步骤六，拦挡防护网底部通过浇筑混凝土结构体完成与山体沟谷底部的连接。

34、因此，本发明采用上述一种适用谷坡泥石流及高位崩塌落石的柔性拦挡防护结构，具有以下有益效果：

35、(1)本发明的拦挡防护网下部两侧通过爬坡梁与山体沟谷连成一体，拦挡防护网底部通过混凝土结构体与沟谷底部连成一体，能够在沟谷内形成稳定的拦挡防护结构；拦挡防护网上部横向通过支撑桩、地梁与谷坡坡面的山体连成一体，支撑桩纵向通过锚索与山体连为一体，保证拦挡防护网在增加防护高度的同时，整体稳定性良好，不仅能够应对高位落石的冲击，而且能够对泥石流进行防护，安全性更高；

36、(2)本发明的拦挡防护网的柔性横向钢绞线与柔性竖直钢绞线均采用npr钢绞线，韧性和延展性更好，上部拦挡防护网相邻的柔性横向钢绞线和下部拦挡防护网相邻的柔性横向钢绞线间距不同，从而造成拦挡防护网的疏密不同，密集布置的下部拦挡防护网能够拦挡低位泥石流小颗粒物质，稀疏布置的上部拦挡防护网能够拦挡高位高能级崩塌落石，防护性更加广泛。

37、(3)本发明拦挡防护网上柔性横向钢绞线和柔性竖直钢绞线垂直交叉处通过卡扣连接，便于安装拆卸，单束或多束钢绞线损坏后容易更换，易于维修且无需更换整个拦挡防护网，维修成本更低。

38、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。