專利名稱：新型抗?jié)L石沖擊的復(fù)合材料防護(hù)墊層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)，特別適合于滾石災(zāi)害防治結(jié)構(gòu)抗?jié)L石沖 擊的一種經(jīng)濟(jì)、有效的防護(hù)新結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
滾石在我國(guó)山區(qū)，特別是西部山區(qū)公路沿線隨處可見(jiàn)，分布范圍極廣，它發(fā) 生突然、頻率高，防不勝防，對(duì)其危害范圍內(nèi)的各種公路構(gòu)筑物如公路路面、 橋梁、隧道進(jìn)出口、明洞、棚洞等；人類活動(dòng)如行駛車輛、過(guò)往人群等構(gòu)成了 嚴(yán)重的威脅，已成為繼滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害之后的又一大地質(zhì)災(zāi)害。
現(xiàn)如今對(duì)滾石的防治結(jié)構(gòu)主要有主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、滾石棚、滾石 擋墻等防治措施。對(duì)于重要路段對(duì)滾石的防治多采用滾石棚防護(hù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能 有效的防治滾石對(duì)路面、橋面、隧道進(jìn)出口等重要工程的破壞，但是滾石同樣能 對(duì)滾石棚造成沖擊破壞，為防止?jié)L石對(duì)滾石棚的沖擊， 一般在滾石棚上覆蓋一層 緩沖消能墊層。
F. Delho咖e ， M. Mo誦essin ， J. P. Mougin, P. Perrotin等提出了一種新的 防滾石結(jié)構(gòu)，它由能吸收滾石沖擊能量的支撐系統(tǒng)和鋼筋混凝土板組成(見(jiàn)圖l)， 與傳統(tǒng)的防滾石結(jié)構(gòu)(覆蓋土層)不同的是，這種新型結(jié)構(gòu)必須按照動(dòng)荷載進(jìn)行 設(shè)計(jì)。并實(shí)施了l/3原型結(jié)構(gòu)尺寸大小的防滾石結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明防滾石 結(jié)構(gòu)可能發(fā)生三種破壞模式混凝土沖擊破壞、沖切破壞和彎曲破壞，作者集中 討論了沖切破壞，并建議了一個(gè)簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
在滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)上覆蓋一定厚度的砂墊層能有效吸收大部份滾石沖擊能量， 起到緩沖作用，減輕滾石沖擊荷載對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)的沖擊。S.Kawahara, T. Muro以風(fēng) 化花崗巖土層為對(duì)象，通過(guò)一系列的室內(nèi)試驗(yàn)，研究了墊層干密度、墊層厚度對(duì) 滾石沖擊響應(yīng)的響應(yīng)，結(jié)果表明作用在墊層上的沖擊壓力隨著墊層干密度的增 加而增大，與墊層厚度關(guān)系不大；而施加在防護(hù)結(jié)構(gòu)上的沖擊壓力隨墊層干密度 的增加而增大，隨墊層厚度的長(zhǎng)大而快速減少。
覆蓋在滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)上的礫石土是一種很好的吸能材料，為研究其防護(hù)效果，B. Pichler， CH. Hellmich & H. A. Mang采用量綱分析理論建立滾石沖擊深度、沖 擊持續(xù)時(shí)間、沖擊力與滾石形狀、質(zhì)量、沖擊高度之間的無(wú)量綱參數(shù)關(guān)系，以此 為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原型試驗(yàn)。試驗(yàn)采用了三種形狀、不同質(zhì)量的花崗巖作為滾石，滾石 沖擊高度20m。根據(jù)一系列的試驗(yàn)結(jié)果，推導(dǎo)了滾石沖擊動(dòng)力模型，并給出了滾石 沖擊持續(xù)時(shí)間、沖擊力的一系列圖表供設(shè)計(jì)參考。
N. Kishi， H. Konno， K， Ikeda， K. G. Matsuoka采用兩種日本高速公路上常用 的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)型式(原型倒置L型框架結(jié)構(gòu)和原型剛性框架 結(jié)構(gòu))進(jìn)行滾石沖擊試驗(yàn)，研究預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)的極限抗沖擊能 力。沖擊荷載采用慣性力和自由落體兩種方式施加，滾石用3000/5000kg鋼錘模 擬，直接沖擊覆蓋90cm厚砂墊層的原型防護(hù)結(jié)構(gòu)中部，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明(l)全剛 性框架防護(hù)結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力是倒置L型框架防護(hù)結(jié)構(gòu)的1. 7倍；(2)全剛性框 架防護(hù)結(jié)構(gòu)能有效地分散作用在整體結(jié)構(gòu)上的集中荷載；(3)基于許用應(yīng)力設(shè)計(jì) 的兩種滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)極限抗沖擊承載力是試驗(yàn)結(jié)果的3_5倍。
目前滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)緩沖墊層材料多采用砂墊層或礫石土墊層，厚度在2-3米 之間。從實(shí)用效果看，墊層材料存在以下問(wèn)題這些材料的緩沖吸能效果不佳， 同時(shí)，較大的墊層厚度增加了作用在滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載壓力，進(jìn)而增加了滾 石防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載，造成滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)投資偏高。因此，本新型針對(duì)這一問(wèn) 題，提出了一種新型抗?jié)L石沖擊的復(fù)合材料墊層結(jié)構(gòu)，不但能大幅度吸收滾石沖 擊能量，較小滾石沖擊力，而且墊層重量非常輕，可以大大降低施加在滾石防護(hù)

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型抗?jié)L石沖擊的復(fù)合材料防護(hù)墊層結(jié)構(gòu)，旨 在解決目前滾石防護(hù)抗沖擊墊層材料緩沖效果不佳，自身重量較大，滾石防護(hù)結(jié)
構(gòu)投資偏高的技術(shù)難題，提出一種更為經(jīng)濟(jì)、安全、輕型的新型滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)緩 沖墊層結(jié)構(gòu)，減小滾石沖擊力，降低滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)的投資。
本新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種新型抗?jié)L石沖擊的復(fù)合材料防護(hù)墊層結(jié)構(gòu)， 現(xiàn)澆鋼筋混凝土滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)的面層上預(yù)埋鋼筋形成支撐骨架，在支撐骨架上設(shè) 置面層鋼板，在面層鋼板和現(xiàn)澆面層之間充填一定密度的泡沫塑料以形成緩沖墊 層。
本實(shí)用新型的有益效果是1、 能夠有效的減小滾石對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)的沖擊力，有非常好的吸收滾石沖擊能量 的效果。
2、 復(fù)合材料墊層結(jié)構(gòu)重量輕，可以大大降低施加在滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載。
3、 采用這種新型滾石防護(hù)緩沖墊層結(jié)構(gòu)，能大幅度降低滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)的投資。
4、 該新型符合材料墊層結(jié)構(gòu)，施工簡(jiǎn)單、工藝成熟。
與一般的砂墊層、礫石土墊層相比，本新型復(fù)合材料墊層結(jié)構(gòu)具有吸能效果 顯著，重量輕的特點(diǎn)。


附圖是本實(shí)用新型的示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)附圖(圖中示出公路路面5和自然坡面6)，新型抗?jié)L石沖擊的復(fù)合材料 防護(hù)墊層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)的面層1上預(yù)埋鋼筋2形成支撐骨 架，在支撐骨架上設(shè)置面層鋼板3，在面層鋼板和現(xiàn)澆面層之間充填一定密度的泡 沫塑料4以形成緩沖墊層。泡沫塑料為聚胺酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料或聚 氯乙烯泡沫塑料。形成支撐骨架的鋼筋均布在現(xiàn)澆面層上。聚苯乙烯泡沫塑料為 以聚苯乙烯樹(shù)脂為基礎(chǔ)的泡沫塑料，發(fā)泡后的體積可達(dá)原來(lái)體積的40 60倍。閉 孔結(jié)構(gòu)，吸水性特別低、抗壓強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性低、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好。聚氯乙烯泡沫塑 料分為軟質(zhì)和硬質(zhì)兩種，每種又分為開(kāi)孔型和閉孔型?？蛇x用開(kāi)孔型軟質(zhì)聚氯乙 烯泡沫塑料，軟而富彈性，變形小，耐壓，耐水，耐熱，耐腐蝕。但最好還是選 用聚胺酯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料。
實(shí)施例采用在上下兩層間距為600cm的鋼板(厚20mm)之間焊接上HBPR25 的支撐鋼筋，以連接并支撐上下兩塊鋼板，再在兩塊鋼板的空隙之中填充聚胺酯 輕型緩沖材料，然后，將該結(jié)構(gòu)直接布設(shè)于滾石防護(hù)棚結(jié)構(gòu)之上。
技術(shù)原理當(dāng)有滾石以一定的動(dòng)能沖擊滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)上時(shí)，滾石的沖擊沖擊 能轉(zhuǎn)化為以下幾部分①頂層鋼板面層的彈塑性變形；②關(guān)鍵骨架的壓縮變形能； ③聚氨酯塑料泡沫的壓縮變形；④滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)橫梁的彎矩變形能。其中大部分 能量被符合材料墊層結(jié)構(gòu)吸收，使得該結(jié)構(gòu)能夠有效的抵抗?jié)L石的沖擊破壞，減 少滾石對(duì)滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)的危害。
權(quán)利要求1、一種新型抗?jié)L石沖擊的復(fù)合材料防護(hù)墊層結(jié)構(gòu)，包括，現(xiàn)澆鋼筋混凝土滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)(1)，其特征是所述現(xiàn)澆鋼筋混凝土滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)(1)的面層上預(yù)埋鋼筋(2)形成支撐骨架，在支撐骨架上設(shè)置面層鋼板(3)，在面層鋼板和現(xiàn)澆面層之間充填一定密度的泡沫塑料(4)以形成緩沖墊層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述新型抗?jié)L石沖擊的復(fù)合材料防護(hù)墊層結(jié)構(gòu)，其特征是所述泡沫塑料為聚胺酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料或聚氯乙烯泡沫塑料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述新型抗?jié)L石沖擊的復(fù)合材料防護(hù)墊層結(jié)構(gòu)，其特征是所述形成支撐骨架的鋼筋均布在現(xiàn)澆面層上。
專利摘要一種新型抗?jié)L石沖擊的復(fù)合材料防護(hù)墊層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)的面層上預(yù)埋鋼筋形成支撐骨架，在支撐骨架上設(shè)置面層鋼板，在面層鋼板和現(xiàn)澆面層之間充填一定密度的泡沫塑料以形成緩沖墊層。它具有施工簡(jiǎn)單、重量輕、吸能效果顯著的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E01D19/12GK201330361SQ20082022368
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者何思明, 渝 羅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所