本發(fā)明涉及到一種棚硐或明硐硐頂防崩塌落石的消能結(jié)構(gòu)，屬于道路工程及災(zāi)害防治工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在公路、鐵路等道路工程建設(shè)中，棚硐或明硐時(shí)常會(huì)出現(xiàn)在崩塌落石災(zāi)害易發(fā)區(qū)，用于防止落石對(duì)線路及人民生命財(cái)產(chǎn)造成的危害。特別是在我國山區(qū)，山坡陡峻，一旦發(fā)生落石災(zāi)害，落石對(duì)棚硐硐頂?shù)乃矔r(shí)沖擊力相當(dāng)巨大，因此，需對(duì)棚硐硐頂做特殊處理，以達(dá)到減小落石沖擊力，延長落石沖擊歷時(shí)防止棚硐被落石砸壞的目的。目前，常用的棚硐頂部防護(hù)結(jié)構(gòu)是在硐頂回填一定厚度的素填土，為使回填土達(dá)到緩沖效果，對(duì)其回填厚度具有一定要求，如我國公路鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建議回填素填土墊層不應(yīng)小于1.5米，如此厚度的回填土層，對(duì)棚硐基礎(chǔ)承載力具有很高要求，會(huì)增加施工成本，對(duì)于特殊地段，其施工難度大。此外，由于回填土層在其自重作用下會(huì)發(fā)生固結(jié)，導(dǎo)致其對(duì)落石的緩沖效果減小，其更換難度大。出于減輕棚硐頂部荷載及抵抗落石的目的，也有一些棚硐在頂部回填時(shí)加入聚苯乙烯土工泡沫板或土工格柵等材料，但其實(shí)施成本及施工難度較大，且不易更換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種輕型裝配式棚硐硐頂消能墊層防護(hù)結(jié)構(gòu)，以大幅度降低棚硐頂部消能墊層的自重，并且能有效保證消能墊層抵抗落石的沖擊能力，解決現(xiàn)有棚硐硐頂回填緩沖墊層重量大、緩沖效果不佳、不易更換等技術(shù)問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下：

棚硐硐頂防崩塌落石裝配式彈簧消能墊層防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于該輕型消能墊層結(jié)構(gòu)由彈簧消能塊組裝形成，彈簧消能塊由彈簧骨架及橡膠外殼組成，彈簧骨架安裝在橡膠外殼內(nèi)，彈簧消能塊之間用連接墊片及螺釘連接形成消能墊層，將消能墊層固定于棚硐頂部，墊層與硐頂之間設(shè)置防水層。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種由彈簧消能塊組裝形成的消能墊代替棚硐頂部回填土層，充分利用了彈簧的消能緩沖能力，并將其與橡膠外殼組合形成消能塊，極易組裝，顯著的降低了施工難度及施工成本，具有很強(qiáng)的操作性；此外，由于彈簧本身具有很強(qiáng)的彈性變形能力，將其并聯(lián)形成彈簧塊在落石沖擊荷載作用下具有較好的抗沖擊性能，能夠有效增加沖擊歷時(shí)，減小落石對(duì)硐頂?shù)臎_擊力，保證棚硐的正常運(yùn)營；并且由于用彈簧消能墊替換傳統(tǒng)的回填土層，極大減小了硐頂荷載。此外，彈簧消能墊由彈簧塊組成，當(dāng)消能墊層局部受到損壞時(shí)，對(duì)彈簧塊進(jìn)行更換操作簡單，極易進(jìn)行維修處理。因此，彈簧消能墊具有很好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及減災(zāi)效益。

作為優(yōu)選，消能塊彈簧剛度系數(shù)不應(yīng)小于10³kN/m，彈簧直徑應(yīng)在10cm-15cm之間。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是彈簧消能塊的組裝及將其組裝成消能墊層的方式如下：

彈簧消能塊為立方體形狀，由彈簧骨架及橡膠外殼組成，彈簧骨架包括彈簧、固定框架、固定圈及串聯(lián)鋼絲，將彈簧陣列在固定框架內(nèi)，與固定框架邊緣處鄰接的彈簧通過固定圈固定在固定框架上，彈簧與彈簧之間用串聯(lián)鋼絲串聯(lián)，將彈簧形成一個(gè)整體骨架；橡膠外殼包括橡膠箱及橡膠蓋板，橡膠箱頂部四個(gè)角有連接孔，用于彈簧消能塊之間的連接，橡膠箱底部開口，在橡膠箱四個(gè)面底部有裝配圓孔，在橡膠蓋板四邊端面有與橡膠箱底部四個(gè)面下端對(duì)應(yīng)的裝配圓孔，將彈簧骨架放置于橡膠箱內(nèi)，橡膠箱與橡膠蓋板通過裝配螺絲連接密封，形成彈簧消能塊。

由于橡膠外殼的作用是保證彈簧能夠整體受力及起防水作用，且橡膠在豎向上應(yīng)具有很強(qiáng)延展性，作為優(yōu)選，橡膠材料的抗拉強(qiáng)度應(yīng)在4.0-12.5MPa之間，撕裂強(qiáng)度應(yīng)在9-55kN/m之間，伸長率不應(yīng)小于100％。

彈簧消能墊層的安裝方法如下：將彈簧消能塊用連接墊片及連接螺絲連接便形成消能墊層，將彈簧消能墊層固定于棚硐硐頂之上，即用預(yù)埋于棚硐頂部四個(gè)角點(diǎn)上的預(yù)埋鋼筋貫穿彈簧消能墊層四個(gè)角點(diǎn)上的預(yù)留孔，將其固定于硐頂之上。

本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是在棚硐頂部用彈簧制作的輕型消能墊層替換傳統(tǒng)的回填土層，形成一種易于安裝更換、自重較輕及消能效果極好的棚硐頂部防護(hù)結(jié)構(gòu)，適用于崩塌落石災(zāi)害易發(fā)的棚硐建筑地段。

本發(fā)明的有益效果是：與傳統(tǒng)棚硐硐頂回填土層防護(hù)結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)消能效果較好，由于彈簧本身具有很好的緩沖性能，在落石沖擊荷載的作用下能有效延緩落石的沖擊能量，減小落石沖擊力，延長落石沖擊歷時(shí)。此外，由于該結(jié)構(gòu)由彈簧消能塊組裝形成，其中彈簧消能塊能由工廠化生產(chǎn)制作，運(yùn)送至施工場地直接進(jìn)行安裝，易于施工，能有效降低施工成本。并且當(dāng)彈簧消能墊層在使用過程中局部受損時(shí)，對(duì)其進(jìn)行更換操作簡單，能及時(shí)保證棚硐的安全運(yùn)營。

附圖說明

圖1彈簧消能塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2彈簧消能塊正向剖視圖。

圖3彈簧消能塊側(cè)向剖視圖。

圖4彈簧骨架正向視圖。

圖5彈簧骨架俯視圖。

圖6橡膠外殼正向剖視圖。

圖7橡膠外殼側(cè)向剖視圖。

圖8橡膠外殼四框俯視圖。

圖9橡膠蓋板主視圖。

圖10橡膠蓋板后視圖。

圖11橡膠蓋板俯視圖。

圖12彈簧消能塊組裝平面圖。

圖13棚硐頂部彈簧消能墊層剖面示意圖

圖14彈簧消能塊四個(gè)圓孔連接墊片主視圖。

圖15彈簧消能塊兩個(gè)圓孔連接墊片主視圖。

圖16小尺寸彈簧消能塊平面圖。

圖中：1、棚硐立柱；2、棚硐縱梁；3、棚硐硐頂；4、防水層；5、彈簧骨架；51、彈簧；52、固定框架；53、固定圈；54、串聯(lián)鋼絲；6、橡膠外殼；61、橡膠箱；611、橡膠箱頂部連接孔；612、橡膠箱底部裝配孔；62、橡膠蓋板；621、橡膠蓋板四邊端面裝配孔；7、連接螺絲；8、預(yù)埋鋼筋；9、裝配螺絲；10、彈簧消能塊兩個(gè)圓孔連接墊片，11、彈簧消能塊四個(gè)圓孔連接墊片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明裝配式輕型彈簧消能墊層防護(hù)結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的說明：

圖1至圖3給出了彈簧消能塊結(jié)構(gòu)。由圖可知，彈簧消能塊由彈簧骨架5外包橡膠外殼6組成，即將制作好的彈簧骨架5放置于橡膠箱61內(nèi)，用裝配螺絲9通過裝配孔612和621將橡膠蓋62與橡膠箱61組裝成一整體，形成密封有橡膠外殼6的彈簧消能塊。為保證橡膠外殼的完整性及連接牢固性，應(yīng)在螺絲連接處加入墊片。

圖4、圖5給出了彈簧骨架5結(jié)構(gòu)，其中彈簧骨架5由九個(gè)彈簧51、固定框架52、固定圈53、串聯(lián)鋼絲54組成，即將九個(gè)彈簧51縱橫排列置于固定框架52內(nèi)，將固定框架52與彈簧51接觸處用固定圈53固定，彈簧51內(nèi)部用串聯(lián)鋼絲54將九個(gè)彈簧51連接成一個(gè)整體，便形成彈簧骨架5。

彈簧骨架5中彈簧51的彈性系數(shù)不應(yīng)小于于10³kN/m，彈簧51長度50cm，為便于實(shí)際工程施工，可選這多種尺寸彈簧塊相間組裝使用，優(yōu)選彈簧骨架5寬度采用50cm或25cm，小尺寸彈簧消能塊平面圖如圖16所示。

圖6至圖8為橡膠箱61結(jié)構(gòu)示意圖，圖9至圖11給出了橡膠蓋板62結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知，橡膠箱61為正立方體形式，為保證彈簧消能塊之間的連接，在橡膠箱61頂部四個(gè)角設(shè)置如圖3所示的連接圓孔611，用彈簧消能塊連接墊片10及螺絲即可連接多個(gè)彈簧消能塊。在橡膠箱61四個(gè)面底部每個(gè)面設(shè)置兩個(gè)裝配圓孔612，橡膠蓋板62四邊端面每個(gè)端面設(shè)置兩個(gè)裝配圓孔621，用螺絲9貫穿裝配圓孔612及621即可將橡膠箱61和橡膠蓋板62裝配為一整體，從而保證彈簧消能塊的防水及穩(wěn)定性。

圖12為橡膠消能塊組裝平面圖，即用具有一定厚度D的彈簧消能塊連接墊片及連接螺絲7將多個(gè)彈簧消能塊組裝在一起，便形成彈簧消能墊層，其中，彈簧消能塊連接墊片由兩種規(guī)格，圖14所示的四個(gè)圓孔的墊片11用于彈簧塊內(nèi)部連接，圖15所示的兩個(gè)圓孔的墊片10用于邊側(cè)連接。此外，由于需要將組裝后的消能墊層固定于棚硐頂部，因此需對(duì)墊層四個(gè)角點(diǎn)的彈簧消能塊做特殊處理，即將四個(gè)彈簧消能塊與硐頂重合的角點(diǎn)處的圓孔至上而下貫穿，便于預(yù)埋鋼筋8穿過圓孔將墊層固定于硐頂之上。

圖13為棚硐頂部彈簧消能墊層剖面示意圖，由圖可知，彈簧消能墊層位于棚硐硐頂之上，在彈簧墊層與硐頂之間設(shè)置有防水層4，用預(yù)埋與棚硐頂部四個(gè)角點(diǎn)的鋼筋8貫穿過彈簧消能墊層四個(gè)角點(diǎn)的貫通的圓孔，便可以將彈簧消能墊層與硐頂牢固連接在一起。