拦石墙设计规范讨论稿.doc

前 言本规范是根据国土资源部地质环境司委托的要求编制而成。规范编制组经过广泛的调查研究，结合我国危岩体和坡面滚石被动防护墙的实践经验，参考国内外相关标准，在广泛征求意见的基础上，反复讨论、修改、充实，最后经审查定稿。本规范共分为13章，主要内容包括：1适用范围、2规范性引用文件、3术语和符号、4总则、5基本规定、6落石计算、7拦石墙稳定性验算、8圬工拦石墙、9桩板式拦石墙、10加筋土拦石墙、11格宾石笼拦石墙、12拦石网、13检验与监测。本规范以黑体字为标志的条文为强制性条文，必须严格执行。本规范由国土资源部负责管理和对强制性条文的解释，由四川省一三五勘察设计有限公司和成都理工大学负责具体技术内容的解释。在执行本规范的过程中，希望各单位结合工程实践，认真总结经验，积累资料。如有意见和建议，请寄送至 主 编 单 位： 四川省一三五勘察设计有限公司 成都理工大学参 编 单 位： 四川省华地建设工程有限责任公司 山东大学 四川煤田地质一三七总公司本规范主要起草人员：戴敬儒 何青云 刁建钟 杨光清 曹克文 刘世勇 何明阳 寇正中 裴向军 王刚 赵松江 张远明 郝红兵 李胜伟 曹楠 李术才 李利平 张乾青 许振浩 陈照雄 刘德兵 王泽均 谭春洋 王波本规范主要审查人员：引 言1、适用范围本规范适用于一般地形地质条件下拦石墙、拦石网的设计、检验和监测等工作。特殊条件下的拦石墙、拦石网设计应结合当地工程经验应用本规范。2、规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用上述文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。XXXXXX3、术语和符号圬工拦石墙 Masonryretaining wall以砼、石材等构筑的阻挡危岩体和坡面滚石的被动防护墙桩板式拦石墙 Sheet pileretaining wall在桩间设拦石板等结构阻挡危岩体和坡面滚石的被动防护墙加筋土拦石墙 Reinforced soilretaining wall由墙面系、拉筋和填土共同组成的阻挡危岩体和坡面滚石的被动防护墙格宾石笼拦石墙 The stone cagegabionretaining wall由网箱和填充石料共同组成的阻挡危岩体和坡面滚石的被动防护墙拦石网 Rockfall restraining net由钢绳网、锚杆、钢柱、上下拉锚绳、消能环、底座及上下支撑绳等部件构成的阻挡危岩体和坡面滚石的防护体系4、总 则1.0.1 为了科学合理的制定各类拦石墙工程设计方案，促进拦石墙设计标准的统一，规范国土行业内拦石墙设计文件的编制，提升拦石墙设计成果的质量，制定本规范。1.0.2 拦石墙工程的设计实施应贯彻国家技术和经济政策，广泛收集资料，综合考虑现场地形地质条件，认真进行调查研究和方案比选。1.0.3 拦石墙的设计应符合下列要求：1 应满足在各种设计荷载组合下墙体结构的强度和稳定性要求；2 结构类型的选择及设置位置的确定应适宜、安全可靠、经济合理、便于施工养护。结构材料应符合耐久性要求。3 必须进行危岩体、落石的情况调查，获取必要的岩土物理力学参数。1.0.4 拦石墙工程除了应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。补充第5章总则6、落石运动路径计算方法（参见日本规范）（落石计算公式能否与第11章的计算公式相统一和简化）1. 基本假定 鉴于落石运动过程的复杂性，在对其进行路径和运动特性参数计算分析时引入一些假定。1) 落石假定为绕其短轴运动的圆柱体，该柱体长度为落石实际块体长边，圆柱半径为实际块体短轴外接圆半径。2) 不考虑多落石之间的相互碰撞影响，以及落石运动过程中的可能分解，为单块落石计算模式。3) 不考虑空气阻力和升力的影响。4) 落石在二维平面内运动，则圆柱体简化为一个有等价质量，等效转动惯量的圆盘。5) 以落石起动点为原点，将落石运动坡面按实际坡度变化和波表地质条件，分解为逐段线性的坡表，以便于求解和计算参数赋值。6) 将落石运动过程分解为空中飞行，碰撞和坡面滚动三种基本模式进行其运动速度，弹跳高度，运动路径和全过程运动路径求解。2. 运动路径及运动特性参数计算方法（1） 飞行段运动参数计算 落石飞行阶段是落石在空中下落或碰撞反弹后的运动状态，在不计空气阻力和升力时，实际为重力作用下的抛物或自由落体运动。图1.落石飞行计算模式 坐标原点x坐标同落石起始运动点，y坐标为计算剖面最小y值。落石起始运动处为落石质心，设第i个飞行起始位置落石质心速度为vi，相应速度分量为（vix,viy），该位置质心坐标为（xi,yi），后续任意位置质心坐标为（xi+1，yi+1），后续落石飞行过程中任意时刻速度为vi+1，则相应速度分量为（v(i+1)x,v(i+1)y），由于忽略同空气间的作用，落石飞行过程中仅受重力作用，则根据运动学原理，落石质心运动轨迹为 xi+1=xi+tvix （1.1） yi+1=yi+tviygt2消去t该轨迹方程可以表达为 yi+1=yi+（）.viy-g（）2 （1.2）式中，g为重力加速度，取9.81m/s2。后续任意时刻速度v(i+1)x和v(i+1)y可表示为 v(i+1)x=vix （1.4） v(i+1)y=viy+g() 将落石运动坡面分解为逐段线性的单一坡面，以（Xj,Yj）表示坡表分段直线各拐点坐标，则第j段坡面方程可表达为 = （1.7）在（XjXj+1）范围内任意时刻落石质心对应坡面纵坐标可表示为 yj=Yj- tgj(x-Xj) （1.8） 由可知，相应任意时刻落石质心纵坐标可表示为 yi+1=yi+()viy-g()2 （1.9）则落石运动路径任意点弹跳高度为 hi=yi+1-yj=yi+()viy-g()2-yi-()viy+g()2 （1.10）飞行阶段直至落石同某一坡段发生接触碰撞为止。 若xi+1(Xj,Xj+1),且定义(xp,yp)为落石同坡表的撞点坐标，则该坐标同时满足方程(1.2）,（1.7），联立式（1.2）,（1.7）可解的(xp,yp) ，若在该坡段内无解，则向下一坡段继续搜寻碰撞点。将解得的碰撞点坐标带入(1.4)可到碰撞点入射速度 v(i+1)x=vix （1.11） v(i+1)y=viy+g()相应合速度方向同水平方向角为 tani= （1.12） V(i+1)= （1.13）该速度即为碰撞阶段的输入条件。 在飞行阶段，给定坡表方程和落石初始位置、初始运动参数后，可以求得任意时刻落石的运动参数和运动路径。（2） 碰撞过程 碰撞过程是落石运动特性急剧变化的一个过程，通常带来一定的动能损失，以及速度方向，角速度都急剧变化，是落石运动特性计算重要控制环节，而且落石同坡表接触碰撞后是发生反弹还是进入坡面滚动状态也是影响落石后续运动的关键。碰撞模式的计算 用下列模式求解碰撞过程及相关运动参数。 图2.碰撞阶段计算模式 落石在j段坡表发生碰撞，入射角速度为wb，入射角速度为vb，其相应水平、竖直方向速度分量分别为vbx，vby，其沿坡表法向和切向速度分量分别为vbn，vbt；反射速度为va,其相应水平、竖直方向速度分量为vax，vay,其沿坡表法向和切向速度分量分别为van，vat,引入法向和切向恢复系数，则有 van=envan （公式是否有误） （3.1） vat =et vat （公式是否有误） （3.2）式中，vbn、vbt可由入射速度的水平和竖直分量通过坐标转换得到 vbn=-vaxsinj+vbycosj （3.3） vbt=vbxcosj+vbysinj可得到反弹后法向和切向速度分量 van=(-vbxsinj+vbycosj)en （3.4） vat =(vbxcosj+vbysinj)et再做一次坐标转换，由 （3.4） 式可得到反弹速度沿水平和竖直方向的分量 vax=vansinj+vatcosj （3.5） vay=vatsinj-vbncosj即 vax=(etcos2j-ensin2j)vbx+(en+et)cosjsinjvby （3.6） vay=(-etsin2j+encos2j)vby-(en+et)cosjsinjvbx 反弹后速度可表示为 va= （3.7） 由（3.7）式得到反弹速度后，便可以碰撞点为起点，进行新的一个飞行和下一次碰撞过程计算，或者进入坡面运动计算。表1.恢复系数取值坡面特征法向恢复系数切向恢复系数光滑岩石面、铺切面、喷射混凝土表面、圬工表面0.25-0.750.88-0.98软岩面、强风化硬岩表面0.15-0.370.75-0.95块石堆积坡面0.15-0.370.75-0.95密实碎石堆积、硬土坡面，植被发育，以灌木为主0.12-0.330.30-0.95密实碎石堆积坡面、硬土坡面，无植被或少量杂草0.12-0.320.65-0.95松散碎石坡面、软土坡面，植被发育以灌木为主0.10-0.250.30-0.80软土坡面，无植被或少量杂草0.10-0.300.50-0.80(3)后续弹跳与坡面的判别 落石发生碰撞后，后续运动有两种可能，一是反弹后进入新的飞行状态，另外就是进入坡面滚动状态。以反弹高度和反弹后速度大小作为判别依据，认为当反弹高度和反弹后速度小到一个设定的标准时，落石便进入滚动状态。hmax= +R （4.1）则有hmax（该阶段内最大弹跳高度）2R时，不再进行弹跳计算，而进入坡面滚动状态，（为什么是2R，3R、4R可以吗）在实际工程运用中，若落石的尺寸较小，为避免繁复的计算过程可以提高判别标准，以满足工程需要为原则。（3） 坡面运动计算 假定落石在坡面运动为滚动，直至滚动摩擦导致动能损耗而停止，或者由于坡形的改变进入下一阶段，或者发生后续的碰撞。由于不考虑滑动模式，则该圆柱状落石滚动为无滑滚动，有 vi= (5.7) tand为滚动摩擦系数，相应的d称为摩擦角。通过滚动摩擦功能原理，则可求得自滚动起点至任意位置s的速度vi表2. 滚动摩擦系数建议取值坡面特征滚动摩擦系数光滑硬岩面、铺切面、喷射混凝土表面、圬工表面0.3-0.6软岩面、强风化硬岩表面0.4-0.6块石堆积坡面0.55-0.70密实碎石堆积坡面、硬土坡面，植被发育，以灌木为主0.55-0.85密实碎石堆积坡面、硬土坡面，无植被或少量杂草0.50-0.75松散碎石坡面、软土坡面，植被发育以灌木为主0.50-0.85软土坡面，无植被或少量杂草0.50-0.85当tantand时，落石作加速运动。3. 落石冲击力（参见混凝土规范）落石最大冲击力采用以下公式计算 P=2.108m2/3H3/5式中，m 落石质量（t） 拉梅系数，建议取1000kpa H 落石自由下降高度(m) 7、拦石墙（挡土墙）稳定性验算1. 抗滑移稳定性应按下列公式进行验算 图1.挡土墙抗滑稳定性验算示意 （1.1） （1.2） （1.3） （1.4） （1.5）式中：G 挡土墙每延米自重（kN） 挡土墙基底的倾角（） 挡土墙墙背的倾角（） 土对挡土墙墙背的摩擦角（）， 可按表1选用 土对挡土墙基底的摩擦系数，由 试验确定，也可按表2选用表1 土对挡土墙墙背的摩擦角挡土墙情况摩擦角墙背平滑，排水不良（0-0.33）墙背粗糙，排水良好（0.33-0.50）墙背很粗糙，排水良好（0.50-0.67）墙背与填土间不可能滑动（0.67-1.00）注：为墙背填土的内摩擦角表2.土对挡土墙基底的摩擦系数土的类别摩擦系数粘性土可塑0.25-0.30硬塑0.30-0.35坚硬0.35-0.45粉土0.30-0.40中砂、粗砂、0.40-0.50碎岩土0.40-0.60软质岩0.40-0.60表面粗糙的硬质岩0.65-0.75注：1.对易风化的软质岩和塑性指标Ip大于22的黏性土，基底摩擦系数应通过试验确定；2.对碎石土，可根据其密实成都（程度）、填充物状况、风化程度等（综合）确定。2.抗倾覆稳定性应按下列公式进行验算图2.挡土墙抗倾覆稳定性验算 （2.1） （2.2） （2.3） （2.4） （2.5）式中：z 土压力作用点至墙踵的高度（m） X0 挡土墙重心至墙趾的水平距离（m） b 基底的水平投影宽度（m）3.整体滑动稳定性可采用圆弧滑动面进行验算。（一句话是否可行）8、 圬工拦石墙8.1一般规定8.1.1 一般地区和地震地区陡岩、陡坡下具备缓坡或缓坡平台的地形条件下的危岩体防护，可采用圬工拦石墙。8.1.2 圬工拦石墙墙身材料可采用石砌体、片石混凝土或混凝土。其最低强度等级应按表8.1.2采用。 表8.1.2 圬工拦石墙材料强度等级与适用范围材料种类重度（kN/m3）材料最低强度等级水泥砂浆混凝土片石砌体22M7.5-t-15地区M10-t-15地区混凝土或片石混凝土23-C15t-15地区-C20tx7（Spup/2，说明如果都冲出去一半可能就不稳定了）上部检查：N：xNx8+Splow2yN=y8=hiD校核：x3xN（此处是否是XNX8）计算公式能否简化2、 拦截高度检算Hhi+d2+t3、 取值建议（1）迎坡侧变形量小于撞击高度处拦石墙墙厚的20%，10m，相邻坡段的坡角之差54、公式四折线形山坡，上部坡度为极陡坡，坡度大于60，其高度高过10m，下部坡度较缓.（公式四）式中为考虑边坡段的计算速度系数；查表取值；为考虑坡段的山坡高度（m）；为与考虑坡段相邻的前一坡段的山坡高度（m）；为山坡坡段数图-4 折线形山坡落石速度计算图（公式四）11.2.1.2弹跳高度计算落石弹跳计算主要是求算石块运动轨迹与山坡面的最大偏离，从而确定拦截建筑物的高度和建筑物与山坡坡角间的最小距离。 图1-5 运动轨迹曲线级计算模型岩石在向下崩落的过程中，其运动轨迹的方程式为: 式中: 一崩塌体在该斜坡面的初速度；一岩石的反射速度方向与Y轴的夹角；g为重力加速度。 据此计算出质点运动轨迹在水平方向斜坡上距离斜坡的最大距离为: 11.2.1.3撞击能量的计算公式：（单位：Kj）11.2.2拦石墙稳定性计算拦石墙的稳定性按照（第7章）挡土墙稳定性计算公式计算。11.3构造要求11.3.1宾格网拦石墙由一系列的装石网箱组成，单层网箱的高度一般小于1.0m，长度则根据实际需要或者地形条件设计。长度方向上每隔1.0m设置加强网片。上下层网箱之间以及加强网片与箱体之间采用直径大于箱体钢丝的钢丝捆扎。11.3.2宾格拦石墙墙体最大高度一般小于5.0m。墙体横断面呈阶梯状，面坡坡比大于1:0.3，背坡坡比一般1:0.75-1:1.2。11.3.3墙体基础埋置于稍密中密土层，基础埋深一般不大于400mm。遇承载力极低的特殊土层地基时则需在墙体底部增设混凝土垫层。11.3.4 网箱内采用人工装填片石，片石最小厚度大于70mm，长短轴比宜大于3:1，其最小直径大于网箱网片最大直径的1.5倍。上下层片石间交错码放，装箱后箱体外侧边外观整齐。装箱片石内部以及片石与箱体网片之间严禁出现直径大于100mm的空洞或间隙。11.3.5格宾石笼箱体钢丝材质要求：格宾石笼钢丝采用低碳高镀锌或10%铝锌稀合金钢丝，表面包覆PVC或者PE聚合物，钢丝的直径2.0MM-4.0MM，钢丝的抗拉强度不少于1380Mpa。11.3.6宾格拦石墙工程可结合墙后落石槽以及地表排水系统工程结合使用。12 拦石网12.1 一 般 规 定12.1.1 本节主要适用于半刚性拦石栅栏和柔性拦石网，在设计拦石网时，应充分研究拦挡工程的安全性、经济性和施工可行性。12.1.2 设计前应认真调查场地内的水文、地质条件、岩土工程特征及周围环境等。12.1.3 拦石网结构施工完成，边坡形成后坡体必须能承受一定的堆载。12.1.4 拦石网后堆积物会降低结构防护效果，堆积物高度应控制在系统设计高度的1/4以内，否则必须予以清除。12.1.5 拦石网设计包括平面布置、走向、延伸长度、拦截高度的确定和系统选型，受控于现场条件、落石初设运动计算、落石威胁区预测、落石运动轨迹计算及落石冲击动能计算等，应予以综合考虑并确定。12.1.6 落石运动过程复杂，影响因素众多，计算遵循下列假定：1 落