[发明专利]由EPE缓冲材料和回填土组成的耗能复合垫层及设计方法

说明书

本发明属于公路隧道技术领域，公开了一种由EPE泡沫和回填土组成的耗能复合垫层及设计方法；根据实际情况，基于规范确定回填土厚度为h米；利用落石冲击棚洞的数值模型获得铺设h米厚的棚洞能够承受的最不利荷载；利用EPE材料替换回填土垫层，通过一系列数值计算，确定EPE垫层的最优回填厚度为h₁米；在EPE层上铺设回填土，分层夯实土垫层，共计回填土(h‑h₁)米。本发明采用的EPE材料有很好的缓冲性能，在落石冲击荷载作用下不易破坏，能够重复使用；对比常规回填土垫层，在基本不增加棚洞顶部荷载情况下，复合垫层能够提高棚洞抗落石冲击能力1.75～2倍，利用缓冲材料轻质高强、环保的材料特性，尽可能多的吸收落石冲击能量，保护棚洞结构。

技术领域

本发明属于公路隧道技术领域，尤其涉及一种由Expandable Polyethylene(EPE)和回填土组成的耗能复合垫层及设计方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：我国是一个幅员辽阔，地形复杂的国家，全国75％的国土面积属于山地丘陵地区，特别是在我国中西部(尤其是西南地区)地势险峻，山地分布紧密，其地质构造复杂，灾害性气象多见，岩石崩塌、泥石流、滑坡等地质灾害时有发生，对依山而建的大量公路、铁路、输油(气)管线沿线等造成了严重威胁。实践证明，棚洞不论是保护道路，还是从投资、施工等而言都是不错的选择，其耐久性高、后期维护简单，且不需开山凿璧，砍伐植被，能够有效的避免对自然环境的破坏，实现公路建设与环境保护的协调发展，故而在西部山区公路或灾害重建路段中被广泛应用。传统钢筋混凝土棚洞是通过在其顶部回填至少1.5m的土层以保护结构本身不被落石破坏，在灾害频发的区域回填厚度还应相应增加。但土垫层重度大，若厚度过厚，荷载增加，势必导致棚洞结构本身自重及耗材也随之增大，建设成本过高，且不利于抗震；而垫层厚度过薄又达不到缓冲落石冲击力，保护棚洞结构的效果，直接制约了其推广应用，成为棚洞实际工程应用中所存在的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术土垫层重度大，若厚度过厚，荷载增加，势必导致棚洞结构本身自重及耗材也随之增大，建设成本过高，且不利于抗震。

(2)现有技术下若垫层厚度过薄又达不到缓冲落石冲击力，保护棚洞结构的效果，直接制约了其推广应用。并且现有土垫层回弹性差，不利于多次抗冲击，成为棚洞实际工程应用中所存在的问题。

解决上述技术问题的难度和意义：技术的难度就是在不增加棚洞顶部荷载的前提下，提高结构的抗落石冲击能力。意义在于有效的防止山区公路因崩塌落石而导致人员伤亡或道路中断。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种由Expandable Polyethylene(EPE)和回填土组成的耗能复合垫层及设计方法。

本发明是这样实现的，利用EPE替换部分回填土形成复合垫层，所述EPE和回填土组成的复合垫层的方法包括以下步骤：

步骤一：根据实际情况，基于规范确定回填土厚度为h米；

步骤二：利用落石冲击棚洞的数值模型获得铺设h米厚的棚洞能够承受的最不利荷载；

步骤三：最不利荷载情况下，利用EPE替换回填土，以棚洞下部结构中梁屈服为判断准则和泡沫破坏情况，通过一系列计算，获得EPE的最优厚度为h₁米；

步骤四：在棚洞上部铺设h₁米厚的EPE垫层；

步骤五：在EPE层上铺设回填土，分层夯实土垫层，共计回填土(h-h₁)米。

进一步，所述EPE垫层为Expandable Polyethylene泡沫材料；

进一步，所述土垫层为砂土垫层；