專利名稱：仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)及其施工工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種仿古棧道的基礎構(gòu)建，具體涉及仿古棧道的支撐結(jié)構(gòu)及其施工工藝，用于在懸崖峭壁上修建仿古棧道、景觀棧道，形成的仿古棧道供游人行走，既可滿足險、峻、奇的景觀效果，又可達到設計安全要求。
背景技術(shù)：
古棧道的懸挑梁是前人以人力在巖壁上鑿出比擬插入硬木直徑略大的巖窩(一般孔徑大于300mm，孔深大于Im)后插入粗硬木，形成棧道的懸挑結(jié)構(gòu)部分。古棧道其大多數(shù)使用防腐木，如樟子松、山樟木。但對戶外木制結(jié)構(gòu)，由于受到環(huán)境的侵蝕，長期接觸潮濕土壤、空氣以及蟲蛀、白蟻侵襲等，難以滿足安全需求，且使用年限不長。當前，由于旅游市場的需要，修建了許多仿古棧道，由于其整體帶著濃濃的復古味道，一直深受游人的喜愛，其海邊，峭壁間以及石板坡都能看見他們婉轉(zhuǎn)的身影，猶如一條長龍盤臥在山崖邊上。同時也給整個風景區(qū)添加了一道別樣的風景。但目前的仿古棧道，大多未采用插入式懸挑結(jié)構(gòu)，原因是需要在峭壁上開鑿大孔徑(大于300mm)深孔，存在爆破和使用大型機械設備等施工中難以解決的困難，成孔難度大。中國專利申請201120048672公布了一種人行木棧道木柱與混凝土梁連接結(jié)構(gòu)，涉及一種起到防腐作用的濱海路人行木棧道木柱與混凝土梁相連接的結(jié)構(gòu)。是由木柱、混凝土梁所組成；其特征在于所述的混凝土梁上預埋帶有2 4個“L”型預埋件的基板，其上焊接有倒“T”型的連接件；木柱的一端加工有插槽，連接件的立板插入到木柱的插槽內(nèi)，連接件的立板與木柱的插槽部位開有位置相同的2 4個螺孔，通過螺栓固定連接，立板藏于木柱中。該棧道具有結(jié)構(gòu)新穎、施工簡便、防腐性高、不易損壞、維修維護方便、美觀大方等優(yōu)點，故屬于一種集經(jīng)濟性與實用性為一體的新型人行木棧道木柱與混凝土梁連接結(jié)構(gòu)。但這種棧道結(jié)構(gòu)承重力低，無法適應在懸崖峭壁上修建。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題而提供一種結(jié)構(gòu)安全可靠、施工工藝簡便、速度快、工程費用低、仿古效果好、適于在懸崖峭壁上應用的仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個目的是提供上述仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工工藝。為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)采用以下技術(shù)方案: 本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)是由H型鋼組件、錨固在山體巖壁上的錨桿組件組合構(gòu)
成；所述的H型 鋼組件是由鋼背板、H型鋼組合而成，H型鋼垂直焊接在鋼背板上作為仿古棧道的道面板的支撐梁，所述的鋼背板上鉆有上下兩排螺栓孔；所述的錨桿組件是由錨桿、錨頭、螺母連接而成，錨桿采用螺紋鋼，錨頭采用螺栓，錨桿與螺栓采用堆焊法焊接，螺母與螺栓相匹配，螺栓的直徑大于錨桿的直徑；錨桿組件數(shù)量與螺栓孔相等，每個錨桿組件上的螺栓穿過鋼背板上鉆有的螺栓孔，由螺母緊固施加預應力使H型鋼組件、錨桿組件牢固結(jié)合。
所述的鋼背板上鉆有的上排螺栓孔數(shù)為4個，下排螺栓孔數(shù)為2個。為強化H型鋼組件的強度，所述的H型鋼組件還包括筋板，筋板焊接在H型鋼側(cè)邊與鋼背板上。為避免H型鋼組件、錨桿組件銹蝕，增加支撐強度，本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)還設有封閉錨頭與鋼背板的鋼筋混凝土錨墩，在鋼背板與山體巖壁間用高標號水泥砂漿密實充填。本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工工藝，其特征在于采用以下工藝步驟:
1)按設計圖紙確定懸挑梁位置:按設計間距選取較為平整的巖面；
2)剔除定位點巖面上的風化面、破碎巖體并鑿毛整平，其面積略大于鋼背板的面積；
3)根據(jù)所選位置圍巖情況確定錨桿長度，根據(jù)圖紙間距鉆出錨桿孔，注滿水泥:砂=1:(I 1.5)的水泥砂漿，并插入焊接有錨頭的錨桿，待其固結(jié)達到設計強度后，裝上H型鋼組件，用螺栓緊固，一方面是給錨桿施加預應力，同時使懸挑結(jié)構(gòu)的背板與山體緊密接觸固定，形成懸挑梁，用以鋪設棧道。4)在鋼背板與巖面間用高標號水泥砂漿密實充填，用鋼筋混凝土錨墩封閉錨頭與鋼背板防銹蝕。在實際使用中，選擇錨桿孔徑為Φ45πιπι，錨桿選擇屈服強度不小于355MPa的20MnSi材質(zhì)Φ25螺紋鋼筋，其中螺栓是由Φ 32的A3圓鋼車出螺紋制作，錨桿與螺栓的連接方式為:先將焊接處10 mm段打磨成30°錐體剖面，再用堆焊法對接。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明是在懸崖峭壁上應用現(xiàn)代施工技術(shù)仿照古代棧道開鑿出供游人行走的景觀道路，臨空架設，天塹變通途，尤其是采用懸挑結(jié)構(gòu)時與古棧道外觀相似，極具觀賞、游覽性。本發(fā)明使用錨桿、H型鋼等現(xiàn)代技術(shù)和材料復原古代棧道，具有結(jié)構(gòu)安全可靠、施工工藝簡便、速度快、工程費用低、仿古效果好的優(yōu)點。本發(fā)明施工工藝利用預應力全長錨固水泥砂漿錨桿不僅對破碎巖體進行深部加固，用以控制圍巖的變形與位移，使巖石邊坡穩(wěn)定；同時利用錨固體的錨固力來懸吊固定位于峭壁上的H型鋼懸挑受力結(jié)構(gòu)體系，形成仿古棧道，既可滿足險、峻、奇的景觀效果，又可達到設計安全要求。本發(fā)明在仿古結(jié)構(gòu)上棄用插入式懸挑結(jié)構(gòu)，利用錨桿對內(nèi)加固圍巖，對外承受懸挑梁所傳遞的外力，一錨兩用出型鋼錨固在巖體表面上，而不需在峭壁上開鑿大孔徑(大于300mm)深孔,解決了爆破和使用大型機械設備等施工中難以解決的困難，同時在H型鋼的選型上更加靈活，例如:如若使用400X200A型就可比300X200型在型鋼的自重增加5%時，其截面慣性矩卻增加44.5%，使其可承受更大的外力；而若采用插入式懸挑結(jié)構(gòu)400X200A型所需的孔徑大于450mm，比300X200型所需孔徑大30%以上，成孔難度更大，因此，充分利用H型鋼在相同單位重量時具有最大的截面慣性矩的截面特性，減輕結(jié)構(gòu)自重或增加結(jié)構(gòu)的安全性。本發(fā)明的具體技術(shù)效果體現(xiàn)在: 1)提出“錨桿+H型鋼懸挑梁組合結(jié)構(gòu)”的構(gòu)思并實施；
2)解決在懸崖峭壁上因場地條件限制無法使用大型鉆孔設備以形成固定懸挑梁所需的巖窩，鉆爆法施工則會使巖窩的孔壁巖石碎裂，降低巖體強度的問題；3)利用堆焊技術(shù)使20Mi材質(zhì)的螺紋鋼桿體與A3鋼材質(zhì)帶螺紋桿頭對接，解決了因鉆具限制致使鉆孔直徑小、采用搭焊，將導致錨桿無法插入錨孔并產(chǎn)生的大偏心問題，同時解決了螺紋鋼不易加工成螺桿的問題；
4)利用預應力錨桿既可加固巖體又可作為懸挑梁的錨固受力體系?！八嗌皾{全長錨固式錨桿”是由普通的水泥砂漿和金屬桿體組成的一種可作為永久支護使用的錨桿。在本案的組合結(jié)構(gòu)中錨桿的使用既有與普通錨桿的共同之處，但又有別于傳統(tǒng)錨桿的使用方式，而且錨桿的形式、長度、受力狀態(tài)也與普通錨桿不同，擴展了錨桿使用的范圍。使用錨桿錨固懸挑結(jié)構(gòu)具有施工設備輕便(鉆具I 2人即可操作)、利于高空作業(yè)、一錨兩用的特
占.5)懸挑結(jié)構(gòu)采用H型鋼，與其他截面相似的構(gòu)件(如工字鋼、槽鋼等)相比，可在同等單位重量的條件下獲得最大的截面慣性矩，使結(jié)構(gòu)自重輕、易加工、安全可靠。


圖1為本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工工藝流程 圖2為本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的剖面 圖3為圖2中沿A向剖面 圖4為本發(fā)明采用的H型鋼懸挑梁結(jié)構(gòu)正視 圖5為本發(fā)明采用的H型鋼懸挑梁結(jié)構(gòu)側(cè)視 圖6為本發(fā)明采用的H型鋼懸挑梁結(jié)構(gòu)俯視 圖7為本發(fā)明采用的錨桿結(jié)構(gòu) 圖8為本發(fā)明采用的錨桿桿體與螺栓堆焊連接前的示意 圖9為采用本發(fā)明修建的仿古棧道立面效果圖。附圖標記為:1一錨桿；2—鋼背板；3—H型鋼；4一螺栓；5—螺母；6—鋼筋混凝土錨墩；7—道面板；8—筋板；9一棧道護欄立柱；10—護欄鐵索。
具體實施例方式為進一步描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)及其施工工藝作進一步描述。由圖2所示的本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的剖面圖并結(jié)合圖3、圖7看出，本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)是由H型鋼組件、錨固在山體巖壁上的錨桿組件組合構(gòu)成。所述的H型鋼組件是由鋼背板2、H型鋼3組合而成，H型鋼3垂直焊接在鋼背板2上作為仿古棧道的道面板7的支撐梁，所述的鋼背板2上鉆有上下兩排螺栓孔，上排螺栓孔數(shù)為4個，下排螺栓孔數(shù)為2個；所述的錨桿組件是由錨桿1、錨頭、螺母5連接而成，錨桿I采用屈服強度不小于355ΜΡ&Φ 25螺紋鋼筋，錨頭采用螺栓4，螺栓4采用比錨桿直徑大3級的Φ 32的A3圓鋼車出螺紋，螺母5采用六角螺母。錨桿組件數(shù)量與螺栓孔相等，每個錨桿組件上的螺栓4穿過鋼背板2上鉆有的螺栓孔，由螺母5緊固施加預應力使H型鋼組件、錨桿組件牢固結(jié)合。

由圖2所示的本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的剖面圖還可以看出，它還設有封閉錨頭與鋼背板2的鋼筋混凝土錨墩6，可有效防止錨頭和鋼背板的腐蝕，在鋼背板2與山體巖壁間用高標號水泥砂漿密實充填。由圖4所示的本發(fā)明采用的H型鋼懸挑梁結(jié)構(gòu)正視圖并結(jié)合圖5、圖6看出，所述的H型鋼組件還包括筋板8，筋板8焊接在H型鋼3側(cè)邊與鋼背板2上。由圖8所示的本發(fā)明采用的錨桿桿體與螺栓堆焊連接前的示意圖并結(jié)合圖7看出，錨桿I與螺栓4采用堆焊法焊接，錨桿I與螺栓4的連接方式為:先將焊接處10 mm段打磨成30°錐體剖面，再用堆焊法對接。由圖1所示的本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工工藝流程圖看出，本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工工藝采用以下工藝步驟:
1)按設計圖紙確定懸挑梁位置:按設計間距選取較為平整的巖面；
2)剔除定位點巖面上的風化面、破碎巖體并鑿毛整平，其面積略大于鋼背板2的面積；
3)根據(jù)所選位置圍巖情況確定錨桿I長度，根據(jù)圖紙間距鉆出錨桿孔，注滿水泥:砂=1: (I 1.5)的水泥砂漿，并插入焊接有錨頭的錨桿1，待其固結(jié)達到設計強度后，裝上H型鋼組件，用螺栓4緊固；所述的錨桿孔徑為Φ 45mm，所述的錨桿I選擇屈服強度不小于355MPa的20MnSi材質(zhì)Φ 25螺紋鋼筋，所述的螺栓4是由Φ 32的A3圓鋼車出螺紋制作；錨桿I與螺栓4的連接方式為:先將焊接處10 mm段打磨成30°錐體剖面，再用堆焊法對接。4)在鋼背板2與巖面間用高標號水泥砂漿密實充填，用鋼筋混凝土錨墩6封閉錨頭與鋼背板2防銹蝕。本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)及其施工工藝的質(zhì)量控制與檢驗:
為保證結(jié)構(gòu)的安全，施工前應進行了以下四種質(zhì)量控制與檢測措施。分別為:
(I)錨桿桿體與桿頭焊接質(zhì)量控制與檢驗。為保證焊接質(zhì)量，焊接后的成品每根均經(jīng)過最小計算抗拉值的約80%的抗拉試驗，每百根抽驗3根作破壞性試驗，試驗結(jié)果表明，所有試驗錨桿的極限抗拉強度均超過220KN，而且極限拉斷或縮頸均發(fā)生在螺紋鋼上，焊接處和圓鋼均未發(fā)現(xiàn)破壞跡象。(2)錨桿與砂漿、砂漿與孔壁的握裹力和粘聚力及砂漿的飽滿度的保證措施。①使用φ 43的一字形鉆頭開孔，成孔直徑可達45mm ；
②鉆孔時要求鉆孔應向下傾斜15° 20°，保證水泥砂漿在初凝前可利用重力自密
實；
③達到設計孔深后，采用高壓風加壓力水混合清洗鉆孔至孔口流出的完全是清水為
止;
④采用經(jīng)過篩的細砂按1:1的配比與32.5級普硅水泥混合，水灰比1:0.5 1:1，經(jīng)測試，水泥砂漿標準抗壓強度平均值為32.5Mpa ；
⑤先注漿。將注漿管插至孔底，邊注漿邊提升至孔口漿液溢出止；
⑥立即插入錨桿至孔底，調(diào)整至符合要求后不可再敲打碰撞，未達養(yǎng)護期前不得受力。通過上 述措施達到保證錨桿施工質(zhì)量的目的。(3)錨桿錨固力的設計與檢驗?？紤]到巖石的不均勻性和本結(jié)構(gòu)的重要性，錨桿設計參數(shù):錨桿一 6Φ25 /錨墩，上排4根，下排2根，錨固段長上排長彡4.0米；下排長> 2.5米。即僅考慮錨墩上排錨桿起作用時，其拉力的最小合力已可達約280KN，約為設計時采用的外荷載的6.2倍，完全滿足受力體系的抗彎拉要求?，F(xiàn)場破壞性試驗:在施工現(xiàn)場選巖質(zhì)與擬施工懸挑梁處相同的巖壁上作2根鋼砂漿錨桿，孔深2米，孔徑Φ45，桿體Φ20螺紋鋼，I:1水泥砂漿全長錨固，28天后試驗，兩根錨桿的破斷力分別達到180KN和200KN。(4)整體懸吊結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性檢驗。整體懸吊結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性將是棧道設計安全最為關鍵的檢驗環(huán)節(jié)。因此除設計計算上要滿足安全要求外，在無其他參考資料佐證的情況下，現(xiàn)場的仿真破壞性試驗研究是必須作的。因此在現(xiàn)場選取與棧道實際山體條件相同的巖體由施工單位按實際施工參數(shù)單獨作一根H型鋼懸臂梁，梁長1800 mm(本棧道懸挑最長尺寸)，梁的受力體系簡化為在梁的端點施加一集中力(極端受力方式)，由2000KN油壓千斤頂施壓，百分表記錄梁的垂直和扭曲變形,試驗時每次千斤頂出力50KN為一級，穩(wěn)定10分鐘后再繼續(xù)施壓直至破壞。實驗結(jié)果可知，在梁受力的彈性變形階段，承受的集中荷載可達150KN，是設計荷載的3倍，滿足設計強度和安全要求。最為重要的是實驗結(jié)果表明，梁受力超過其承載能力后其表現(xiàn)為產(chǎn)生大的蠕變而不是突然斷裂，這是棧道安全的最為可靠的保證。本發(fā)明仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)及其施工工藝在景區(qū)棧道設計施工得到實際應用。應用表明，這種新的“錨桿+H型鋼懸挑梁”的結(jié)構(gòu)及施工工藝，安全可靠，仿古效果好，施工速度快，大大提高了棧道施工工作效率?，F(xiàn)棧道已開放，對外運營近10年未發(fā)現(xiàn)任何安全、質(zhì)量問題。由圖9所示的采用本發(fā)明修建的仿古棧道立面效果圖并結(jié)合圖1看出，將棧道護欄立柱9垂直安裝在H型鋼3的外端側(cè)，再將護欄鐵索10安裝好后，最終修建的仿古棧道結(jié)構(gòu)美觀，仿 古效果好，既可滿足險、峻、奇的景觀效果，又可達到設計安全要求。
權(quán)利要求
1.一種仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)，其特征在于:它是由H型鋼組件、錨固在山體巖壁上的錨桿組件組合構(gòu)成；所述的H型鋼組件是由鋼背板(2)、H型鋼(3)組合而成，H型鋼(3)垂直焊接在鋼背板(2)上作為仿古棧道的道面板(7)的支撐梁，所述的鋼背板(2)上鉆有上下兩排螺栓孔；所述的錨桿組件是由錨桿(I)、錨頭、螺母(5)連接而成，錨桿(I)采用螺紋鋼，錨頭采用螺栓(4)，錨桿(I)與螺栓(4)采用堆焊法焊接，螺母(5)與螺栓(4)相匹配，螺栓(4)的直徑大于錨桿(I)的直徑；錨桿組件數(shù)量與螺栓孔相等，每個錨桿組件上的螺栓(4)穿過鋼背板(2)上鉆有的螺栓孔，由螺母(5)緊固施加預應力使H型鋼組件、錨桿組件牢固彡口口
2.如權(quán)利要求1所述的仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的鋼背板(2)上鉆有的上排螺栓孔數(shù)為4個,下排螺栓孔數(shù)為2個。
3.如權(quán)利要求1或2所述的仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的H型鋼組件還包括筋板(8 )，筋板(8 )焊接在H型鋼(2 )側(cè)邊與鋼背板(2 )上。
4.如權(quán)利要求3所述的仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)，其特征在于:它還設有封閉錨頭與鋼背板(2)的鋼筋混凝土錨墩(6)，在鋼背板(2)與山體巖壁間用高標號水泥砂漿密實充填。
5.如權(quán)利要求1或2所述的仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工工藝，其特征在于采用以下工藝步驟: 1)按設計圖紙確定懸挑梁位置:按設計間距選取較為平整的巖面； 2)剔除定位點巖面 上的風化面、破碎巖體并鑿毛整平，其面積略大于鋼背板(2)的面積； 3)根據(jù)所選位置圍巖情況確定錨桿(I)長度，根據(jù)圖紙間距鉆出錨桿孔，注滿水泥:砂=1: (I 1.5)的水泥砂漿，并插入焊接有錨頭的錨桿(I)，待其固結(jié)達到設計強度后，裝上H型鋼組件，用螺栓(4)緊固； 4)在鋼背板(2)與巖面間用高標號水泥砂漿密實充填，用鋼筋混凝土錨墩(6)封閉錨頭與鋼背板(2)防銹蝕。
6.如權(quán)利要求5所述的仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工工藝，其特征在于:所述的H型鋼組件還包括筋板(8 )，筋板(8 )焊接在H型鋼(2 )側(cè)邊與鋼背板(2 )上。
7.如權(quán)利要求6所述的仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工工藝，其特征在于:所述的錨桿孔徑為Φ 45mm，所述的錨桿(I)選擇屈服強度不小于355MPa的20MnSi材質(zhì)Φ25螺紋鋼筋，所述的螺栓(4)是由Φ32的A3圓鋼車出螺紋制作。
8.如權(quán)利要求7所述的仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工工藝，其特征在于錨桿(I)與螺栓(4)的連接方式為:先將焊接處10 mm段打磨成30°錐體剖面，再用堆焊法對接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種仿古棧道的懸挑梁結(jié)構(gòu)及其施工工藝，它是由H型鋼組件、錨固在山體巖壁上的錨桿組件組合構(gòu)成；H型鋼組件是由鋼背板(2)、H型鋼(3)組合而成，H型鋼(3)垂直焊接在鋼背板(2)上作為仿古棧道的道面板(7)的支撐梁；錨桿組件是由錨桿(1)、螺栓、螺母連接而成，錨桿(1)與螺栓采用堆焊法焊接。其施工工藝為按設計圖紙確定懸挑梁位置，剔除定位點巖面上的風化面、破碎巖體并鑿毛整平，確定錨桿(1)長度，鉆出錨桿孔，注滿水泥砂漿，并插入焊接有錨頭的錨桿(1)，待其固結(jié)達到設計強度后，裝上H型鋼組件，用螺栓緊固。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)安全可靠、施工工藝簡便、速度快、工程費用低、仿古效果好、適于在懸崖峭壁上應用。
文檔編號E01D18/00GK103225257SQ201310121320
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者林明, 代永新, 刁虎, 周敏, 趙武鹍, 盧敬標, 趙蒙生, 張春, 徐啟明 申請人:中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司