仿古栈道的悬挑梁结构及其施工工艺

1. 一种仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺，其特征在于：所述的仿古栈道的悬挑梁结构是由H型钢组件、锚固在山体岩壁上的锚杆组件组合构成；所述的H型钢组件是由钢背板（2）、H型钢（3）组合而成，H型钢（3）垂直焊接在钢背板（2）上作为仿古栈道的道面板（7）的支撑梁，所述的钢背板（2）上钻有上下两排螺栓孔；所述的锚杆组件是由锚杆（1）、锚头、螺母（5）连接而成，锚杆（1）采用螺纹钢，锚头采用螺栓（4），锚杆（1）与螺栓（4）采用堆焊法焊接，螺母（5）与螺栓（4）相匹配，螺栓（4）的直径大于锚杆（1）的直径；锚杆组件数量与螺栓孔相等，每个锚杆组件上的螺栓（4）穿过钢背板（2）上钻有的螺栓孔，由螺母（5）紧固施加预应力使H型钢组件、锚杆组件牢固结合；该悬挑梁结构的施工工艺为：
1）按设计图纸确定悬挑梁位置：按设计间距选取较为平整的岩面；
2）剔除定位点岩面上的风化面、破碎岩体并凿毛整平，其面积略大于钢背板（2）的面积；
3）根据所选位置围岩情况确定锚杆（1）长度，根据图纸间距钻出锚杆孔，注满水泥：砂=1：（1～1.5）的水泥砂浆，并插入焊接有锚头的锚杆（1），待其固结达到设计强度后，装上H型钢组件，用螺栓（4）紧固；
4）在钢背板（2）与岩面间用高标号水泥砂浆密实充填，用钢筋混凝土锚墩（6）封闭锚头与钢背板（2）防锈蚀。
2. 如权利要求1所述的仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺，其特征在于：所述的钢背板（2）上钻有的上排螺栓孔数为4个，下排螺栓孔数为2个。
3.如权利要求1或2所述的仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺，其特征在于：所述的H型钢组件还包括筋板（8），筋板（8）焊接在H型钢（3）侧边与钢背板（2）上。
4.如权利要求3所述的仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺，其特征在于：它还设有封闭锚头与钢背板（2）的钢筋混凝土锚墩（6），在钢背板（2）与山体岩壁间用高标号水泥砂浆密实充填。
5.如权利要求4所述的仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺，其特征在于：所述的锚杆孔径为φ45mm，所述的锚杆（1）选择屈服强度不小于355MPa的20MnSi材质Φ25螺纹钢筋，所述的螺栓（4）是由φ32的A3圆钢车出螺纹制作。
6.如权利要求5所述的仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺，其特征在于锚杆（1）与螺栓（4）的连接方式为：先将焊接处10㎜段打磨成30°锥体剖面，再用堆焊法对接。

仿古栈道的悬挑梁结构及其施工工艺\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种仿古栈道的基础构建，具体涉及仿古栈道的支撑结构及其施工工艺，用于在悬崖峭壁上修建仿古栈道、景观栈道，形成的仿古栈道供游人行走，既可满足险、峻、奇的景观效果，又可达到设计安全要求。\n背景技术\n[0002] 古栈道的悬挑梁是前人以人力在岩壁上凿出比拟插入硬木直径略大的岩窝（一般孔径大于300mm，孔深大于1m）后插入粗硬木，形成栈道的悬挑结构部分。古栈道其大多数使用防腐木，如樟子松、山樟木。但对户外木制结构，由于受到环境的侵蚀，长期接触潮湿土壤、空气以及虫蛀、白蚁侵袭等，难以满足安全需求，且使用年限不长。\n[0003] 当前，由于旅游市场的需要，修建了许多仿古栈道，由于其整体带着浓浓的复古味道，一直深受游人的喜爱，其海边，峭壁间以及石板坡都能看见他们婉转的身影，犹如一条长龙盘卧在山崖边上。同时也给整个风景区添加了一道别样的风景。但目前的仿古栈道，大多未采用插入式悬挑结构，原因是需要在峭壁上开凿大孔径（大于300mm）深孔，存在爆破和使用大型机械设备等施工中难以解决的困难，成孔难度大。\n[0004] 中国专利申请201120048672公布了一种人行木栈道木柱与混凝土梁连接结构，涉及一种起到防腐作用的滨海路人行木栈道木柱与混凝土梁相连接的结构。是由木柱、混凝土梁所组成；其特征在于所述的混凝土梁上预埋带有2～4个“L”型预埋件的基板，其上焊接有倒“T”型的连接件；木柱的一端加工有插槽，连接件的立板插入到木柱的插槽内，连接件的立板与木柱的插槽部位开有位置相同的2～4个螺孔，通过螺栓固定连接，立板藏于木柱中。该栈道具有结构新颖、施工简便、防腐性高、不易损坏、维修维护方便、美观大方等优点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型人行木栈道木柱与混凝土梁连接结构。\n但这种栈道结构承重力低，无法适应在悬崖峭壁上修建。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的就是针对现有技术存在的上述问题而提供一种结构安全可靠、施工工艺简便、速度快、工程费用低、仿古效果好、适于在悬崖峭壁上应用的仿古栈道的悬挑梁结构。\n[0006] 本发明的另一个目的是提供上述仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺。\n[0007] 为实现本发明的上述目的，本发明仿古栈道的悬挑梁结构采用以下技术方案：\n[0008] 本发明仿古栈道的悬挑梁结构是由H型钢组件、锚固在山体岩壁上的锚杆组件组合构成；所述的H型钢组件是由钢背板、H型钢组合而成，H型钢垂直焊接在钢背板上作为仿古栈道的道面板的支撑梁，所述的钢背板上钻有上下两排螺栓孔；所述的锚杆组件是由锚杆、锚头、螺母连接而成，锚杆采用螺纹钢，锚头采用螺栓，锚杆与螺栓采用堆焊法焊接，螺母与螺栓相匹配，螺栓的直径大于锚杆的直径；锚杆组件数量与螺栓孔相等，每个锚杆组件上的螺栓穿过钢背板上钻有的螺栓孔，由螺母紧固施加预应力使H型钢组件、锚杆组件牢固结合。\n[0009] 所述的钢背板上钻有的上排螺栓孔数为4个，下排螺栓孔数为2个。\n[0010] 为强化H型钢组件的强度，所述的H型钢组件还包括筋板，筋板焊接在H型钢侧边与钢背板上。\n[0011] 为避免H型钢组件、锚杆组件锈蚀，增加支撑强度，本发明仿古栈道的悬挑梁结构还设有封闭锚头与钢背板的钢筋混凝土锚墩，在钢背板与山体岩壁间用高标号水泥砂浆密实充填。\n[0012] 本发明仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺，其特征在于采用以下工艺步骤：\n[0013] 1）按设计图纸确定悬挑梁位置：按设计间距选取较为平整的岩面；\n[0014] 2）剔除定位点岩面上的风化面、破碎岩体并凿毛整平，其面积略大于钢背板的面积；\n[0015] 3）根据所选位置围岩情况确定锚杆长度，根据图纸间距钻出锚杆孔，注满水泥：砂=1：（1～1.5）的水泥砂浆，并插入焊接有锚头的锚杆，待其固结达到设计强度后，装上H型钢组件，用螺栓紧固，一方面是给锚杆施加预应力，同时使悬挑结构的背板与山体紧密接触固定，形成悬挑梁，用以铺设栈道。\n[0016] 4）在钢背板与岩面间用高标号水泥砂浆密实充填，用钢筋混凝土锚墩封闭锚头与钢背板防锈蚀。\n[0017] 在实际使用中，选择锚杆孔径为φ45mm，锚杆选择屈服强度不小于355MPa的\n20MnSi材质Φ25螺纹钢筋，其中螺栓是由φ32的A3圆钢车出螺纹制作，锚杆与螺栓的连接方式为：先将焊接处10㎜段打磨成30°锥体剖面，再用堆焊法对接。\n[0018] 本发明采用以上技术方案后具有以下优点：\n[0019] 本发明是在悬崖峭壁上应用现代施工技术仿照古代栈道开凿出供游人行走的景观道路，临空架设，天堑变通途，尤其是采用悬挑结构时与古栈道外观相似，极具观赏、游览性。\n[0020] 本发明使用锚杆、H型钢等现代技术和材料复原古代栈道，具有结构安全可靠、施工工艺简便、速度快、工程费用低、仿古效果好的优点。\n[0021] 本发明施工工艺利用预应力全长锚固水泥砂浆锚杆不仅对破碎岩体进行深部加固，用以控制围岩的变形与位移，使岩石边坡稳定；同时利用锚固体的锚固力来悬吊固定位于峭壁上的H型钢悬挑受力结构体系，形成仿古栈道，既可满足险、峻、奇的景观效果，又可达到设计安全要求。\n[0022] 本发明在仿古结构上弃用插入式悬挑结构，利用锚杆对内加固围岩，对外承受悬挑梁所传递的外力，一锚两用；H型钢锚固在岩体表面上，而不需在峭壁上开凿大孔径（大于300mm）深孔，解决了爆破和使用大型机械设备等施工中难以解决的困难，同时在H型钢的选型上更加灵活，例如：如若使用400×200A 型就可比300×200型在型钢的自重增加5%时，其截面惯性矩却增加44.5％，使其可承受更大的外力；而若采用插入式悬挑结构\n400×200A 型所需的孔径大于450mm，比300×200型所需孔径大30%以上，成孔难度更大，因此，充分利用H型钢在相同单位重量时具有最大的截面惯性矩的截面特性，减轻结构自重或增加结构的安全性。\n[0023] 本发明的具体技术效果体现在：\n[0024] 1）提出“锚杆+H型钢悬挑梁组合结构”的构思并实施；\n[0025] 2）解决在悬崖峭壁上因场地条件限制无法使用大型钻孔设备以形成固定悬挑梁所需的岩窝，钻爆法施工则会使岩窝的孔壁岩石碎裂，降低岩体强度的问题；\n[0026] 3）利用堆焊技术使20Mi材质的螺纹钢杆体与A3钢材质带螺纹杆头对接，解决了因钻具限制致使钻孔直径小、采用搭焊，将导致锚杆无法插入锚孔并产生的大偏心问题，同时解决了螺纹钢不易加工成螺杆的问题；\n[0027] 4）利用预应力锚杆既可加固岩体又可作为悬挑梁的锚固受力体系。“水泥砂浆全长锚固式锚杆”是由普通的水泥砂浆和金属杆体组成的一种可作为永久支护使用的锚杆。\n在本案的组合结构中锚杆的使用既有与普通锚杆的共同之处，但又有别于传统锚杆的使用方式，而且锚杆的形式、长度、受力状态也与普通锚杆不同，扩展了锚杆使用的范围。使用锚杆锚固悬挑结构具有施工设备轻便（钻具1～2人即可操作）、利于高空作业、一锚两用的特点；\n[0028] 5）悬挑结构采用H型钢，与其他截面相似的构件（如工字钢、槽钢等）相比，可在同等单位重量的条件下获得最大的截面惯性矩，使结构自重轻、易加工、安全可靠。\n附图说明\n[0029] 图1为本发明仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺流程图；\n[0030] 图2为本发明仿古栈道的悬挑梁结构的剖面图；\n[0031] 图3为图2中沿A向剖面图；\n[0032] 图4为本发明采用的H型钢悬挑梁结构正视图；\n[0033] 图5为本发明采用的H型钢悬挑梁结构侧视图；\n[0034] 图6为本发明采用的H型钢悬挑梁结构俯视图；\n[0035] 图7为本发明采用的锚杆结构图；\n[0036] 图8为本发明采用的锚杆杆体与螺栓堆焊连接前的示意图；\n[0037] 图9为采用本发明修建的仿古栈道立面效果图。\n[0038] 附图标记为：1—锚杆；2—钢背板；3—H型钢；4—螺栓；5—螺母；6—钢筋混凝土锚墩；7—道面板；8—筋板；9—栈道护栏立柱；10—护栏铁索。\n具体实施方式\n[0039] 为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明仿古栈道的悬挑梁结构及其施工工艺作进一步描述。\n[0040] 由图2所示的本发明仿古栈道的悬挑梁结构的剖面图并结合图3、图7看出，本发明仿古栈道的悬挑梁结构是由H型钢组件、锚固在山体岩壁上的锚杆组件组合构成。所述的H型钢组件是由钢背板2、H型钢3组合而成，H型钢3垂直焊接在钢背板2上作为仿古栈道的道面板7的支撑梁，所述的钢背板2上钻有上下两排螺栓孔，上排螺栓孔数为4个，下排螺栓孔数为2个；所述的锚杆组件是由锚杆1、锚头、螺母5连接而成，锚杆1采用屈服强度不小于355MPaΦ25螺纹钢筋，锚头采用螺栓4，螺栓4采用比锚杆直径大3级的φ32的A3圆钢车出螺纹，螺母5采用六角螺母。锚杆组件数量与螺栓孔相等，每个锚杆组件上的螺栓4穿过钢背板2上钻有的螺栓孔，由螺母5紧固施加预应力使H型钢组件、锚杆组件牢固结合。\n[0041] 由图2所示的本发明仿古栈道的悬挑梁结构的剖面图还可以看出，它还设有封闭锚头与钢背板2的钢筋混凝土锚墩6，可有效防止锚头和钢背板的腐蚀，在钢背板2与山体岩壁间用高标号水泥砂浆密实充填。\n[0042] 由图4所示的本发明采用的H型钢悬挑梁结构正视图并结合图5、图6看出，所述的H型钢组件还包括筋板8，筋板8焊接在H型钢3侧边与钢背板2上。\n[0043] 由图8所示的本发明采用的锚杆杆体与螺栓堆焊连接前的示意图并结合图7看出，锚杆1与螺栓4采用堆焊法焊接，锚杆1与螺栓4的连接方式为：先将焊接处10㎜段打磨成30°锥体剖面，再用堆焊法对接。\n[0044] 由图1所示的本发明仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺流程图看出，本发明仿古栈道的悬挑梁结构的施工工艺采用以下工艺步骤：\n[0045] 1）按设计图纸确定悬挑梁位置：按设计间距选取较为平整的岩面；\n[0046] 2）剔除定位点岩面上的风化面、破碎岩体并凿毛整平，其面积略大于钢背板2的面积；\n[0047] 3）根据所选位置围岩情况确定锚杆1长度，根据图纸间距钻出锚杆孔，注满水泥：\n砂=1：（1～1.5）的水泥砂浆，并插入焊接有锚头的锚杆1，待其固结达到设计强度后，装上H型钢组件，用螺栓4紧固；所述的锚杆孔径为φ45mm，所述的锚杆1选择屈服强度不小于\n355MPa的20MnSi材质Φ25螺纹钢筋，所述的螺栓4是由φ32的A3圆钢车出螺纹制作；锚杆1与螺栓4的连接方式为：先将焊接处10㎜段打磨成30°锥体剖面，再用堆焊法对接。\n[0048] 4）在钢背板2与岩面间用高标号水泥砂浆密实充填，用钢筋混凝土锚墩6封闭锚头与钢背板2防锈蚀。\n[0049] 本发明仿古栈道的悬挑梁结构及其施工工艺的质量控制与检验：\n[0050] 为保证结构的安全，施工前应进行了以下四种质量控制与检测措施。分别为：\n[0051] （1）锚杆杆体与杆头焊接质量控制与检验。为保证焊接质量，焊接后的成品每根均经过最小计算抗拉值的约80％的抗拉试验，每百根抽验3根作破坏性试验，试验结果表明，所有试验锚杆的极限抗拉强度均超过220KN，而且极限拉断或缩颈均发生在螺纹钢上，焊接处和圆钢均未发现破坏迹象。\n[0052] （2）锚杆与砂浆、砂浆与孔壁的握裹力和粘聚力及砂浆的饱满度的保证措施。\n[0053] ①使用φ43的一字形钻头开孔，成孔直径可达45mm；\n[0054] ②钻孔时要求钻孔应向下倾斜15°～20°，保证水泥砂浆在初凝前可利用重力自密实；\n[0055] ③达到设计孔深后，采用高压风加压力水混合清洗钻孔至孔口流出的完全是清水为止；\n[0056] ④采用经过筛的细砂按1：1的配比与32.5级普硅水泥混合，水灰比1:0.5～1：\n1，经测试，水泥砂浆标准抗压强度平均值为32.5Mpa；\n[0057] ⑤先注浆。将注浆管插至孔底，边注浆边提升至孔口浆液溢出止；\n[0058] ⑥立即插入锚杆至孔底，调整至符合要求后不可再敲打碰撞，未达养护期前不得受力。\n[0059] 通过上述措施达到保证锚杆施工质量的目的。\n[0060] （3）锚杆锚固力的设计与检验。考虑到岩石的不均匀性和本结构的重要性，锚杆设计参数：锚杆—6Φ25／锚墩，上排4根，下排2根，锚固段长上排长≥4.0米； 下排长≥2.5米。即仅考虑锚墩上排锚杆起作用时，其拉力的最小合力已可达约280KN，约为设计时采用的外荷载的6.2倍，完全满足受力体系的抗弯拉要求。现场破坏性试验：在施工现场选岩质与拟施工悬挑梁处相同的岩壁上作2根钢砂浆锚杆，孔深2米，孔径φ45，杆体Φ20螺纹钢，1：1水泥砂浆全长锚固， 28天后试验，两根锚杆的破断力分别达到180KN和\n200KN。\n[0061] （4）整体悬吊结构的强度和稳定性检验。\n[0062] 整体悬吊结构的强度和稳定性将是栈道设计安全最为关键的检验环节。因此除设计计算上要满足安全要求外，在无其他参考资料佐证的情况下，现场的仿真破坏性试验研究是必须作的。因此在现场选取与栈道实际山体条件相同的岩体由施工单位按实际施工参数单独作一根H型钢悬臂梁，梁长1800㎜（本栈道悬挑最长尺寸），梁的受力体系简化为在梁的端点施加一集中力（极端受力方式），由2000KN油压千斤顶施压，百分表记录梁的垂直和扭曲变形，试验时每次千斤顶出力50KN为一级，稳定10分钟后再继续施压直至破坏。\n[0063] 实验结果可知，在梁受力的弹性变形阶段，承受的集中荷载可达150KN，是设计荷载的3倍，满足设计强度和安全要求。最为重要的是实验结果表明，梁受力超过其承载能力后其表现为产生大的蠕变而不是突然断裂，这是栈道安全的最为可靠的保证。\n[0064] 本发明仿古栈道的悬挑梁结构及其施工工艺在景区栈道设计施工得到实际应用。\n应用表明，这种新的“锚杆+H型钢悬挑梁”的结构及施工工艺，安全可靠，仿古效果好，施工速度快，大大提高了栈道施工工作效率。现栈道已开放，对外运营近10年未发现任何安全、质量问题。\n[0065] 由图9所示的采用本发明修建的仿古栈道立面效果图并结合图1看出，将栈道护栏立柱9垂直安装在H型钢3的外端侧，再将护栏铁索10安装好后，最终修建的仿古栈道结构美观，仿古效果好，既可满足险、峻、奇的景观效果，又可达到设计安全要求。