本发明涉及边坡防护技术领域，具体为一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统及其设计方法。
背景技术：
依山修建的公路经常会受到落石的威胁，落石的发生不但会阻碍交通，更重要的是严重危害了过往车辆和人员的安全，从而造成巨大的生命财产损失。因此，对容易发生落石的地区采取有效的边坡防护措施是很有必要的，目前常用的边坡柔性防护系统主要包括主动网、被动网、帘式网等，这些防护措施虽然也对防护目标实现了有效的保护，但是，落石发生后对堆积在网片中的落石进行清理很不方便，而落石的过多堆积会形成巨大的隐患，同时，落石有可能对防护系统的支撑结构立柱产生冲击，使立柱屈曲从而造成整个系统的失效，因此，解决以上难题显得至关重要。
现有的防护网如中国专利200410079628.1，其不但包括上部的阻挡网和下部的疏导网，还设置了众多的限位器、弹性元件和耗能元件，结构复杂，不便更换并导致落石堆积，且未考虑阻挡网被击穿后的后果。
再如中国专利201510466098.4，公开了一种主副索体系的柔性防护网，但没有公开引导清理落石的技术手段。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统及其设计方法，改系统集引导、拦截为一体，能够将落石引导至公路下方悬崖，避免落石在网片中的过多堆积，当落石块体太小而穿过引导结构时，拦截结构会将落石拦截，提高了拦截的成功率，避免了构件的频繁更换，同时也能避免支撑结构遭受落石的直接冲击，且该系统施工简单，便于维护和更换。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一方面，本申请的一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统，包括：支架、横梁、网片、上支撑绳、下支撑绳和端支撑绳；
所述支架沿山体纵向布置于防护目标上方，所述横梁贴山体纵向固定在山体上，所述上支撑绳贯穿支架顶端并可自由滑动，所述下支撑绳贴山体平行布置于支架上方，两端固定于山体内；
所述网片包括引导网片和拦截网片，引导网片与水平面夹角大于拦截网片与水平面夹角，引导网片一侧通过连接件穿挂在横梁上，另一侧穿挂于上支撑绳，拦截网片的上侧和下侧分别通过连接件穿挂于上支撑绳和下支撑绳，引导网片和拦截网片的左右两侧通过连接件穿挂于端支撑绳；所述端支撑绳分别从边跨支架顶部和横梁端部穿过，两端固定于网片两侧的山体中。
进一步地，还包括中部纵向加强绳，中部纵向加强绳通过连接件穿挂引导网片和/或拦截网片，两端固定于网片两侧山体中。
进一步地，还包括中部横向加强绳，中部横向加强绳穿挂在引导网片和/或拦截网片上，并通过连接件与上支撑绳、下支撑绳、中部纵向加强绳连接，中部横向加强绳与下支撑绳相连一端固定于山体支座。
进一步地，还包括侧拉锚绳，所述侧拉锚绳一端固定于边跨支架顶端，另一端固定于山体内。
进一步地，还包括消能装置，所述消能装置设置在上支撑绳和/或下支撑绳和/或中部纵向加强绳和/或端支撑绳和/或侧拉锚绳上。
进一步地，所述支架有多个，相邻两个中部横向加强绳之间的支架的底端固定于同一支座上。
进一步地，所述拦截网片选用菱形网，菱形网网孔边长不大于100mm。
另一方面，本申请的根据前述任一项所述的一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统的设计方法，包括以下步骤：
(1)预测落石运动轨迹及冲击能量；
(2)确定引导网片布置位置和倾斜角度；
(3)确定引导网片和消能装置的配置；
(4)确定拦截网片的倾斜角度；
(5)确定拦截网片和消能装置的配置；
(6)确定支架布置方式和尺寸。
进一步地，所述步骤(1)具体方法为：根据落石所在区域落石发育历史，结合落石运动分析软件，预测落石运动轨迹，得到不同位置落石的能量。
进一步地，所述步骤(2)具体方法为：引导网片的水平投影须覆盖被防护目标，根据落石运动轨迹，在保证安全防护高度的情况下，以大块体落石不直接冲击引导网片为佳，当满足上述要求较困难时，选定冲击能量较小位置布置引导网片，同时引导网片布置角度与落石运动方向夹角小于15°。
进一步地，所述步骤(3)具体方法为：引导网片和消能装置按照落石直接冲击引导网片的最不利状态进行配置，配置方法可以参照相应标准和产品手册，必要时辅助有限元分析方法进行验证。
进一步地，所述步骤(4)具体方法为：通过理论方法或者有限元方法进行计算，确定引导网片在遭受落石冲击后的最大竖向位移，以引导网片受到落石冲击后不侵入拦截网片为基准确定拦截网片的倾斜角度。
进一步地，所述步骤(5)具体方法为：拦截网片和消能装置的配置可以参照相应标准和产品手册。
进一步地，所述步骤(6)具体方法为：支架的布置方式和尺寸通过落石冲击引导网片支架所受的最大荷载确定。
本发明的有益效果是：通过设置引导结构，形成柔性引导坡面，将落石引导至公路下方的悬崖，防止落石堆积，解决现有柔性防护系统落石清理困难的现象，并且本发明结构简单，易于更换，拦截效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统的轴测示意图。
图2为本申请实施例提供的一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统的侧视图。
图3为本申请实施例提供的一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统的引导结构平面布置示意图。
图4为本申请实施例提供的一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统的拦截结构平面布置示意图及连接扣件大样图。
其中，附图中标记对应的结构名称为：
1-支架，2-横梁，3-引导网片，4-拦截网片，5-上支撑绳，6-下支撑绳，7-中部纵向加强绳，8-中部横向加强绳，9-端支撑绳，10-侧拉锚绳，11-消能装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～4所示，一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统，包括支架1、横梁2、网片、上支撑绳5、下支撑绳6、中部纵向加强绳7、中部横向加强绳8、端支撑绳9、侧拉锚绳10、消能装置11；所述支架1沿山体纵向布置于防护目标上方，相邻中部横向加强绳8之间的支架1底端固定于同一支座；所述横梁2贴山体纵向布置在山体上，横梁可采用用h型钢，通过锚杆将h型钢固定在山体上；所述上支撑绳5贯穿支架1顶端布置，可沿柱端自由滑动；所述下支撑绳6贴山体平行布置于支架1所在平面上方，两端固定于支座上；所述网片由引导网片3和拦截网片4组成，引导网片3与水平面夹角大于拦截网片4与水平面夹角，优选地，拦截网片4优选地可以设置在水平面内，为实现对落石的引导，所述引导网片3可选取环形网片，所述拦截网片4选用菱形网片，优选地，菱形网网孔边长不大于100mm，以实现对落石的拦截；引导网片3的一侧通过连接件穿挂在横梁2上，另一侧穿挂于上支撑绳5，拦截网片4的上侧和下侧分别通过连接件穿挂于上支撑绳5和下支撑绳6，引导网片3和拦截网片4的左右两侧通过连接件穿挂于端支撑绳；所述网片两侧通过连接件穿挂于端支撑绳9；所述端支撑绳9的一端从端部的支架1顶部穿过并固定于网片两侧山体支座，另一端直接固定于网片两侧山体支座；根据实际情况还可设置中部纵向加强绳7，中部纵向加强绳7穿挂引导网片3和/或拦截网片4，两端固定于网片两侧山体支座，可根据实际情况对中部纵向加强绳7进行加密；所述中部横向加强绳8穿挂引导网片3和/或拦截网片4，可根据实际情况对中部横向加强绳8进行加密；所述侧拉锚绳10一端固定于边跨支架1顶端，另一端固定于山体支座；所述消能装置11设置在上支撑绳5、穿挂网片的下支撑绳6上。
进一步地，为了适应不同防护能级，所述上支撑绳5、下支撑绳6、中部纵向加强绳7、中部横向加强绳8、端支撑绳9、侧拉锚绳10的根数可以灵活增减，消能装置11的布置位置不局限于上支撑绳5和下支撑绳6。
一种用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统的设计方法如下：
根据落石所在区域落石发育历史，结合落石运动分析软件，预测落石运动轨迹，得到不同位置落石的能量。
根据落石运动轨迹，在保证安全防护高度的情况下，以大块体落石不直接冲击引导网片为佳，当满足上述要求较困难时，选定冲击能量较小位置布置引导网片，同时引导网片布置角度与落石运动方向夹角宜小于15°，应保证引导网片的水平投影覆盖被防护目标。
参照相应标准和产品手册按照落石直接冲击引导网片的最不利状态对引导网片绳索和消能装置进行配置，必要时辅助有限元分析方法进行验证。
通过理论方法或者有限元方法进行计算，确定引导网片在遭受落石冲击后的最大竖向位移，以引导网片受到落石冲击后不侵入拦截网片为基准确定拦截网片的倾斜角度。
参照相应标准和产品手册配置拦截网片绳索和消能装置的配置。
通过落石冲击引导网片支架所受的最大荷载确定支架的布置方式和尺寸。
本发明实际安装时，可将支架底部先固定于山体支座，同时将横梁固定在山体支座上，将上支撑绳、端支撑绳穿挂通过支架顶端，外延至网片两侧，固定于支座上。然后，将侧拉锚绳和支架顶端系结，另一端固定于支座上。将引导网片一侧通过连接件固定在横梁上，另一侧通过连接件穿挂在上支撑绳上，之后将下支撑绳分别固定于支架上方支座，拦截网片通过连接件分别穿挂于上支撑绳、下支撑绳和端支撑绳上，并张紧网片。中部纵向加强绳和中部横向加强绳穿挂网片，并通过连接扣件与网片连接，中部横向加强绳通过连接扣件与上支撑绳、下支撑绳、中部纵向加强绳连接，中部纵向加强绳的外延段固定于山体支座，中部横向加强绳与下支撑绳相连一端固定于山体支座。当有石头掉落与网片接触时，网片产生变形，同时将冲击力直接传递到上支撑绳、下支撑绳、中部纵向加强绳、中部横向加强绳、端支撑绳；上支撑绳、下支撑绳和端支撑绳进而将冲击力传递给支座和支架顶端，支架顶端将冲击力分别传递给柱底支座和侧拉锚绳，与之伴随，网片的冲击变形进一步加大。在此过程中，落石也会顺着柔性坡面向下滚动，当落石离开柔性坡面后，防护系统的变形会有一定的恢复。当落石块体较小时，落石可能会穿过引导结构，这时，拦截结构会对落石实施拦截，保证落石不会危及公路上的车辆和行人，对于失效部件，在经更换后系统还可以再次重复上述工作。
所述固定方式和连接方式均为现有技术，在此不做详细描述。
进一步地，本发明的网片可为多种形式，但需要保证网片能有效穿挂于支撑绳上。本发明的立柱的具体截面形状不限，满足不同冲击条件下的承载力即可。
根据本申请前述用于高陡边坡邻崖公路的双重分级柔性防护系统的设计方法，包括以下步骤：
(1)预测落石运动轨迹及冲击能量；所述步骤(1)具体方法为：根据落石所在区域落石发育历史，结合落石运动分析软件，预测落石运动轨迹，得到不同位置落石的能量；
(2)确定引导网片布置位置和倾斜角度；所述步骤(2)具体方法为：引导网片的水平投影须覆盖被防护目标，根据落石运动轨迹，在保证安全防护高度的情况下，以大块体落石不直接冲击引导网片为佳，当满足上述要求较困难时，选定冲击能量较小位置布置引导网片，同时引导网片布置角度与落石运动方向夹角小于15°；
(3)确定引导网片和消能装置的配置；所述步骤(3)具体方法为：引导网片和消能装置按照落石直接冲击引导网片的最不利状态进行配置，配置方法可以参照相应标准和产品手册，必要时辅助有限元分析方法进行验证；
(4)确定拦截网片的倾斜角度；所述步骤(4)具体方法为：通过理论方法或者有限元方法进行计算，确定引导网片在遭受落石冲击后的最大竖向位移，以引导网片受到落石冲击后不侵入拦截网片为基准确定拦截网片的倾斜角度；
(5)确定拦截网片和消能装置的配置；所述步骤(5)具体方法为：拦截网片和消能装置的配置可以参照相应标准和产品手册；
(6)确定支架布置方式和尺寸；所述步骤(6)具体方法为：支架的布置方式和尺寸通过落石冲击引导网片支架所受的最大荷载确定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。