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新型连锁块护坡防冲系统
RSS 打印 复制链接 发布时间:2011-02-22 13:33:34

程龙飞1,2     程卫国2    姜志强1
(1河海大学,江苏,南京 210098;2南京优凝舒布洛克公司,江苏,南京,210005)
【摘要】连锁块护坡防冲刷系统是一种新型柔性的平顺护岸形式,由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土块与其下的土工布共同抗冲反滤, 具有整体性好、适应河床变形能力强、取材容易、施工简单、维护管理方便、经济实用的特点;其对小规模变形具有高度的适应性,由于本身强度、密实度大,具有很强的抗冲击能力,而被护坡防冲工程广泛运用。作者根据以往的一些工程实践,对连锁护坡防冲系统的设计、施工等方面作了初步探讨。
【关键词】连锁块   护坡防冲系统    铺面   
中图分类号:              文献标识号:              文章编号:
Scour Protection System of New Interlock Block Excavation Slope
Cheng Long-fei1,2  Cheng Wei-guo2  Jiang Zhi-qiang1
(1.Hohai University, Nanjing 210098,Jiangsu,China;
2.Nanjing US- Block Co., Nanjing 210005,Jiangsu,China)
Abstract: Scour protection system of interlock block excavation slope is a new flexible easement retaining wall. It can commonly scour and filter with a set of same size, shape and weight precast concrete blocks and below its earth work cloth. The method is of fine bulking property, strongly deformation ability of adapting river bed. Also, it has many advantages including easily got materials, simple construction and it is convenient to maintenance and management. It can adapt to small scale deformation and can be widely applied to excavation slope scour protection engineering on account on this system is of high strength, great degree of compaction and strong scour protection ability. Based on previous engineering practices, the design and construction of scour protection system of interlock block excavation slope is discussed in this paper.
Keywords: Interlock block; scour protection system; pavement
1.引言
目前在护坡堤防工程中刚性护坡铺面主要有现浇混凝土、沥青混凝土、浆砌块石、乱石堆、泥灰土等做成的防侵蚀护面,它们都存在下面一些致命的缺陷:总体成本高;不易种草、绿化;耐久性差,对渠道小规模变形的适应性差,遇到不好的土质、沉陷、膨胀土、堤防塌陷、结冰隆起或水的扬压力时容易发生局部破坏或结构不稳定性;刚性衬砌面一旦发生局部破坏,容易发生大面积的破坏,易导致下面的土壤侵蚀,因为宽大的破碎板块在水流作用下很容易移走;刚性衬砌的修补比较贵并且施工不方便。传统的柔性护面系统如网状织物或防护垫一般成本低,渗透性好,为当地动植物提供更好的生长环境,但是它还是存在下列缺点:大多数网状织物或防护垫只为植被提供加固作用,所以施工最终覆盖面层时安全性不宜保证,植被本身全面生根后才对基土提供防冲蚀保护;网状织物或防护垫抗水流应力的能力有限,为减少衬砌面上水流的牵引力必须增加过水道的几何尺寸或者减少边坡坡度[1-3]。这样由于防护措施不当而加大的工程投资;这种主要依靠植被来保护土壤的衬砌措施不适合长期淹没或持续流态下工作。
新型连锁护坡防冲刷系统是一种连锁型预制高强混凝土块铺面系统,作为防止土壤冲刷的有效措施,从八十年代中期开始已在欧美国家得到了广泛的应用。连锁型护坡防冲刷系统是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土块用一系列绳索相互连接而形成的连锁型矩阵。连锁型混凝土块有两种主要类型:中间开孔式和中间封闭式,两种类型的混凝土块都有不同的尺寸和厚度以适应各种水流情况。压实整平的土基上面铺好符合土质要求的反滤土工布后便可摊铺连锁混凝土块。连锁混凝土块结合了传统柔性护坡系统的优点,如:渗水、柔性、能植草并改善生态环境,和传统刚性护坡系统的防冲刷、稳定、抗高切应力等优点。连锁混凝土块施工方便快捷,所以可以节省总工程投资。更具体讲,与其它护坡措施相比采用铰链式混凝土块护坡系统长期经济效较好。因为它耐用持久,大大节省后期维修费用。

2.连锁护坡防冲刷铺面系统施工步骤
2.1准备场地
铺放连锁铺面之前土基表面必须压实整平。从技术上或美观上讲严格整平都是非常重要的。若场地土质较差,不好压实或整平,则可用一层碎石垫层。整平好的表面上不能走人或仪器,影响其平整度。
2.2铺设土工布
铺放连锁铺面之前必须要铺设符合当地土质要求的反滤土工布,最好用编织的土工布。土工布在大多数情况下能代替碎石过滤层,但是铺面系统承受波浪荷载时碎石垫层就不能省略。土工布允许水渗出来,减少铺面系统上的扬压力,同时又防止发生地基土的管涌现象。在两张连锁铺面垫子接缝处要避免发生两张土工布的搭接,所以土工布在连锁铺面垫子四边都要伸出至少30公分。
2.3铺连锁护坡防冲刷铺面
为提高施工精度和速度,一般在生产厂或就地把连锁型混凝土块用绳索连接成适合本工程大小的连锁铺面垫子,并利用起重机和专用展延栅一次性安装到已准备好的土基上。边坡上铺的连锁铺面垫子在顶部必须把一部分连锁块埋入土内并其系索锚固在系排梁内,底部则可以挖壕沟把一部分连锁块埋进土内或者一定长度的连锁铺面垫子摊铺在河底表面上。采取有效的起吊方法,连锁铺面垫子也可以在水下摊铺。河道弯曲的地方铺连锁铺面时可以采用预先作好的三角形垫子,也可以先让两块连锁铺面垫子搭接定位后把搭接部分的块体拿掉并且重新设立系索。接缝处小于5公分的缝隙可以忽略,但如果缝隙过大则必须用渗水性混凝土填缝。
2.4填缝
经受波浪冲击的边坡上铺好连锁铺面后空隙内填满级配碎石,可大大提高铺面系统的稳定性。正常水位以下的开孔式连锁块体孔内也最好填级配碎石。
2.5植草
正常水面以上连锁块体表面可以摊铺一层天然土然后种植适合当地气候环境的花草。
完成后连锁护坡防冲刷铺面系统的构成如图1
 
图1连锁护坡防冲刷铺面系统结构示意图

3、连锁护坡防冲刷系统的设计原理
3.1连锁铺面宽度和长度
垂直于水流方向的连锁铺面宽度以枯水位为界分水上部分 和水下部分 两段。水上护坡段宽度 应按整平后的坡面和用于固定的余幅确定;水下段宽度 由(1)式确定。
                           (1)
 -与水上铺面连接和固定所需的铺面宽度;
 -主体宽度,按下式计算:
             (2)
                     (3)
式中: 、 -铺面的褶皱系数和收缩系数,一般取 =1.4, =1.05;
 -安全系数,取1.2; -枯水位时的平均水深; -河床的最大冲刷深度;
 -水下冲刷稳定边坡坡度, =2.0~2.5; -计算断面冲刷前平均水深;
 -达到最大冲刷时的河流宽度; -弯曲段河流曲率半径。
顺水流方向排体的长度应根据需防护的路基边坡长度确定。

3.2连锁铺面稳定性计算
3.2.1铺面抗浮稳定性应满足(4)式的要求。
                        (4) 
式中: -铺面上下的水头差; -铺面在水下的重度; -水的重度;
 -土坡坡角(0); -铺面垂直于土坡的厚度。
3.2.2连锁块抗滑稳定性应满足(5)式的要求。
                               (5)
式中: -安全系数, 取1.2; -连锁块与土工布间的摩擦系数(在水下用水下值)
其余符号同上式。
3.2.3整体抗滑稳定性应满足(6)式要求。
             (6)
式中: -安全系数,取1.2;  -土工布与连锁块扣除浮力影响后的平均有效重度;
 -土工布与连锁块的总厚度; -坡面与土工布间的摩擦系数(在水下用水下值);其余符号同上式。

4新型连锁护坡防冲刷铺面系统的应用范围
连锁护坡防冲刷铺面系统一般适用于水下工程及预计可能发生冲刷的路基、坡面。如:
临时过水路面、桥墩、船舶下水坡道、沙丘、填地、排水小沟、小溪、陡坡、瀑布、堤防漫顶(土石坝、防洪堤、溢洪道等)的溢流面保护、河底、河岸、海岸的护坡稳定,防止水土流失。以下为某溢洪道的溢流面连锁护坡防冲刷铺面系统工程各阶段照片。
   照片1   施工中             照片2    完工后             照片3   一年后

5.新型连锁护坡防冲刷铺面系统的主要优点
5.1新型连锁护坡防冲刷铺面系统遇到渠道小规模变形(由沉陷、结冰、滑坡、膨胀土等引起的)时候具有高度的适应性。
5.2抗冲刷能力强,高速水流以及其它恶劣环境下保持完整的面层,不让下面的土体被侵蚀。
5.3具有其它柔性铺面材料所有的优点如空隙率高,透水性好,各独立块之间和单块内的空隙内可以植草,能美化环境的同时形成自然坡面改善生态环境。
5.4施工简便:新旧堤防都能用,可以人工铺设也可以采用机械化施工,并可以在水下施工。
5.5最陡的边坡坡度可达1:1,并且可以在高速水流引起的高切应力下安全地工作。
5.6连锁混凝土块本身强度、密实度高,具有很强的抗冲击能力。
5.7虽然用绳索连接各独立块,在一定程度上可以提高铺面系统的整体稳定性。但选择连锁型铺面系统中混凝土块(设计)时忽略了绳索的影响,以单块稳定为设计依据,所以万一绳索出现问题不会影响系统的工作性能。绳索的主要作用是提高施工精度,保证各独立块位置的正确性,防止出现由于各别块的移走或偷窃而引起整体系统不稳定,和帮助实现机械化施工。

6.结论
连锁护坡防冲刷铺面系统是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土块,用一系列经过每个块体内部的预制孔内的横向绳索相互连接,而形成的连锁型柔性矩阵铺面系统。压实整平的土基上面铺好符合土质要求的反滤土工布后便可摊铺连锁铺面垫子。连锁铺面结合了传统柔性护坡系统的优点如:渗水、柔性、能植草并改善生态环境,和传统刚性护坡系统的防冲刷、稳定、抗高切应力等优点。多年的成功实践已经证实连锁护坡防冲刷铺面系统是替代传统的护坡系统如堆乱石、浆砌块石、混凝土等的最有效、可靠、美观和高性能的产品。连锁铺面施工方便快捷,所以可以节省总工程投资。更具体讲,与其它护坡措施相比采用连锁型护坡系统长期经济效应好因为它耐用持久,大大节省后期维修费用。

参考文献:
[1] SL/T225-98 《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》[S].
[2] SL260-98 《堤防工程施工规范》[S].
[3] SL204-98 《开发建设项目水土保持方案技术规范》[S].
[4] 尹 杰,耿宏业. 铰链沉排工程的施工与监理[J]. 水运工程,2003,(12)
[5] 李敏达,马 强,贡 力等. 铰链式模袋混凝土沉排护底在河道整治中的应用[J]. 甘肃水利水电技术,2004,(6)
[6] 李希宁,孙振杰,孟祥文等. 铰链式模袋混凝土沉排设计与施工[J]. 人民黄河,2000,(5)
 

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