適應(yīng)河床局部形態(tài)條件的柔性擋土墻

1、適應(yīng)河床局部形態(tài)條件的柔性擋土墻適應(yīng)河床局部形態(tài)條件的柔性擋土墻摘要：防止河岸沖刷和土地被水侵蝕的有效方法是采用柔性護(hù)岸工程?，F(xiàn)在采用最廣的是柔性擋土墻石籠箱，石籠箱裝滿塊石，并一個(gè)挨一個(gè)地碼放。石籠的大重量保證了這類擋土墻的可靠性。應(yīng)用最廣的石籠箱有兩種，一種是由鋼筋骨架和編制網(wǎng)組成，一種是無(wú)骨架的編制網(wǎng)，編制網(wǎng)為六角形孔眼，石籠內(nèi)裝河卵石或塊石關(guān)鍵詞：河床 局部形態(tài) 柔性擋土墻防止河岸沖刷和土地被水侵蝕的有效方法是采用柔性護(hù)岸工程?，F(xiàn)在采用最廣的是柔性擋土墻石籠箱，石籠箱裝滿塊石，并一個(gè)挨一個(gè)地碼放。石籠的大重量保證了這類擋土墻的可靠性。應(yīng)用最廣的石籠箱有兩種，一種是由鋼筋骨架和編制網(wǎng)組成

2、（圖 1 略），一種是無(wú)骨架的編制網(wǎng)，編制網(wǎng)為六角形孔眼，石籠內(nèi)裝河卵石或塊石（圖 2 略）。編制網(wǎng)孔眼將兩條鍍鋅金屬絳擰在一起，金屬絲直徑 2-3 毫米。這樣就可以保證一些孔眼損壞后編制網(wǎng)的正體性?？籽鄢叽缫话銥?515 厘米，這與塊石尺寸有關(guān)。石籠箱最常見的形狀是立方體，每面高 1 米，但也可以作成其他尺寸。俄羅斯卡巴勒季諾巴勒卡勒共和國(guó)護(hù)岸工程、索契的護(hù)岸工程以及黑海岸邊的防護(hù)工程都有采用石籠箱的經(jīng)驗(yàn)。這些工程中采用的雙絲編制網(wǎng)都是從意大利進(jìn)口或者是切列波維茲克金屬聯(lián)合工廠制造。制造石籠采用的金屬絲，強(qiáng)度極限為 38-50 公斤/毫米2。鍍鋅層密度 240-275克/平米。為了防止石籠銹

3、蝕，例如用于海洋護(hù)岸工程的石籠，可以在鍍逛商店金屬絲上涂以聚乙烯氯保護(hù)層，厚 0.4-0.6 毫米。鍍鋅層密度為 260 克/平米，運(yùn)用時(shí)間可達(dá) 35 年，鍍鋅層密度為 130 克/平米，運(yùn)用時(shí)間達(dá) 20 年。裝入石籠中的石料，當(dāng)其抗凍性能凍融循環(huán)次數(shù)大于 50，密度又大于 1700 公斤/立米的任何石料都可以采用。石籠中石料間的空隙，逐漸被淤泥沖滿，石籠形成了砌體，增加了石籠強(qiáng)度。這種擋土墻的主要缺點(diǎn)，是不能承受彎曲荷載，所以這種擋土墻修建的都不高。薩勒馬科汰的石籠擋土墻，在大的彎曲荷載動(dòng)水壓力作用在擋土墻北面時(shí)，擋土墻被破壞了（圖 3 略）。分析護(hù)岸工程的調(diào)查表明，水流和河床的形態(tài)因素是選

4、擇護(hù)岸工程方案的客觀指標(biāo)。必須考慮的水流主要形成因素有流速、水深、含沙量和洪水期的持續(xù)時(shí)間。選擇護(hù)岸工程方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮的河床主要形態(tài)因素是泥沙顆粒組成和河床縱坡。在河床水工中重要的指標(biāo)是弗勞德數(shù)，其確定公式為式中，v平均流速；h最大流量時(shí)的水深；g重力加速度；流速不均勻分布系數(shù)，=1.1。這個(gè)指標(biāo)包含了兩個(gè)形態(tài)因素：流速和水深。河床穩(wěn)定性的其他重要指標(biāo)，是羅赫基推薦的河床穩(wěn)定性系數(shù)。這個(gè)指標(biāo)與泥沙顆粒阻力和水流拖泄力的比值有關(guān)。泥沙顆粒阻力可挖地取正比于泥沙顆粒重量，即 d3（d顆粒平均粒徑，毫米）。而拖泄力是作用在顆粒上的動(dòng)水壓力，即 v2d2的乘積。因?yàn)樵谄渌嗤瑮l件下，v2正比于縱坡

5、i，那么，作用在顆粒上的壓力正比于 d2i，因此，比值將有下面形式能隨彎曲荷載又經(jīng)濟(jì)的一些石籠箱擋土墻方案已取得專利權(quán)，這類石籠呈拋物面圓柱形，并有砼護(hù)面，以及有砼護(hù)面和編制網(wǎng)錨固。拋物面圓柱體石籠擋土墻的修建要一步步完成（圖 5）。首先在地基上放置好下層網(wǎng)，并要形成搭接（圖 4 略）。在網(wǎng)的搭接處將金屬絲擰在一起。將網(wǎng)全部放置好后在放置骨架，骨架也呈拋物面圓柱形。地基上的拋物線可按下式描述式中 x、y地基上拋物線橫坐標(biāo)和豎坐標(biāo)；b 石和 h 石石籠的寬和高，b 石=（24）h 石。裝滿石料石，將骨架取下。在已放置好了的拋物面圓柱形石料的上面，可鋪置上一層網(wǎng)，這一層鋪設(shè)就容易些了，可用金屬絲擰

6、在下層網(wǎng)上。每一個(gè)拋物面圓柱體每延米長(zhǎng)要有 6-10 個(gè)金屬絲擰結(jié)，金屬絲粗 4-5 毫米，極限抗拉強(qiáng)度可達(dá) 800-1300 公斤。接下來(lái)放置第二層石籠，這層石籠也要用金屬絲同下層擰牢。第二層石籠鋪置后，接著鋪置第三層，這樣就一步步地完成了石籠擋土墻的修建。這種石籠擋土墻可以較高，而又薄，可以承受彎曲荷載。圖圖 5 5 拋物面圓柱體石籠擋土墻拋物面圓柱體石籠擋土墻1-1-擋土墻；擋土墻；2-2-雙擰結(jié)六角形孔眼網(wǎng)；雙擰結(jié)六角形孔眼網(wǎng)；3-3-擋土墻背水面；擋土墻背水面；4-4-編制網(wǎng)；編制網(wǎng)；5-5-擰牢金屬擰牢金屬絲；絲；6-6-柔性護(hù)底柔性護(hù)底石籠的合理高度在 0.2-0.5 米。在這個(gè)

7、高度下石籠寬應(yīng)在 0.7-1.0 米范圍，而裝在網(wǎng)內(nèi)石料的牢固要最大限度地靠石料與網(wǎng)子側(cè)表面的摩擦力。為了加強(qiáng)擋土墻在彎曲荷載作用下的承載能力和防止墻體傾倒的穩(wěn)定性，將擋土墻的橫斷面常常修建成臺(tái)階形，從上層向下層寬度減小。擋土墻背水面是支撐的土體，這樣使擋土墻的重心不會(huì)移動(dòng)，并增大了防止墻體傾倒的彎矩。石籠擋土墻最大缺點(diǎn)是，洪水時(shí)在泥沙和其他雜物磨損下，編制網(wǎng)的穩(wěn)定性不高。這種擋土墻最好在水流動(dòng)能參數(shù)在 0.5-1.0，河床穩(wěn)定系數(shù)在 1-5，水流中含沙量小和洪水期短的條件下使用?；旌闲蛽跬翂?，砼護(hù)面在墻的前部。有砼護(hù)面的石籠擋土墻為拋物面圓柱體，砼護(hù)面在墻的迎水面。擋土墻受壓的一側(cè)有澆注砼護(hù)

8、面。我們知道，砼受壓強(qiáng)度大于其受拉強(qiáng)度數(shù)十倍，這樣就增大了墻的抗彎曲承載能力。砼層的厚度與計(jì)算彎曲力矩有關(guān)。砼護(hù)面可有效地防止泥沙磨損墻體?；旌闲徒油翂Φ牧硪幻媸芾?，可以用鋼筋骨架加強(qiáng)。我們知道，鋼筋在受拉時(shí)強(qiáng)度極限大。工作筋的直徑與計(jì)算彎曲力矩值有關(guān)。這種擋土墻可以有效地應(yīng)用在任何水流動(dòng)能參數(shù)、穩(wěn)定系數(shù)在 1-5 以及在高含沙量水流和洪水期常應(yīng)用。有砼護(hù)面的石籠擋土墻，當(dāng)采用錨固網(wǎng)時(shí)，墻體還可以薄一些。有砼護(hù)面和有錨固網(wǎng)的石籠擋土墻，其錨固網(wǎng)是錨固在墻體背后的土體中（圖7）。有了錨固網(wǎng)就可以減小墻體橫斷面，這樣也會(huì)使接土墻更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)閴Σ荒芟駪冶哿菏降墓ぷ?，所以?jì)算彎曲力矩減小了。柔性擋土墻

9、的計(jì)算。包括擋土墻沖刷計(jì)算、擋土墻強(qiáng)度計(jì)算；確定擋土墻任一斷面上的應(yīng)力和墻基礎(chǔ)底面應(yīng)力、擋土墻傾覆計(jì)算和擋土抗滑計(jì)算。防止柔性擋土墻地基被沖刷的主要方法，是設(shè)置柔性護(hù)底。護(hù)底的放置深度應(yīng)低于河床底（圖 8、9）。按照護(hù)底的埋深，決定其所需寬度。護(hù)底應(yīng)是柔性的我們的看法是，最有前景的護(hù)底應(yīng)量石籠箱、加筋毛石砼和混合型?，F(xiàn)在在切列克河上已建成并正在運(yùn)用著這類護(hù)底（圖 10）。擋土墻作用范圍的水流水力學(xué)是個(gè)復(fù)雜問題。還沒有一個(gè)概括水流同護(hù)岸建筑物相互作用的公式，還沒有揭開相互作用現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)。推薦的護(hù)岸工程計(jì)算方法是基于經(jīng)驗(yàn)公式。這些公式完全可以用于設(shè)計(jì)。分析水流作用區(qū)擋土墻的工作表明，擋土墻的損壞，

10、到逐漸完全被破壞，多數(shù)是因?yàn)闆]有正確的選定建筑物基礎(chǔ)的埋置深度。在實(shí)際中有這種情況，擋土墻地上部分建造的很好，但由于其地下部分埋置深度不夠，在地基附近形成沖坑，使建筑物完全損壞。因此，確定擋土墻作用區(qū)沖刷坑尺寸及減小沖坑的方法，就是我們計(jì)算的主要任務(wù)之一。護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)用實(shí)踐表明，確定擋土墻護(hù)底寬度的方法，可以采用阿勒塔摩諾夫建議的方法，該方法是基于天然觀測(cè)數(shù)據(jù)，可適用于山前河流。根據(jù)阿勒塔摩諾夫的試驗(yàn)，在形成環(huán)流的堤防區(qū)，假定流入的流量，在流向開始偏向的開始斷面處流量為 q（圖 8），則這部分流量 q0?？煞殖蓛刹糠郑合虏苛髁?q 下，對(duì)河底有沖刷作用，q 下=q0 （4）上部流量 q

11、上，對(duì)擋土墻基礎(chǔ)沒有沖刷作用（圖 9）。q 上=q0(1-) （5）系數(shù)與擋土墻導(dǎo)致的水流偏向長(zhǎng)有關(guān)，可按下式確定=0.25l0.25與角有關(guān)的連續(xù)擋土墻對(duì)環(huán)流條件有不同影響。對(duì)沖刷坑尺寸的影響可以用系數(shù) k計(jì)入，k可以用試驗(yàn)方法確定：堤防地基的沖刷坑深度，可按下式確定h=(h0+ar)k （7）式中 r沖坑的水力學(xué)半徑，可按與 c值和河床土料的允許流速 v 有關(guān)的圖確定a 和 c與比值=dd 有關(guān)的系數(shù)，d 和 d水流泥沙平均直徑和最大直徑，或者是建筑物斷面處的河床土料平均直徑和最大直徑；h0 和 v0日常條件下水流平均水深和流速。防止擋土墻地基沖刷的護(hù)底寬 f，可按下面關(guān)系式確定（圖 9）

12、式中沖坑面積；hp=ar-沖坑深；h1護(hù)底埋置在平均河床底以下深。在確定作用在擋土墻上的土壓力時(shí)，認(rèn)為回填土料是理想的松散體。為了挖的計(jì)算，作用在傾角不大的擋墻面上的主動(dòng)土壓力，可以取水平向。為了計(jì)算擋土墻斷面，可以有兩種方案：擋土墻工作如懸臂梁，并以此計(jì)算墻的斷面面積；另一種是擋土墻如鉸接，對(duì)這種情況，可以取作雙支梁計(jì)算。如有的情況，錨固網(wǎng)的數(shù)目多于兩個(gè)，這種情況就屬于靜不動(dòng)系統(tǒng)。為了得到計(jì)算簡(jiǎn)圖，應(yīng)建立彎矩圖和橫向力圖，并計(jì)算最大荷載。如果由外部荷載計(jì)算的橫向力，沒有超過(guò)砼的內(nèi)力，那么，在橫向力作用下的傾斜斷面強(qiáng)度就有保證。用下式檢驗(yàn)形成傾斜裂縫的條件，q(0.6*rbt*b*h0) （10）式中 rbt砼軸向受拉時(shí)的計(jì)算強(qiáng)度，當(dāng)砼等級(jí)為 b15 時(shí)，rbt=0.75 兆巴，b=1.0 米。如果滿足這個(gè)條件，那么，在橫向力的作用下就不會(huì)產(chǎn)生裂縫?？v向筋的選取和計(jì)算應(yīng)按最不利的方案鋼筋網(wǎng)從土體中被拉出的情況進(jìn)行。在這種情況下錨固網(wǎng)的最大拉應(yīng)力等于鋼筋網(wǎng)摩擦力的兩倍。f=2f 摩擦 （11）式中 f鋼筋網(wǎng)從土體中被拉出時(shí)的最大拉應(yīng)力；f 摩擦當(dāng)鋼筋網(wǎng)從土體中被拉出時(shí)，鋼筋網(wǎng)骨架同土體一個(gè)接觸面的靜摩擦力f 摩擦=p*tg=*h*l*tg （12）式中 p網(wǎng)上面土體重；回填土料