新型連鎖塊護(hù)坡防沖系統(tǒng)

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程龍飛1,2     程衛(wèi)國2    姜志強(qiáng)1
（1河海大學(xué)，江蘇，南京 210098；2南京優(yōu)凝舒布洛克公司，江蘇，南京，210005）
【摘要】連鎖塊護(hù)坡防沖刷系統(tǒng)是一種新型柔性的平順護(hù)岸形式，由一組尺寸、形狀和重量一致的預(yù)制混凝土塊與其下的土工布共同抗沖反濾, 具有整體性好、適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)、取材容易、施工簡單、維護(hù)管理方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)；其對小規(guī)模變形具有高度的適應(yīng)性,由于本身強(qiáng)度、密實(shí)度大，具有很強(qiáng)的抗沖擊能力，而被護(hù)坡防沖工程廣泛運(yùn)用。作者根據(jù)以往的一些工程實(shí)踐，對連鎖護(hù)坡防沖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工等方面作了初步探討。
【關(guān)鍵詞】連鎖塊   護(hù)坡防沖系統(tǒng)    鋪面   
中圖分類號：              文獻(xiàn)標(biāo)識號：              文章編號：
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
目前在護(hù)坡堤防工程中剛性護(hù)坡鋪面主要有現(xiàn)澆混凝土、瀝青混凝土、漿砌塊石、亂石堆、泥灰土等做成的防侵蝕護(hù)面，它們都存在下面一些致命的缺陷：總體成本高；不易種草、綠化；耐久性差，對渠道小規(guī)模變形的適應(yīng)性差，遇到不好的土質(zhì)、沉陷、膨脹土、堤防塌陷、結(jié)冰隆起或水的揚(yáng)壓力時(shí)容易發(fā)生局部破壞或結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性；剛性襯砌面一旦發(fā)生局部破壞，容易發(fā)生大面積的破壞，易導(dǎo)致下面的土壤侵蝕，因?yàn)閷挻蟮钠扑榘鍓K在水流作用下很容易移走；剛性襯砌的修補(bǔ)比較貴并且施工不方便。傳統(tǒng)的柔性護(hù)面系統(tǒng)如網(wǎng)狀織物或防護(hù)墊一般成本低，滲透性好，為當(dāng)?shù)貏又参锾峁└玫纳L環(huán)境，但是它還是存在下列缺點(diǎn)：大多數(shù)網(wǎng)狀織物或防護(hù)墊只為植被提供加固作用，所以施工最終覆蓋面層時(shí)安全性不宜保證，植被本身全面生根后才對基土提供防沖蝕保護(hù)；網(wǎng)狀織物或防護(hù)墊抗水流應(yīng)力的能力有限，為減少襯砌面上水流的牽引力必須增加過水道的幾何尺寸或者減少邊坡坡度[1-3]。這樣由于防護(hù)措施不當(dāng)而加大的工程投資；這種主要依靠植被來保護(hù)土壤的襯砌措施不適合長期淹沒或持續(xù)流態(tài)下工作。
新型連鎖護(hù)坡防沖刷系統(tǒng)是一種連鎖型預(yù)制高強(qiáng)混凝土塊鋪面系統(tǒng)，作為防止土壤沖刷的有效措施，從八十年代中期開始已在歐美國家得到了廣泛的應(yīng)用。連鎖型護(hù)坡防沖刷系統(tǒng)是由一組尺寸、形狀和重量一致的預(yù)制混凝土塊用一系列繩索相互連接而形成的連鎖型矩陣。連鎖型混凝土塊有兩種主要類型：中間開孔式和中間封閉式，兩種類型的混凝土塊都有不同的尺寸和厚度以適應(yīng)各種水流情況。壓實(shí)整平的土基上面鋪好符合土質(zhì)要求的反濾土工布后便可攤鋪連鎖混凝土塊。連鎖混凝土塊結(jié)合了傳統(tǒng)柔性護(hù)坡系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，如：滲水、柔性、能植草并改善生態(tài)環(huán)境，和傳統(tǒng)剛性護(hù)坡系統(tǒng)的防沖刷、穩(wěn)定、抗高切應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)。連鎖混凝土塊施工方便快捷，所以可以節(jié)省總工程投資。更具體講，與其它護(hù)坡措施相比采用鉸鏈?zhǔn)交炷翂K護(hù)坡系統(tǒng)長期經(jīng)濟(jì)效較好。因?yàn)樗陀贸志?，大大?jié)省后期維修費(fèi)用。

2．連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)施工步驟
2．1準(zhǔn)備場地
鋪放連鎖鋪面之前土基表面必須壓實(shí)整平。從技術(shù)上或美觀上講嚴(yán)格整平都是非常重要的。若場地土質(zhì)較差，不好壓實(shí)或整平，則可用一層碎石墊層。整平好的表面上不能走人或儀器，影響其平整度。
2．2鋪設(shè)土工布
鋪放連鎖鋪面之前必須要鋪設(shè)符合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)要求的反濾土工布，最好用編織的土工布。土工布在大多數(shù)情況下能代替碎石過濾層，但是鋪面系統(tǒng)承受波浪荷載時(shí)碎石墊層就不能省略。土工布允許水滲出來，減少鋪面系統(tǒng)上的揚(yáng)壓力，同時(shí)又防止發(fā)生地基土的管涌現(xiàn)象。在兩張連鎖鋪面墊子接縫處要避免發(fā)生兩張土工布的搭接，所以土工布在連鎖鋪面墊子四邊都要伸出至少30公分。
2．3鋪連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面
為提高施工精度和速度，一般在生產(chǎn)廠或就地把連鎖型混凝土塊用繩索連接成適合本工程大小的連鎖鋪面墊子，并利用起重機(jī)和專用展延?xùn)乓淮涡园惭b到已準(zhǔn)備好的土基上。邊坡上鋪的連鎖鋪面墊子在頂部必須把一部分連鎖塊埋入土內(nèi)并其系索錨固在系排梁內(nèi)，底部則可以挖壕溝把一部分連鎖塊埋進(jìn)土內(nèi)或者一定長度的連鎖鋪面墊子攤鋪在河底表面上。采取有效的起吊方法，連鎖鋪面墊子也可以在水下攤鋪。河道彎曲的地方鋪連鎖鋪面時(shí)可以采用預(yù)先作好的三角形墊子，也可以先讓兩塊連鎖鋪面墊子搭接定位后把搭接部分的塊體拿掉并且重新設(shè)立系索。接縫處小于5公分的縫隙可以忽略，但如果縫隙過大則必須用滲水性混凝土填縫。
2．4填縫
經(jīng)受波浪沖擊的邊坡上鋪好連鎖鋪面后空隙內(nèi)填滿級配碎石，可大大提高鋪面系統(tǒng)的穩(wěn)定性。正常水位以下的開孔式連鎖塊體孔內(nèi)也最好填級配碎石。
2．5植草
正常水面以上連鎖塊體表面可以攤鋪一層天然土然后種植適合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的花草。
完成后連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1
 
圖1連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3、連鎖護(hù)坡防沖刷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理
3．1連鎖鋪面寬度和長度
垂直于水流方向的連鎖鋪面寬度以枯水位為界分水上部分 和水下部分 兩段。水上護(hù)坡段寬度 應(yīng)按整平后的坡面和用于固定的余幅確定；水下段寬度 由(1)式確定。
                           (1)
 －與水上鋪面連接和固定所需的鋪面寬度；
 －主體寬度，按下式計(jì)算：
             (2)
                     (3)
式中： 、 －鋪面的褶皺系數(shù)和收縮系數(shù)，一般取 ＝1.4， ＝1.05；
 －安全系數(shù)，取1.2； －枯水位時(shí)的平均水深； －河床的最大沖刷深度；
 －水下沖刷穩(wěn)定邊坡坡度， ＝2.0~2.5; －計(jì)算斷面沖刷前平均水深；
 －達(dá)到最大沖刷時(shí)的河流寬度； －彎曲段河流曲率半徑。
順?biāo)鞣较蚺朋w的長度應(yīng)根據(jù)需防護(hù)的路基邊坡長度確定。

3．2連鎖鋪面穩(wěn)定性計(jì)算
3.2.1鋪面抗浮穩(wěn)定性應(yīng)滿足(4)式的要求。
                        (4) 
式中： －鋪面上下的水頭差； －鋪面在水下的重度； －水的重度；
 －土坡坡角（0）； －鋪面垂直于土坡的厚度。
3.2.2連鎖塊抗滑穩(wěn)定性應(yīng)滿足(5)式的要求。
                               (5)
式中： －安全系數(shù), 取1.2； －連鎖塊與土工布間的摩擦系數(shù)（在水下用水下值）
其余符號同上式。
3.2.3整體抗滑穩(wěn)定性應(yīng)滿足(6)式要求。
             (6)
式中： －安全系數(shù)，取1.2;  －土工布與連鎖塊扣除浮力影響后的平均有效重度；
 －土工布與連鎖塊的總厚度； －坡面與土工布間的摩擦系數(shù)（在水下用水下值）；其余符號同上式。

4新型連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)的應(yīng)用范圍
連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)一般適用于水下工程及預(yù)計(jì)可能發(fā)生沖刷的路基、坡面。如：
臨時(shí)過水路面、橋墩、船舶下水坡道、沙丘、填地、排水小溝、小溪、陡坡、瀑布、堤防漫頂（土石壩、防洪堤、溢洪道等）的溢流面保護(hù)、河底、河岸、海岸的護(hù)坡穩(wěn)定，防止水土流失。以下為某溢洪道的溢流面連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)工程各階段照片。
   照片1   施工中             照片2    完工后             照片3   一年后

5．新型連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)
5．1新型連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)遇到渠道小規(guī)模變形（由沉陷、結(jié)冰、滑坡、膨脹土等引起的）時(shí)候具有高度的適應(yīng)性。
5．2抗沖刷能力強(qiáng)，高速水流以及其它惡劣環(huán)境下保持完整的面層，不讓下面的土體被侵蝕。
5．3具有其它柔性鋪面材料所有的優(yōu)點(diǎn)如空隙率高，透水性好，各獨(dú)立塊之間和單塊內(nèi)的空隙內(nèi)可以植草，能美化環(huán)境的同時(shí)形成自然坡面改善生態(tài)環(huán)境。
5．4施工簡便：新舊堤防都能用，可以人工鋪設(shè)也可以采用機(jī)械化施工，并可以在水下施工。
5．5最陡的邊坡坡度可達(dá)1:1，并且可以在高速水流引起的高切應(yīng)力下安全地工作。
5．6連鎖混凝土塊本身強(qiáng)度、密實(shí)度高，具有很強(qiáng)的抗沖擊能力。
5．7雖然用繩索連接各獨(dú)立塊，在一定程度上可以提高鋪面系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。但選擇連鎖型鋪面系統(tǒng)中混凝土塊（設(shè)計(jì)）時(shí)忽略了繩索的影響，以單塊穩(wěn)定為設(shè)計(jì)依據(jù)，所以萬一繩索出現(xiàn)問題不會影響系統(tǒng)的工作性能。繩索的主要作用是提高施工精度，保證各獨(dú)立塊位置的正確性，防止出現(xiàn)由于各別塊的移走或偷竊而引起整體系統(tǒng)不穩(wěn)定，和幫助實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工。

6．結(jié)論
連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)是由一組尺寸、形狀和重量一致的預(yù)制混凝土塊，用一系列經(jīng)過每個(gè)塊體內(nèi)部的預(yù)制孔內(nèi)的橫向繩索相互連接，而形成的連鎖型柔性矩陣鋪面系統(tǒng)。壓實(shí)整平的土基上面鋪好符合土質(zhì)要求的反濾土工布后便可攤鋪連鎖鋪面墊子。連鎖鋪面結(jié)合了傳統(tǒng)柔性護(hù)坡系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如：滲水、柔性、能植草并改善生態(tài)環(huán)境，和傳統(tǒng)剛性護(hù)坡系統(tǒng)的防沖刷、穩(wěn)定、抗高切應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)。多年的成功實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)連鎖護(hù)坡防沖刷鋪面系統(tǒng)是替代傳統(tǒng)的護(hù)坡系統(tǒng)如堆亂石、漿砌塊石、混凝土等的最有效、可靠、美觀和高性能的產(chǎn)品。連鎖鋪面施工方便快捷，所以可以節(jié)省總工程投資。更具體講，與其它護(hù)坡措施相比采用連鎖型護(hù)坡系統(tǒng)長期經(jīng)濟(jì)效應(yīng)好因?yàn)樗陀贸志?，大大?jié)省后期維修費(fèi)用。

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