開孔聯鎖混凝土護坡設計與應用

趙月桂，鄒士軍，張玲秋

（1山東省交通運輸廳京杭運河工程建設辦公室，濟南，250014

2鄒平縣住房保障和房產管理局，山東　鄒平，256200）

開孔聯鎖混凝土護坡設計與應用

趙月桂1，鄒士軍1，張玲秋2

（1山東省交通運輸廳京杭運河工程建設辦公室，濟南，250014

2鄒平縣住房保障和房產管理局，山東鄒平，256200）

【摘要】論文介紹了聯鎖混凝土護坡的特點及應用條件，分析了其在荷載作用下的破壞形式，并對塊體穩定重量驗算、浪壓力計算、安全系數計算等進行了探討。最后結合實際進行了工程應用。

【關鍵詞】聯鎖混凝土；護坡；設計；安全系數

1　概述

護坡工程是保證堤防安全的重要單元，也是堤防建設的重要內容。聯鎖型混凝土護坡是近年來出現的新型護坡形式，它由聯鎖型混凝土塊面層、級配碎石濾水層、土工布反濾層、基土層等組成，是由一組尺寸、形狀和重量一致的高強度混凝土預制塊，通過獨特的聯鎖設計，塊與塊之間相互連接而形成的聯鎖型矩陣。整個護坡系統設計充分考慮了各種水深、水流速度和風浪情況等水力條件下的邊坡穩定，也能有效的防止水土流失。

聯鎖型混凝土護坡結合了傳統剛性護坡與柔性護坡各自的優點，既具有剛性護坡穩定性好、抗沖能力強的特點，又具有柔性護坡適應位移和變形能力強、孔隙率高透水性好的特點。由于相鄰的塊體之間相互咬合，塊與塊之間具有較強的聯鎖性，可以有效地增加塊體之間的連接力，使塊體能夠在高速水流的作用下保持結構的整體穩定性，從而降低了單個塊體的穩定重量和尺寸，節約工程成本。另外，塊體的形狀與大小都適合人工鋪設，施工簡單、方便，新舊坡面都能用，大大節省后期維修費用。

同時，采用開孔聯鎖混凝土護坡不僅可增強視覺效果，更重要的是出于減少波生浮托力的考慮。理論分析計算和模型試驗結果均表明，具有高滲透性的護面層有利于結構穩定，相同波要素條件下可減小護砌厚度。

2　開孔聯鎖混凝土護坡設計

2.1護坡塊體所受荷載分析

混凝土護坡塊體在使用過程中受到的荷載包括：在靜水中主要有重力（扣除浮力）、墊層對塊體的支撐力以及塊體和墊層間的摩擦力；動水中還受到波浪的作用力。此外，在內河航道中，岸坡受到船舶航行碰撞的影響也是導致護坡損壞的原因之一。

2.2護坡塊體在荷載作用下的破壞形式

塊體在荷載作用下的破壞形式主要有兩種：單塊塊體的破壞和護坡層的整體滑動。其中主要以第一種為主要破壞形式。

1）單塊塊體的破壞：當波浪作用下塊體處于臨界穩定狀態時，砌塊上表面受到波浪的壓力、下表面受到墊層中水流的頂托力作用，此外還有重力、塊體之間的支撐力和摩擦力、塊體間的咬合等作用。當塊體所受凈浮托力大于塊體重量及塊體間摩擦和咬合力時，塊體被托起，以至脫落失穩。由于聯鎖混凝土塊體之間相互咬合，一塊塊體脫落后，極易引起其周圍護坡塊體的松動破壞，故有一塊聯鎖塊脫出時，即認為護面層遭到破壞。

2）護坡層的整體滑動破壞。滑動推力為塊體凈重力（除去浮力）沿斜坡方向的分量，其抗滑力為塊體與其下層基礎間的摩阻力以及坡腳結構的支撐力。因工程中常采取相應措施（如在堤腳做趾結構或將堤坡放緩）避免塊體護面的滑動，故整體滑動破壞并不常見。

2.3聯鎖混凝土護坡設計

2.3.1塊體的穩定重量驗算

護坡塊的設計計算中，常用美國的赫德森（Hudson）公式計算護坡塊體的穩定重量：

2.3.2作用在護坡上的浪壓力計算

護岸上的浪壓力計算根據波浪形態主要分為兩類。一類是入射到墻上的波浪受到反射，與入射波疊加后形成駐波；另一類是墻前的破碎波。目前常用的公式只限于線性駐波，至于破碎波方面的研究工作主要集中在實驗研究方面，提出的公式尚屬于經驗公式范疇。

因其簡單、便于計算，目前常用的浪壓力計算公式為Sainf ou公式：

2.3.3安全系數計算

用一個經過計算所得的數值“安全系數”表征在特定的水力條件和場地特征條件下單元的穩定性，該數值應大于所選取的允許安全系數值。設計中忽略以下影響：1.塊體間的摩擦力和繩索等的連接力；2.若塊體內或相鄰塊體之間的孔隙內種草，草根增加鋪面系統與土基之間的連接力；3.塊體在坡道頂部錨固在土體內，以防止鋪面系統沿著坡道或縱向滑動。以上幾個對穩定有利的因素在設計中均不考慮，所以設計偏于安全。

根據護坡的適用條件、塊體的結構等因素，選取對應的最小容許安全系數值通常在1.2～2.0之間。

3工程應用

結合京杭運河山東段主航道自然岸坡土質、水流流態、通航特點等工程實際，進行了開孔聯鎖混凝土結構設計并鋪裝了試驗段，其設計平面圖見圖1。其中，護坡坡度為1：2，護坡塊體厚度為120mm。護坡混凝土強度等級C25，抗凍等級為F150。

根據計算分析，護坡單個塊體安全系數為2.13，滿足安全要求。

圖1　開孔聯鎖混凝土護坡平面圖（單位：mm）

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