系混凝土塊土工格柵軟體排在長(zhǎng)江護(hù)岸工程中的開發(fā)應(yīng)用研究*

嚴(yán) 瑩

（江蘇城市職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210036）

系混凝土塊土工格柵軟體排在長(zhǎng)江護(hù)岸工程中的開發(fā)應(yīng)用研究*

嚴(yán) 瑩

（江蘇城市職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210036）

文章借鑒當(dāng)前常用的軟體排結(jié)構(gòu)型式，首次將土工格柵引入到軟體排結(jié)構(gòu)中，研究提出系混凝土塊土工格柵軟體排這一新型軟體排結(jié)構(gòu)型式。其制作方便、強(qiáng)度高、整體性好、造價(jià)較低，為今后護(hù)岸工程提供一種新的選擇。

護(hù)岸工程；土工格柵；軟體排；混凝土

長(zhǎng)江干流中下游河道長(zhǎng)約1800km，河道岸坡主要由河相沉積的二元結(jié)構(gòu)組成，土層抗沖能力較弱，在水流作用下，岸坡易受沖蝕、變陡，進(jìn)而崩塌。崩岸對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定和防洪安全造成不利影響，亦不利于長(zhǎng)江岸線的開發(fā)利用和沿岸城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此岸坡的防護(hù)成為河道整治工程的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

護(hù)岸工程分為水上護(hù)坡和水下護(hù)腳兩部分，目前水上護(hù)坡型式主要有干砌石、漿砌石、預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土（塊）、雷諾石墊護(hù)坡等；水下護(hù)腳主要有拋石、模袋混凝土、四面六邊體透水框架、土工織物枕及軟體排等[1]。其中軟體排整體性、柔性較好，能適應(yīng)河床一定程度的變形，抗沖能力較強(qiáng)。其結(jié)構(gòu)型式有多種，主要有砂肋軟體排、系混凝土塊軟體排、混凝土鉸鏈排等[2-5]。

1 開發(fā)研究

1.1 思路借鑒

目前正在施工建設(shè)的長(zhǎng)江南京新濟(jì)洲河段河道整治工程采用了三種軟體排結(jié)構(gòu)型式，包括砂肋軟體排、系混凝土塊軟體排、混凝土鉸鏈排。

其中混凝土鉸鏈排結(jié)構(gòu)型式如圖1所示，預(yù)制混凝土塊除了起壓載作用，還起連接成排、傳遞荷載的作用。由于混凝土抗拉強(qiáng)度低，需在塊體中布設(shè)縱橫向受力鋼筋，塊體之間采用鋼筋U型環(huán)連接，并用螺栓固定，排體底部綁扎鋪設(shè)反濾編織布，反濾與載荷受力結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立。該排體結(jié)構(gòu)型式整體性、柔性較好，能較好地適應(yīng)河床的變形，護(hù)岸效果較好，在長(zhǎng)江中下游護(hù)岸工程中已多次采用。缺點(diǎn)是需要采用專用施工船施工，施工程序包括塊體之間的連接較復(fù)雜，所需人工較多，加之鋼筋用量較大，造價(jià)較高，且塊體之間的連接鋼筋外露，在水位變幅區(qū)，容易銹蝕斷裂，影響排體整體性。

圖1 混凝土鉸鏈排平面示意圖

系混凝土塊軟體排結(jié)構(gòu)型式如圖2所示，排體由土工布排墊和“王”字型混凝土壓重塊組成，混凝土塊通過縱向縫制的加筋條和系結(jié)條與排墊連接，土工布排墊同時(shí)起載荷受力和反濾作用。同樣，該排體結(jié)構(gòu)整體性、柔性較好，能較好地適應(yīng)河床的變形，排墊與壓重塊之間通過系結(jié)連接，操作較方便。但也有其缺點(diǎn)，由于排體各組成部分的連接特點(diǎn)使得排體受力較為復(fù)雜，沉排施工時(shí)在混凝土塊掛載作用下會(huì)產(chǎn)生較大的集中拉剪應(yīng)力，加大了排體局部撕裂破壞并隨之?dāng)U大的可能；同時(shí)，土工布排墊作為柔性布體材料，沉排施工時(shí)在掛載作用下易產(chǎn)生橫向皺縮效應(yīng)，導(dǎo)致排體橫向不能充分展開，影響排體之間的搭接效果，甚至出現(xiàn)空擋，進(jìn)而影響排體護(hù)岸的整體性和護(hù)岸效果。

圖2 系混凝土塊軟體排平面示意圖

上述兩種排體結(jié)構(gòu)型式迥異，各有優(yōu)缺點(diǎn)。為消除或弱化缺點(diǎn)，利用單向拉伸土工格柵良好的物理力學(xué)性能和外形特征，借鑒兩種排體結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)；采用土工格柵替代鋼筋作為受力體；格柵肋作為“系結(jié)條”或另設(shè)系結(jié)條連接混凝土壓重塊；格柵底部綁扎鋪設(shè)反濾土工布，形成系混凝土塊土工格柵軟體排。

1.2 結(jié)構(gòu)型式

土工格柵是土工特種材料中的一種，在公路、鐵路、碼頭、堤壩、邊坡、擋墻以及護(hù)岸等工程中作為加筋或加固材料廣為應(yīng)用。目前在護(hù)岸工程中主要作為土工格柵石墊護(hù)坡的框格材料使用[6]。土工格柵種類較多，其中單向拉伸塑料土工格柵是一種以高分子聚合物為主要原料，加入一定的防紫外線、抗老化助劑，經(jīng)過單向拉伸使原來分布散亂的鏈形分子重新定向排列形成的高強(qiáng)度土工材料，抗老化性能較好，如圖3所示。其縱向拉伸強(qiáng)度根據(jù)規(guī)范《土工合成材料塑料土工格柵》（GB/T17689-2008）可以達(dá)到200kN/m以上。

圖3 單向拉伸塑料土工格柵

系混凝土塊土工格柵軟體排由單向拉伸土工格柵、“王”字型混凝土壓重塊以及反濾土工布組成，其結(jié)構(gòu)型式如圖4所示。將混凝土塊置于橫肋位置，兩者中心線對(duì)齊，混凝土塊凹槽對(duì)應(yīng)格柵縱肋位置，剪斷混凝土塊凹槽位置的格柵縱肋，將肋條彎起包扎混凝土塊，彎起的肋條間可以通過熱熔焊法或膠粘法連接，其中熱熔焊法應(yīng)用較普遍，操作方便，焊縫抗拉強(qiáng)度較高。

圖4 系混凝土塊土工格柵軟體排平面及剖面示意圖

混凝土壓重塊與土工格柵的連接也可采用系結(jié)條如滌綸繩等進(jìn)行系結(jié)，如圖5所示。將系結(jié)條從格柵橫肋下部穿過，再放置混凝土塊，系結(jié)條順混凝土塊凹槽位置進(jìn)行系結(jié)。放置混凝土塊之前，系結(jié)條可繞格柵橫肋先綁結(jié)一次，防止繞格柵橫肋滑動(dòng)。

由于生產(chǎn)原因，單向拉伸土工格柵橫向卷幅寬度有限，一般1～4m。沉排施工時(shí)，單幅排體寬度一般為20～40m，可根據(jù)需要對(duì)土工格柵進(jìn)行橫向拼接，拼接可以采用熱熔焊接或系結(jié)條系結(jié)等方式。

1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

系混凝土塊土工格柵軟體排結(jié)構(gòu)型式借鑒了混凝土鉸鏈排和系混凝土塊軟體排，其較之有以下特點(diǎn)：①土工格柵價(jià)格低，一般為10～15元/m2，用以替代鋼筋連接混凝土塊，節(jié)省造價(jià)，且避免了銹蝕斷裂問題；同時(shí)素混凝土塊較鋼筋混凝土塊制作方便，可工廠化生產(chǎn)，效率高；②土工格柵與混凝土塊之間采用熱熔焊法或系結(jié)法連接，較鋼筋U型環(huán)+螺栓連接法操作方便，減少人工；③混凝土塊綁扎于土工格柵橫肋上，沉排施工過程中，混凝土塊通過橫肋將自重等荷載傳遞到周邊高強(qiáng)度縱肋上。縱肋主要承受拉力，土工格柵受力機(jī)理簡(jiǎn)明，格柵整體受力較為均勻，減少了由于應(yīng)力集中過大導(dǎo)致局部破壞的可能。即使局部拉裂破壞。由于縱肋之間基本獨(dú)立作用，也難以隨之?dāng)U大；④單向拉伸土工格柵橫向抗彎剛度較土工布大，作為長(zhǎng)條形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，受拉縱肋橫向連結(jié)少。沉排時(shí)在縱向掛載作用下，相比土工布排墊不易產(chǎn)生橫向皺縮效應(yīng)。且混凝土塊橫向掛載，相比系混凝土塊軟體排的縱向掛載，對(duì)排體的橫向皺縮有一定約束作用，更大程度上促使排體充分展開；⑤單向拉伸土工格柵強(qiáng)度高，受力較均勻，整體性好，具備深水、大掛載條件下沉排施工的結(jié)構(gòu)條件。

圖5 系混凝土塊土工格柵軟體排平面示意圖

2 設(shè)計(jì)與施工

軟體排的設(shè)計(jì)主要包括結(jié)構(gòu)型式、排幅和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性校核等。排幅和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性校核（包括抗漂浮、抗掀起、排體順坡抗滑、壓重計(jì)算等）目前已有規(guī)范可循[7，8]。結(jié)構(gòu)型式上，首先要根據(jù)混凝土塊壓重以及沉排水深、流速等水文條件計(jì)算求得土工格柵強(qiáng)度要求。在滿足強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，選擇合適的格柵型號(hào)、尺寸，包括橫肋間距，以使縱肋長(zhǎng)度滿足包扎混凝土塊要求。也可以通過調(diào)整混凝土塊尺寸去適應(yīng)土工格柵，兩者可統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。

軟體排的結(jié)構(gòu)型式較多，相應(yīng)的沉排施工方法也較多[2-5]。即使同一種結(jié)構(gòu)型式，也可有不同的沉排施工方法。沉排施工方法大致可分為兩類：①混凝土鉸鏈排常用的水上平拉沉排工藝；②系混凝土塊軟體排常用的依靠排體自重下滑沉排工藝。系混凝土塊土工格柵軟體排兼具上述兩種軟體排結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其施工工藝可參照進(jìn)行，具體施工工藝有待實(shí)際應(yīng)用時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步研究。

3 結(jié)束語

軟體排是長(zhǎng)江護(hù)岸工程常用的一種水下防護(hù)型式，其具體結(jié)構(gòu)型式有多種，各有優(yōu)缺點(diǎn)。單向拉伸塑料土工格柵具有材質(zhì)輕、強(qiáng)度高等良好的物理力學(xué)性能和特殊的外形特征，借鑒混凝土鉸鏈排和系混凝土塊軟體排的結(jié)構(gòu)型式，將其引入到軟體排結(jié)構(gòu)中，形成系混凝土塊土工格柵軟體排這一新型軟體排結(jié)構(gòu)型式。該軟體排可消除或弱化當(dāng)前常用軟體排結(jié)構(gòu)型式存在的缺點(diǎn)，具有制作方便、強(qiáng)度高、整體性好、造價(jià)較低等諸多優(yōu)點(diǎn)。下一階段將對(duì)該排體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、沉排施工工藝作進(jìn)一步深入、細(xì)致地研究，以便盡早推廣應(yīng)用。

[1]余文疇,盧金友.長(zhǎng)江河道演變與治理[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2005．

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[3]孫衛(wèi)平,張才俊,莫建波.長(zhǎng)江下游感潮河段軟體排鋪設(shè)關(guān)鍵技術(shù)[J].水運(yùn)工程,2014,(8):1-7．

[4]吳著建,曹波.軟體排施工技術(shù)在護(hù)岸工程中的應(yīng)用[J].水利水電快報(bào),2007,28(21):19-21．

[5]張景明.長(zhǎng)江口深水航道治理工程護(hù)底軟體排結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].水運(yùn)工程,2006,(12):20-23．

[6]蘇長(zhǎng)城,廖小永,黎禮剛.土工格柵石墊及軟體排在長(zhǎng)江防洪堤中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江,2008,39(15):28-29.

[7]水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].SL/T225-98.

[8]水運(yùn)工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].JTJ239-2005.

U656.3

A

2096-2789（2016）12-0057-03

江蘇省高等職業(yè)院校高級(jí)訪問工程師計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2013FG008）。

嚴(yán)瑩（1977-），女，江蘇南京人，副教授，碩士，研究方向：建筑與環(huán)境工程。