適應河床局部形態(tài)條件的柔性擋土墻

摘要：應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

關鍵詞：河床；柔性；擋土墻；局部；形態(tài)

防止河岸沖刷和土地被水侵蝕的有效方法是采用柔性護岸工程?，F(xiàn)在采用最廣的是柔性擋土墻—石籠箱，石籠箱裝滿塊石，并一個挨一個地碼放。石籠的大重量保證了這類擋土墻的可靠性。

制造石籠采用的金屬絲，強度極限為38-50公斤/毫米2。鍍鋅層密度240-275克/平米。為了防止石籠銹蝕，例如用于海洋護岸工程的石籠，可以在鍍逛商店金屬絲上涂以聚乙烯氯保護層，厚0.4-0.6毫米。鍍鋅層密度為260克/平米，運用時間可達35年，鍍鋅層密度為130克/平米，運用時間達20年。

裝入石籠中的石料，當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，增加了石籠強度。

這種擋土墻的主要缺點，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—動水壓力作用在擋土墻北面時，擋土墻被破壞了。

分析護岸工程的調(diào)查表明，水流和河床的形態(tài)因素是選擇護岸工程方案的客觀指標。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)時間。選擇護岸工程方案時，應當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—最大流量時的水深；g—重力加速度；

α—流速不均勻分布系數(shù)，α=1.1。

這個指標包含了兩個形態(tài)因素：流速和水深。

河床穩(wěn)定性的其他重要指標，是羅赫基推薦的河床穩(wěn)定性系數(shù)。這個指標與泥沙顆粒阻力和水流拖泄力的比值有關。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水壓力，即V2d2的乘積。因為在其他相同條件下，V2正比于縱坡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)濟的一些石籠箱擋土墻方案已取得專利權，這類石籠呈拋物面圓柱形，并有砼護面，以及有砼護面和編制網(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和豎坐標；B石和h石—石籠的寬和高，B石=（2～4）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)，這一層鋪設就容易些了，可用金屬絲擰在下層網(wǎng)上。每一個拋物面圓柱體每延米長要有6-10個金屬絲擰結，金屬絲粗4-5毫米，極限抗拉強度可達800-1300公斤。接下來放置第二層石籠，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。

拋物面圓柱體石籠擋土墻 1-擋土墻；2-雙擰結六角形孔眼網(wǎng)；3-擋土墻背水面；4-編制網(wǎng)；5-擰牢金屬絲；6-柔性護底

石籠的合理高度在0.2-0.5米。在這個高度下石籠寬應在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)子側表面的摩擦力。

為了加強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移動，并增大了防止墻體傾倒的彎矩。

石籠擋土墻最大缺點是，洪水時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。

混合型擋土墻，砼護面在墻的前部。有砼護面的石籠擋土墻為拋物面圓柱體，砼護面在墻的迎水面。擋土墻受壓的一側有澆注砼護面。我們知道，砼受壓強度大于其受拉強度數(shù)十倍，這樣就增大了墻的抗彎曲承載能力。砼層的厚度與計算彎曲力矩有關。砼護面可有效地防止泥沙磨損墻體。混合型接土墻的另一面受拉，可以用鋼筋骨架加強。我們知道，鋼筋在受拉時強度極限大。工作筋的直徑與計算彎曲力矩值有關。這種擋土墻可以有效地應用在任何水流動能參數(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用。有砼護面的石籠擋土墻，當采用錨固網(wǎng)時，墻體還可以薄一些。

有砼護面和有錨固網(wǎng)的石籠擋土墻，其錨固網(wǎng)是錨固在墻體背后的土體中。有了錨固網(wǎng)就可以減小墻體橫斷面，這樣也會使接土墻更經(jīng)濟，因為墻不能像懸臂梁式的工作，所以計算彎曲力矩減小了。

柔性擋土墻的計算。包括擋土墻沖刷計算、擋土墻強度計算；確定擋土墻任一斷面上的應力和墻基礎底面應力、擋土墻傾覆計算和擋土抗滑計算。

防止柔性擋土墻地基被沖刷的主要方法，是設置柔性護底。護底的放置深度應低于河床底。按照護底的埋深，決定其所需寬度。護底應是柔性的我們的看法是，最有前景的護底應量石籠箱、加筋毛石砼和混合型。現(xiàn)在在切列克河上已建成并正在運用著這類護底。

擋土墻作用范圍的水流水力學是個復雜問題。還沒有一個概括水流同護岸建筑物相互作用的公式，還沒有揭開相互作用現(xiàn)象的實質(zhì)。推薦的護岸工程計算方法是基于經(jīng)驗公式。這些公式完全可以用于設計。

分析水流作用區(qū)擋土墻的工作表明，擋土墻的損壞，到逐漸完全被破壞，多數(shù)是因為沒有正確的選定建筑物基礎的埋置深度。在實際中有這種情況，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，就是我們計算的主要任務之一。

護岸工程的設計和運用實踐表明，確定擋土墻護底寬度的方法，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數(shù)據(jù)，可適用于山前河流。

根據(jù)阿勒塔摩諾夫的試驗，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，則這部分流量Q0?？煞殖蓛刹糠郑合虏苛髁縌下，對河底有沖刷作用，

Q下=βQ0（4）

上部流量Q上，對擋土墻基礎沒有沖刷作用。

Q上=Q0（1-β）（5）

系數(shù)β與擋土墻導致的水流偏向長有關，可按下式確定

β=0.25l0.25

與α角有關的連續(xù)擋土墻對環(huán)流條件有不同影響。α對沖刷坑尺寸的影響可以用系數(shù)Kα計入，Kα可以用試驗方法確定

堤防地基的沖刷坑深度，可按下式確定

H=（h0+AR）Kα（7）

式中R—沖坑的水力學半徑，可按與C值和河床土料的允許流速V有關的圖確定

A和C—與比值ψ=d∶D有關的系數(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底寬f，可按下面關系式確定式中—沖坑面積；hp=AR-沖坑深；h1—護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，認為回填土料是理想的松散體。為了挖的計算，作用在傾角不大的擋墻面上的主動土壓力，可以取水平向。

為了計算擋土墻斷面，可以有兩種方案：擋土墻工作如懸臂梁，并以此計算墻的斷面面積；另一種是擋土墻如鉸接，對這種情況，可以取作雙支梁計算。如有的情況，錨固網(wǎng)的數(shù)目多于兩個，這種情況就屬于靜不動系統(tǒng)。為了得到計算簡圖，應建立彎矩圖和橫向力圖，并計算最大荷載。

如果由外部荷載計算的橫向力，沒有超過砼的內(nèi)力，那么，在橫向力作用下的傾斜斷面強度就有保證。用下式檢驗形成傾斜裂縫的條件，

Q（0.6*Rbt*b*h0）（10）

式中Rbt—砼軸向受拉時的計算強度，當砼等級為B15時，Rbt=0.75兆巴，b=1.0米。

如果滿足這個條件，那么，在橫向力的作用下就不會產(chǎn)生裂縫。

縱向筋的選取和計算應按最不利的方案—鋼筋網(wǎng)從土體中被拉出的情況進行。在這種情況下錨固網(wǎng)的最大拉應力等于鋼筋網(wǎng)摩擦力的兩倍。

F=2F摩擦（11）

式中 F—鋼筋網(wǎng)從土體中被拉出時的最大拉應力；F摩擦—當鋼筋網(wǎng)從土體中被拉出時，鋼筋網(wǎng)骨架同土體一個接觸面的靜摩擦力

F摩擦=P*tgφ=γ*h*l*tgφ（12）

式中P—網(wǎng)上面土體重；γ—回填土料容重；h—鋼筋網(wǎng)上面土層高；l—鋼筋網(wǎng)長；φ—回填土料內(nèi)摩擦角

當計算擋土墻溫度變形時，必須確定可能的溫度變形，其確定公式為

Δl=l*α*Δt（13）

式中Δl—擋土墻一個網(wǎng)的絕對溫度變形；l—擋土墻一個網(wǎng)長度，l=10米；α—砼線型擴展系數(shù)α=1.5×10-5×K-1。

例如，最冷的一天和最熱的一天溫度差為Δt=50℃。

Δl=l*α*Δt=10*1.2*10-5*50=6毫米

這樣，可能的溫度變形為6-10毫米，因此，應當設置結構—變形縫。