适应河床局部形态条件的柔性挡土墙(1)程力学

摘要：防止河岸冲刷和土地被水侵蚀的有效方法是采用柔性护岸工程。现在采用最广的是柔性挡土墙—石笼箱，石笼箱装满块石，并一个挨一个地码放。石笼的大重量保证了这类挡土墙的可靠性。应用最广的石笼箱有两种，一种是由钢筋骨架和编制网组成，一种是无骨架的编制网，编制网为六角形孔眼，石笼内装河卵石或块石

关键词：河床 局部形态 柔性挡土墙

　　防止河岸冲刷和土地被水侵蚀的有效方法是采用柔性护岸工程。现在采用最广的是柔性挡土墙—石笼箱，石笼箱装满块石，并一个挨一个地码放。石笼的大重量保证了这类挡土墙的可靠性。应用最广的石笼箱有两种，一种是由钢筋骨架和编制网组成（图1略），一种是无骨架的编制网，编制网为六角形孔眼，石笼内装河卵石或块石（图2略）。

编制网孔眼将两条镀锌金属绦拧在一起，金属丝直径2-3毫米。这样就可以保证一些孔眼损坏后编制网的正体性。孔眼尺寸一般为5～15厘米，这与块石尺寸有关。石笼箱最常见的形状是立方体，每面高1米，但也可以作成其他尺寸。

俄罗斯卡巴勒季诺—巴勒卡勒共和国护岸工程、索契的护岸工程以及黑海岸边的防护工程都有采用石笼箱的经验。这些工程中采用的双丝编制网都是从意大利进口或者是切列波维兹克金属联合工厂制造。

制造石笼采用的金属丝，强度极限为38-50公斤/毫米²。镀锌层密度240-275克/平米。为了防止石笼锈蚀，例如用于海洋护岸工程的石笼，可以在镀逛商店金属丝上涂以聚乙烯氯保护层，厚0.4-0.6毫米。镀锌层密度为260克/平米，运用时间可达35年，镀锌层密度为130克/平米，运用时间达20年。

装入石笼中的石料，当其抗冻性能冻融循环次数大于50，密度又大于1700公斤/立米的任何石料都可以采用。石笼中石料间的空隙，逐渐被淤泥冲满，石笼形成了砌体，增加了石笼强度。

这种挡土墙的主要缺点，是不能承受弯曲荷载，所以这种挡土墙修建的都不高。萨勒马科汰的石笼挡土墙，在大的弯曲荷载—动水压力作用在挡土墙北面时，挡土墙被破坏了（图3略）。

分析护岸工程的调查表明，水流和河床的形态因素是选择护岸工程方案的客观指标。必须考虑的水流主要形成因素有流速、水深、含沙量和洪水期的持续时间。选择护岸工程方案时，应当考虑的河床主要形态因素是泥沙颗粒组成和河床纵坡。

在河床水工中重要的指标是弗劳德数，其确定公式为

式中，v—平均流速；h—最大流量时的水深；g—重力加速度；

α—流速不均匀分布系数，α=1.1。

这个指标包含了两个形态因素：流速和水深。

河床稳定性的其他重要指标，是罗赫基推荐的河床稳定性系数。这个指标与泥沙颗粒阻力和水流拖泄力的比值有关。泥沙颗粒阻力可挖地取正比于泥沙颗粒重量，即d³（d—颗粒平均粒径，毫米）。而拖泄力是作用在颗粒上的动水压力，即v²d²的乘积。因为在其他相同条件下，v²正比于纵坡i，那么，作用在颗粒上的压力正比于d²i，因此，比值将有下面形式

能随弯曲荷载又经济的一些石笼箱挡土墙方案已取得专利权，这类石笼呈抛物面圆柱形，并有砼护面，以及有砼护面和编制网锚固。

抛物面圆柱体石笼挡土墙的修建要一步步完成（图5）。首先在地基上放置好下层网，并要形成搭接（图4略）。在网的搭接处将金属丝拧在一起。将网全部放置好后在放置骨架，骨架也呈抛物面圆柱形。地基上的抛物线可按下式描述

式中 x、y—地基上抛物线横坐标和竖坐标；b_石和h_石—石笼的宽和高，b_石=（2～4）h_石。

装满石料石，将骨架取下。在已放置好了的抛物面圆柱形石料的上面，可铺置上一层网，这一层铺设就容易些了，可用金属丝拧在下层网上。每一个抛物面圆柱体每延米长要有6-10个金属丝拧结，金属丝粗4-5毫米，极限抗拉强度可达800-1300公斤。接下来放置第二层石笼，这层石笼也要用金属丝同下层拧牢。第二层石笼铺置后，接着铺置第三层，这样就一步步地完成了石笼挡土墙的修建。这种石笼挡土墙可以较高，而又薄，可以承受弯曲荷载。

图5 抛物面圆柱体石笼挡土墙

1-挡土墙；2-双拧结六角形孔眼网；3-挡土墙背水面；4-编制网；5-拧牢金属丝；6-柔性护底

石笼的合理高度在0.2-0.5米。在这个高度下石笼宽应在0.7-1.0米范围，而装在网内石料的牢固要最大限度地靠石料与网子侧表面的摩擦力。

为了加强挡土墙在弯曲荷载作用下的承载能力和防止墙体倾倒的稳定性，将挡土墙的横断面常常修建成台阶形，从上层向下层宽度减小。挡土墙背水面是支撑的土体，这样使挡土墙的重心不会移动，并增大了防止墙体倾倒的弯矩。

石笼挡土墙最大缺点是，洪水时在泥沙和其他杂物磨损下，编制网的稳定性不高。这种挡土墙最好在水流动能参数在0.5-1.0，河床稳定系数在1-5，水流中含沙量小和洪水期短的条件下使用。

混合型挡土墙，砼护面在墙的前部。有砼护面的石笼挡土墙为抛物面圆柱体，砼护面在墙的迎水面。挡土墙受压的一侧有浇注砼护面。我们知道，砼受压强度大于其受拉强度数十倍，这样就增大了墙的抗弯曲承载能力。砼层的厚度与计算弯曲力矩有关。砼护面可有效地防止泥沙磨损墙体。混合型接土墙的另一面受拉，可以用钢筋骨架加强。我们知道，钢筋在受拉时强度极限大。工作筋的直径与计算弯曲力矩值有关。这种挡土墙可以有效地应用在任何水流动能参数、稳定系数在1-5以及在高含沙量水流和洪水期常应用。有砼护面的石笼挡土墙，当采用锚固网时，墙体还可以薄一些。

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