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(shè)辦公室，濟南，250014

2鄒平縣住房保障和房產(chǎn)管理局，山東　鄒平，256200）

開孔聯(lián)鎖混凝土護坡設(shè)計與應(yīng)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(shè)辦公室，濟南，250014

2鄒平縣住房保障和房產(chǎn)管理局，山東鄒平，256200）

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

【關(guān)鍵詞】聯(lián)鎖混凝土；護坡；設(shè)計；安全系數(shù)

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(shè)的重要內(nèi)容。聯(lián)鎖型混凝土護坡是近年來出現(xiàn)的新型護坡形式，它由聯(lián)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(yù)制塊，通過獨特的聯(lián)鎖設(shè)計，塊與塊之間相互連接而形成的聯(lián)鎖型矩陣。整個護坡系統(tǒng)設(shè)計充分考慮了各種水深、水流速度和風(fēng)浪情況等水力條件下的邊坡穩(wěn)定，也能有效的防止水土流失。

聯(lián)鎖型混凝土護坡結(jié)合了傳統(tǒng)剛性護坡與柔性護坡各自的優(yōu)點，既具有剛性護坡穩(wěn)定性好、抗沖能力強的特點，又具有柔性護坡適應(yīng)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(lián)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(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，從而降低了單個塊體的穩(wěn)定重量和尺寸，節(jié)約工程成本。另外，塊體的形狀與大小都適合人工鋪設(shè)，施工簡單、方便，新舊坡面都能用，大大節(jié)省后期維修費用。

同時，采用開孔聯(lián)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(jié)果均表明，具有高滲透性的護面層有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，相同波要素條件下可減小護砌厚度。

2　開孔聯(lián)鎖混凝土護坡設(shè)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(nèi)河航道中，岸坡受到船舶航行碰撞的影響也是導(dǎo)致護坡?lián)p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(dāng)波浪作用下塊體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)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(dāng)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(wěn)。由于聯(lián)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(lián)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?；瑒油屏閴K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(chǔ)間的摩阻力以及坡腳結(jié)構(gòu)的支撐力。因工程中常采取相應(yīng)措施（如在堤腳做趾結(jié)構(gòu)或?qū)⒌唐路啪彛┍苊鈮K體護面的滑動，故整體滑動破壞并不常見。

2.3聯(lián)鎖混凝土護坡設(shè)計

2.3.1塊體的穩(wěn)定重量驗算

護坡塊的設(shè)計計算中，常用美國的赫德森（Hudson）公式計算護坡塊體的穩(wěn)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(jù)波浪形態(tài)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(jīng)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(shù)計算

用一個經(jīng)過計算所得的數(shù)值“安全系數(shù)”表征在特定的水力條件和場地特征條件下單元的穩(wěn)定性，該數(shù)值應(yīng)大于所選取的允許安全系數(shù)值。設(shè)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(nèi)或相鄰塊體之間的孔隙內(nèi)種草，草根增加鋪面系統(tǒng)與土基之間的連接力；3.塊體在坡道頂部錨固在土體內(nèi)，以防止鋪面系統(tǒng)沿著坡道或縱向滑動。以上幾個對穩(wěn)定有利的因素在設(shè)計中均不考慮，所以設(shè)計偏于安全。

根據(jù)護坡的適用條件、塊體的結(jié)構(gòu)等因素，選取對應(yīng)的最小容許安全系數(shù)值通常在1.2～2.0之間。

3工程應(yīng)用

結(jié)合京杭運河山東段主航道自然岸坡土質(zhì)、水流流態(tài)、通航特點等工程實際，進行了開孔聯(lián)鎖混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計并鋪裝了試驗段，其設(shè)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(jù)計算分析，護坡單個塊體安全系數(shù)為2.13，滿足安全要求。

圖1　開孔聯(lián)鎖混凝土護坡平面圖（單位：mm）

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