四面六邊透水框架結構的優化設計

摘 要：四面六邊透水框架擁有良好的防沖促淤效果，在長江航道整治工程中地位突顯，但實際工程中四面六邊透水框架散架破壞的情形十分普遍。文章主要從四面六邊透水框架鋼筋銹蝕及焊接兩方面提出了改進、優化措施。

關鍵詞：四面六邊透水框架 焊接 鋼筋銹蝕

四面六邊透水框架是一種具有消能、促淤功能的構件，在長江中下游建筑物航道整治工程中已得到廣泛應用，運用后的工程效果均十分顯著。但是目前航道整治工程廣泛使用的四面六邊透水框架也存在著各種問題。由于四面六邊透水框架具有較好的消能、促淤功能，仍然被荊江航道整治工程等后繼航道整治工程設計中大范圍的使用。因此，有必要針對四面六邊透水框架結構的弊端進一步進行優化設計，從而提高荊江航道整治工程護灘邊緣變形區結構設計的合理性。

原透水框架簡介

透水框架擁有良好的防沖促淤效果，并越來越多的用于航道整治的護灘工程中，得到了良好的工程效果。目前廣泛使用的四面六邊透水框架的結構是由6根橫截面為10cm×10cm，長度為60cm鋼筋砼桿件，相互焊接而成透空的三角形四面體（見圖1）。四面六邊透水框架桿件為鋼筋砼結構（采用C20砼，砼中間含1根？覬10鋼筋，長60cm，兩端各露出13cm用于桿件焊接）。

四面六邊透水框架是一種具有減速、消能、促淤作用的構件，該構件重心低，自身穩定、平衡性好，當水流通過時，利用本身構件來逐漸消減水流的動能，減緩流速，即使在水流沖擊下發生位移、滾動，也能保持高度不變，繼續能起到保護堤岸坡腳、穩定灘體、減小沖刷、促淤造灘等作用，近幾年，在長江中下游建筑物航道整治工程中已得到廣泛應用，如沙市河段三八灘、窯監河段烏龜洲洲頭護灘帶、馬當河段一期、馬當南水道航道整治等工程，運用后的工程效果均十分顯著（見圖2）。

存在的問題

雖然透水框架在航道工程使用中得到良好的工程效果。但是，目前使用的四面六邊透水框架也存在著問題。

1、鋼筋銹蝕的問題

原四面六邊透水框架主要的結構的問題，就是出露鋼筋銹蝕的問題，當四面六邊透水框架使用一段期限后，用于聯結6根桿件的鋼筋，外露部分的鋼筋受到夾沙水流的持續沖刷后，鋼筋防銹層被破壞，導致鋼筋生銹，桿件散架。四面六邊透水框架由于聯結點鋼筋銹蝕破壞而散架破壞的情況非常普遍。傳統的四面六邊透水框架使用壽命受到制約，其在工程上發揮的功能也受到抑制。

2、焊接問題

原四面六邊透水框架構件制作突出問題就是出露的鋼筋焊接問題，桿件之間的連接為后焊接方式，焊接質量得不到保證，鋼筋焊接后，完全暴露沒有混凝土保護層的保護，而鋼筋焊接這項工序往往在江邊預制廠或環境更為惡劣的施工船舶現場進行，焊接聯結的長度及強度很難滿足設計要求。

結構優化設計思路

針對原四面六邊透水框架出露鋼筋銹蝕等問題，對原四面六邊透水框架進行優化設計，降低工程使用一段時間后四面六邊透水框架的破壞率，提高四面六邊透水框架使用期限。

鋼筋連接方式改為前焊接方式，即先采用點焊的方式將鋼筋焊接骨架的型式。減少了焊接及刷防銹漆的環節，能大大減少了新四面六邊透水框架制作的時間。

改進生產工藝，采用整體式模具進行生產，使得框架一次震搗保養成型，省去焊接、除銹、刷防銹漆等環節，能提高框架的生產效率。能將起加筋作用的鋼筋埋在混凝土保護層中，不用擔心四面六邊透水框架散架破壞。優化設計后四面六邊透水框架見圖3、圖4。

結語

本文針對原四面六邊透水框架鋼筋銹蝕和焊接的問題，提出后焊接及一次震搗保養成型的制作方式對其進行優化設計，解決了原四面六邊透水框架存在的問題，從而可延長透水框架的工程使用壽命。建議下一步根據新的設計思路，對透水框架的施工制作進行試驗，制作出一次震搗保養成型的新型透水框架。

（本項研究由“長江中游荊江河段航道整治工程昌門溪至熊家洲段工程”資助。第一作者單位：長江航道規劃設計研究院）