系混凝土塊土工格柵軟體排在長江護岸工程中的開發應用研究*

嚴 瑩

（江蘇城市職業學院，江蘇 南京 210036）

系混凝土塊土工格柵軟體排在長江護岸工程中的開發應用研究*

嚴 瑩

（江蘇城市職業學院，江蘇 南京 210036）

文章借鑒當前常用的軟體排結構型式，首次將土工格柵引入到軟體排結構中，研究提出系混凝土塊土工格柵軟體排這一新型軟體排結構型式。其制作方便、強度高、整體性好、造價較低，為今后護岸工程提供一種新的選擇。

護岸工程；土工格柵；軟體排；混凝土

長江干流中下游河道長約1800km，河道岸坡主要由河相沉積的二元結構組成，土層抗沖能力較弱，在水流作用下，岸坡易受沖蝕、變陡，進而崩塌。崩岸對河勢穩定和防洪安全造成不利影響，亦不利于長江岸線的開發利用和沿岸城市的社會經濟發展，因此岸坡的防護成為河道整治工程的一項重要內容。

護岸工程分為水上護坡和水下護腳兩部分，目前水上護坡型式主要有干砌石、漿砌石、預制或現澆混凝土（塊）、雷諾石墊護坡等；水下護腳主要有拋石、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，能適應河床一定程度的變形，抗沖能力較強。其結構型式有多種，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 開發研究

1.1 思路借鑒

目前正在施工建設的長江南京新濟洲河段河道整治工程采用了三種軟體排結構型式，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構型式如圖1所示，預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。由于混凝土抗拉強度低，需在塊體中布設縱橫向受力鋼筋，塊體之間采用鋼筋U型環連接，并用螺栓固定，排體底部綁扎鋪設反濾編織布，反濾與載荷受力結構相互獨立。該排體結構型式整體性、柔性較好，能較好地適應河床的變形，護岸效果較好，在長江中下游護岸工程中已多次采用。缺點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雜，所需人工較多，加之鋼筋用量較大，造價較高，且塊體之間的連接鋼筋外露，在水位變幅區，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構型式如圖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條與排墊連接，土工布排墊同時起載荷受力和反濾作用。同樣，該排體結構整體性、柔性較好，能較好地適應河床的變形，排墊與壓重塊之間通過系結連接，操作較方便。但也有其缺點，由于排體各組成部分的連接特點使得排體受力較為復雜，沉排施工時在混凝土塊掛載作用下會產生較大的集中拉剪應力，加大了排體局部撕裂破壞并隨之擴大的可能；同時，土工布排墊作為柔性布體材料，沉排施工時在掛載作用下易產生橫向皺縮效應，導致排體橫向不能充分展開，影響排體之間的搭接效果，甚至出現空擋，進而影響排體護岸的整體性和護岸效果。

圖2 系混凝土塊軟體排平面示意圖

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

1.2 結構型式

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、擋墻以及護岸等工程中作為加筋或加固材料廣為應用。目前在護岸工程中主要作為土工格柵石墊護坡的框格材料使用[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度土工材料，抗老化性能較好，如圖3所示。其縱向拉伸強度根據規范《土工合成材料塑料土工格柵》（GB/T17689-2008）可以達到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，其結構型式如圖4所示。將混凝土塊置于橫肋位置，兩者中心線對齊，混凝土塊凹槽對應格柵縱肋位置，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，其中熱熔焊法應用較普遍，操作方便，焊縫抗拉強度較高。

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條如滌綸繩等進行系結，如圖5所示。將系結條從格柵橫肋下部穿過，再放置混凝土塊，系結條順混凝土塊凹槽位置進行系結。放置混凝土塊之前，系結條可繞格柵橫肋先綁結一次，防止繞格柵橫肋滑動。

由于生產原因，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，單幅排體寬度一般為20～40m，可根據需要對土工格柵進行橫向拼接，拼接可以采用熱熔焊接或系結條系結等方式。

1.3 結構特點

系混凝土塊土工格柵軟體排結構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：①土工格柵價格低，一般為10～15元/m2，用以替代鋼筋連接混凝土塊，節省造價，且避免了銹蝕斷裂問題；同時素混凝土塊較鋼筋混凝土塊制作方便，可工廠化生產，效率高；②土工格柵與混凝土塊之間采用熱熔焊法或系結法連接，較鋼筋U型環+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度縱肋上。縱肋主要承受拉力，土工格柵受力機理簡明，格柵整體受力較為均勻，減少了由于應力集中過大導致局部破壞的可能。即使局部拉裂破壞。由于縱肋之間基本獨立作用，也難以隨之擴大；④單向拉伸土工格柵橫向抗彎剛度較土工布大，作為長條形網狀結構，受拉縱肋橫向連結少。沉排時在縱向掛載作用下，相比土工布排墊不易產生橫向皺縮效應。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構條件。

圖5 系混凝土塊土工格柵軟體排平面示意圖

2 設計與施工

軟體排的設計主要包括結構型式、排幅和結構穩定性校核等。排幅和結構穩定性校核（包括抗漂浮、抗掀起、排體順坡抗滑、壓重計算等）目前已有規范可循[7，8]。結構型式上，首先要根據混凝土塊壓重以及沉排水深、流速等水文條件計算求得土工格柵強度要求。在滿足強度要求的基礎上，選擇合適的格柵型號、尺寸，包括橫肋間距，以使縱肋長度滿足包扎混凝土塊要求。也可以通過調整混凝土塊尺寸去適應土工格柵，兩者可統籌設計。

軟體排的結構型式較多，相應的沉排施工方法也較多[2-5]。即使同一種結構型式，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構特點，其施工工藝可參照進行，具體施工工藝有待實際應用時根據實際情況進一步研究。

3 結束語

軟體排是長江護岸工程常用的一種水下防護型式，其具體結構型式有多種，各有優缺點。單向拉伸塑料土工格柵具有材質輕、強度高等良好的物理力學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構型式，將其引入到軟體排結構中，形成系混凝土塊土工格柵軟體排這一新型軟體排結構型式。該軟體排可消除或弱化當前常用軟體排結構型式存在的缺點，具有制作方便、強度高、整體性好、造價較低等諸多優點。下一階段將對該排體的結構設計、沉排施工工藝作進一步深入、細致地研究，以便盡早推廣應用。

[1]余文疇,盧金友.長江河道演變與治理[M].北京:中國水利水電出版社,2005．

[2]李濤章,葉松,廖小元.鉸鏈混凝土板沉排新技術與施工實踐[J].人民長江,2002,33(8):26-29．

[3]孫衛平,張才俊,莫建波.長江下游感潮河段軟體排鋪設關鍵技術[J].水運工程,2014,(8):1-7．

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

[5]張景明.長江口深水航道治理工程護底軟體排結構設計[J].水運工程,2006,(12):20-23．

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

[7]水利水電工程土工合成材料應用技術規范[S].SL/T225-98.

[8]水運工程土工合成材料應用技術規范[S].JTJ239-2005.

U656.3

A

2096-2789（2016）12-0057-03

江蘇省高等職業院校高級訪問工程師計劃資助項目（項目編號：2013FG008）。

嚴瑩（1977-），女，江蘇南京人，副教授，碩士，研究方向：建筑與環境工程。