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武庄河道整治工程铅丝笼沉排护岸设计与施工
作者:安平县晟特金属丝网贸易有限公司 来源:本站 发表时间:2012-3-26

摘要:护岸作为河道整治工程之一,具有对河床边界条件影响小,施工简便等优点。铅丝笼沉排护岸设计主要是结构形式的选择和稳定性校核。

  武庄工程位于黄河下游左岸,河南省原阳县境内,距上游花园口水文站24km,其右岸为郑州市黄河马渡、三坝、杨桥险工,属典型游荡性河段。该工程上迎马渡来溜,下送溜至赵口险工。工程规划全长4182m,工程布设自上而下为垛30座,护岸1082m,丁坝5道,潜坝500m。工程于1994年开始兴建,目前已修建垛10座,护岸1082m丁坝5道,工程长度2336m。该工程的修建对控导主流、稳定河势发挥了重要作用。

  由于丁坝突出河中,局部冲刷较大,土工布铅丝沉排按丁坝施工,不仅铺设复杂,而且在坝头部分冲刷下沉后变形复杂,容易出险,加之,沉排结构既可护底,又可护根,故在湾顶1082m范围采用土工布铅丝笼沉排护岸形式。

  一、 铅丝笼沉排排体设计

  铅丝笼沉排排体结构是由反滤布、压载、裹护体护坡组成,设计内容包括:结构形式的选择和结构稳定性校核等。

  1.反滤布

  铅丝笼沉排一般底层采用无纺土工布做反滤布,上层采用编织布以防止铅丝及块石刺破无纺土工布。反滤布既要满足保土性、透水性,又要有一定强度。一般选用300g/m2的无纺土工布做反滤布,造价低且适应性强。

  2.沉排压载

  铅丝笼沉排系用铅丝编制结成网格的笼状物体,内填块石,网格的大小以不漏填充的石块为限。此次武庄设计铅丝笼采用8钢筋做框架,用#12铅丝编制成网格,并在框架结点处,上下左右用铅丝连接起来,以增加石笼的整体性。为防止排体下滑,将排体延伸并用现浇混凝土镇墩固定在护岸体内。

  3.冲刷深度确定

  护岸沉排,由于水流侧蚀作用受到了限制,排脚处河床必然冲深,排脚伸出坡脚的尺寸,应满足河床冲至最低高程时排体坡度仍能维持稳定,并很好地保护岸坡。

  采用潜坝的水流条件(阿尔图宁公式)计算沉排前冲刷坑深度(△h):

  
  式中:ν为坝前平均行进流速4.4m/s;m为沉排终止后的边坡系数,m=2;α为沉排与水流夹角,α=45°。

  4.沉排宽度计算(l)

  
  式中:△h为沉排前冲刷坑深度;m为沉排终止后的边坡系数,m=2。

  二、沉排稳定性分析

  护底沉排主要进行压载和抗滑稳定计算。

  1.沉排压载计算

  
  式中:ω为排体面积(m2);h为排体厚度(m);γ石为块石容重(kg/m3);γs为块石比重。

  2.抗滑稳定分析

  排体的抗滑稳定安全系数为:

  
  式中:l2、l为分别为斜坡段沉排长度与斜坡坡脚外沉排长度(m);α为坡角;fcs为沉排与坡面间摩擦系数;fs为抗滑稳定安全系数,取值不小于1.3。

三、镇墩稳定性分析

  沉排的自重在水流的作用下力的平衡主要靠铅丝网笼及钢筋的拉力传到坝体内的镇墩上,由镇墩自重加坝基压力的平衡来维持。

  1.计算护岸土体压力(见图1)

取单位宽度:

  r=(ω1-ω2)·b·γ浮

  式中:ω1为oefg面积(m2);ω2为ocd面积(m2);b为土体单位宽(m);γ浮为土的浮容重(t/m3)。

  2.计算镇墩自重r混凝土

  取单位宽度

  r混凝土=s·h·γ混凝土

  式中:s为混凝土镇墩宽度m ;h为混凝土镇墩厚度m ;γ为混凝土容重(t/m3);γ混凝土为混凝土浮容重(t/m3)。

  3.镇墩稳定计算

  镇墩在沉排拉力f拉作用下,假设镇墩按ab面滑动(见图2、图3)

  

  式中:f为土与混凝土摩擦系数;r为混凝土镇墩顶部土体重(t);r混凝土为混凝土镇墩自重(t);fy为由拉力f拉产生的正压力(t)。

  由此可知,f2>fx,故镇墩不滑动,满足设计要求。

  4.镇墩配筋计算

  按镇墩的受力条件,除每米4根8钢筋外,按钢筋混凝土的构造规定,当混凝土构件h>30cm时,仍沿全长布置箍筋,以固定纵筋的位置。

  四、工程

  武庄护岸工程是河南黄河河道整治工程中首次采用土工布铅丝笼沉排的长护岸工程,工程长度1082m。

  1.工艺

  土工布铅丝笼沉排的流程为:

  挖槽→铺设土工布→铺设铅丝网片→装笼→浇筑混凝土镇墩→填筑坝体→护坡

  工程为旱地,先在河底用泥浆泵挖槽,深度控制在3.5m,把用尼龙绳缝合好的有纺、无纺织物各一层铺好,接着铺放已编制好的铅丝笼网片,再压0.7m厚的块石,盖上网片,用铅丝联结即成铅丝网石笼沉排。然后再在护岸体内浇筑混凝土镇墩,以起到固定铅丝笼沉排的目的,最后修筑土方护岸体及散石护岸。

  2.注意事项

  ①采用泥浆泵挖槽时,要随时注意土质情况,校核土与布的摩擦系数和钢筋数量,严格按设计控制挖槽深度,必要时配以水泵排水。

  ②预制的铅丝网片要用钢筋作骨架,严格控制网眼大小。铅丝网片和钢筋都应浇筑在镇墩内,网片在镇墩内宽度不小于0.5m。

  ③块石装笼时注意保护土工布,必要时可在土工布上铺放0.1m的沙土,石块从下而上由小到大,笼口必须绑扎结实。

  ④镇墩如必须在水中浇筑时,应严格按水下混凝土规程,保证镇墩质量。

  五、结 语

  武庄铅丝笼沉排护岸1995年5月开始,截止到2002年底,共完成规划长度1082m护岸。该护岸工程靠河较好,没有出现险情。尤其小浪底水库下泄清水运行至今,工程前滩岸坍塌后退较快,已建护岸全部靠河。2002年3月5日小浪底水库加大下泄流量,花园口流量1300m3/s,该护岸1000m靠大边溜,上首82m护岸靠漫水。实践证明,土工布铅丝笼沉排坝做护岸工程,工期、工程质量均能保证,同时减少传统柳石坝型的抢险费用,甚至可以做到少抢险和不抢险。因此,该值得在以后的河道整治工程中推广和应用。

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