铰接式混凝土砌块护坡工程砌块稳定性分析.pdf

第 3 5卷第 1 期 2 0 1 3年 1月 人民黄河 YEL LOW RI VER V o 1 ． 35． No． 1 J a n．， 201 3 【 水利水 电工程 】 铰接式混凝土砌块护坡工程砌块稳定性分析 朱佰亮 ， 王建英 ， 方 明 ， 张玉清 ( 1 ． 中国水电建设集团 辽宁工程局有限公司， 辽宁 沈阳 l 1 0 1 7 9 ； 2 ． 沈阳农业大学 水利学院， 辽宁 沈阳 1 1 0 8 6 6 ) 摘要： 以沈阳鸟岛公园为例， 分析了铰接式混凝土砌块护坡工程 中砌块的稳定性。将整个砌块铺面分为压重混凝土、 斜坡上的混凝土砌块、 混凝土浆砌石护脚 3部分 通过理论分析 ， 对坡度角为 2 6 。 护坡的砌块稳定安全 系数进行了计算， 并进一步讨论了不同坡度角下砌块的稳定安全系数。结果表明： 为增强护坡砌块的抗滑稳定性， 应在护坡坡顶浇筑压重 混凝土， 在坡脚设置混凝土或浆砌石护脚。 关键词：护坡；混凝土砌块；稳定性；鸟岛公园 中图分类号 ：T V 8 7 1 ． 1 文献标志码 ： A d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 — 1 3 7 9 ． 2 0 1 3 ． o 1 ． 0 4 3 An a l y s i s o n B l o c k S t a b i l i t y o f Hi n g e J o i n t Co n c r e t e B l o c k s R e v e t me n t P r o j e c t Z HU B a i — l i a n g ，WA NG J i a n — y i n g ，F ANG Mi n g ，Z HANG Yu q i n g ( 1 ． S i n o h y d r o L i a o n i n g C o n s t r u c t i o n B u r e a u C o ． L t d， S h e n y a n g 1 1 0 1 7 9 ，C h i n a ； 2 ． C o l le g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y ， S h e n y a n g A g r i e u h u r a l U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 8 6 6 ，C h i n a ) A b s t r a c t ： T a k i n g t h e B i r d I s l a n d P a r k i n S h e n y a n g C i t y a s a n e x a m p l e ；th e s t a b i l i t y o f h i n g e j o i n t c o n c r e t e b l o c k r e v e t me n t p r 0 _i e c t w a s a n a l y z e d ． T h e e n t i r e b l o c k p a v e me n t wa s d i v i d e d i n t o 3 p a r t s o f h e a v y c o n c r e t e，c o n c r e t e b l o c k o n s l o p e，a n d c o n c r e t e s t o n e ma s o n r y l a n ds l ide p r e v e n t i o n s k i ~i n g 3 g r o u p s ．Th r o u g h t h e o r e t i c a l a n aly s i s ，t h e s t a b i l i t y s a f e t y c o e f fic i e n t s o f b u i l d i n g b l o c k s wi t h 2 6。s l o p e a n g le we r e c a l c u l a t e d，a n d i n v i e w o f d i f f e r e n t s l o p e a n g l e b l o c k s t a b i l i t y s afe t y c o e f f i c i e n t s we r e d i s c u s s e d．Th e r e s u l t s s h o w t h a t i n o r d e r t o i n c r e a s e t h e s t a b i l i t y o f r e v e t me n t b l o c k s ， t h e h e a v y c o n c r e t e s h o u l d b e p o u r e d o n t h e t o p o f r e v e t me n t ，a n d s e t t i n g c o n c r e t e o r s t o n e ma s o n ry l a n d s l i d e p r e v e n t i o n s k i rli n g ． Ke y wo r d s：s l o p e；c o n c r e t e b l o c k；s t a b i l i t y；Bi rd I s l a n d P a r k 河道护坡是保证堤防安全的重要工程， 也是河道整治中一 项基本工程。目前， 护坡工程中主要有浆砌块石、 现浇混凝土、 模袋混凝土等传统护坡， 但这些护坡都存在着不能绿化； 对地 形适应性差 ， 容易开裂、 塌陷； 在北方寒冷地区因冻胀而隆起 ， 进而发生破坏等缺陷 近年来， 人们开始采用铰接式混凝土砌 块河道护坡 ， 这种护坡可以克服传统护坡的缺陷。铰接式混凝 土砌块护坡由一组尺寸、 形状和质量一致的混凝土砌块组成， 采用钢绞线 将 每 个块体 纵 向相 互连 接 形 成连 锁 型矩 阵t 。 铰接式混凝 土砌块 河道护 坡具 有外形 美观 、 可改 善生 态环境 、 抗冲刷 、 持久耐用等优点。2 0世纪 9 0年代我国引进该系统 以 来 ， 已在南方部分地区得到应用。笔者以沈阳鸟岛公园铰接式 混凝土砌块护坡为例， 对砌块的整体稳定性进行分析。 1 工程简介 沈阳鸟岛公园位于沈阳市城区浑河段上游， 为河心岛， 该 岛面积约3 ． 2 k m ， 周边长约 3 5 0 0 m， 该岛上有鱼塘和部分建 筑物。2 0 0 5年浑河暴发特大洪水， 鸟岛原有浆砌石护坡被 冲 毁 ， 造成近 1 0 0万 m 土方流失。为了保护鸟岛环境， 并满足提 高景观效益和施工工期不能太长的要求 ， 最终采用铰接式混凝 土砌块护坡形式 J 。护坡 中的砌块采用空心砌块和实心砌块 2种， } 昆凝土强度等级为 C 2 5 ， 空心砌块单块质量不低于 4 5 k g ， 实心砌块单块质量不低于 5 5 。采用直径 8 m m的镀锌钢绞 1 3 0 线将砌块纵向连接起来， 单根钢绞线最小承重大于4 0 k N 。 2 砌块稳定性分析 为了简化分析砌块的稳定性， 将整个砌块铺面分成 3个部 分， 第 1 部分为压重混凝土( G ) ， 第 2部分为斜坡上的混凝土 砌块( ) ， 第 3部分为混凝土浆砌石护脚( G 3 ) ， 并将 3部分都 作为刚体进行计算 ， 见图 l 。依据《 防洪标准》 ( G B 5 0 2 0 1 - - - 9 4 ) 的要求， 护面抗滑稳定安全系数不小于 1 ． 1 0 。 图 1 护坡 的构成示意 收稿 日期 ： 2 0 1 2 — 0 9 - 0 5 基金项 目： 农业部公益性行业 ( 农 业) 科研 专项( 2 0 1 2 0 3 0 0 2 ) ； “ 十一 五” 国家科 技 支撑计划项 目( 2 0 1 1 B ADI 2 B 0 3—0 2 ) 。 作者简介： 朱佰亮( 1 9 7 5 一) ， 男， 辽宁辽阳人， 工程师， 主要从事水利水电工程 施工工作。 通信作者： 张玉清( 1 9 7 4 一) ， 男， 河北三河人， 讲师， 博士， 主要从事岩土工程研 究工作。 E ma il ：z h a n g y q 1 9 7 4 @ 1 6 3 ． t o m 人 民 黄 河2 0 1 3年第 1 期 2 ． 1 计算方法 无压重混凝土和混凝土浆砌石护脚砌块的稳定安全系数K ： K 1= ( C O S ) ( G 2 s i n )： t a n O t ( I ) 式中： G 2为单位长度砌块质量； 为摩擦系数； o r 为坡度角。 设置压重混凝土， 砌块的稳定安全系数 ： = ( G I+G 2 C O S ) g ／ ( G 2 s i n ) ( 2 ) 设置压重混凝土和混凝土浆砌石护脚， 砌块的稳定安全系数 ： = ( G l+G 2 C O S O ／ +G 3 ) g ／ ( G 2 s i n ) ( 3 ) 室内试验表明， 该工程混凝土砌块与土工布和编织布之间 的摩擦系数分别为0 ． 5 4和0 ． 4 J 4 。 2 ． 2 计算实例 当混凝土砌块与土工布同时使用时， 以2 6 。 坡度角为例计 算各种稳定安全系数。无压重混凝土的情况下， 稳定安全系数 为 1 ． 1 1 ， 大于 1 ． 1 0 ， 是安全的； 设置压重混凝土的情况下， 稳定 安全系数为 1 ． 2 5； 设置有压重混凝土和混凝土浆砌石护脚的情 况下， 稳定安全系数为 1 ． 9 3 。 当混凝土砌块与编织布同时使用时， 以2 6 。 坡度角为例计 算各种稳定安全系数。无压重混凝土的情况下， 稳定安全系数 为 0 ． 9 0 ， 小于 1 ． 1 0 ， 是不安全的； 设置有压重混凝土的情况下， 稳定安全系数为 1 ． 4 7 ； 设置有压重混凝土和混凝土浆砌石护脚 的情况下， 稳定安全系数为 1 ． 5 8 。 从以上数据可以看出， 对于} 昆凝土砌块与土工布来说， 无 压重混凝土时安全系数刚刚能够达到《 防洪标准》 ( G B 5 0 2 0 1 -- 9 4 ) 规定的要求 ， 有压重混凝土和混凝土浆砌石护脚时， 安全系 数明显增大。对于混凝土砌块与编织布来说 ， 无压重混凝土时 安全系数未达到《 防洪标准》 ( G B 5 0 2 0 1 --9 4 ) 规定的要求， 因此 必须设置压重? 昆 凝土和混凝土浆砌石护脚。 3 不同坡度角的稳定安全系数 不同坡度角和不同摩擦系数时， 对于无压重混凝土的情 况， 计算得到砌块的稳定安全系数见表 1 。对于设置有压重混 凝土的情况， 计算得到砌块的稳定安全系数见表 2 。对于设置 有压重混凝土和混凝土浆砌石护脚的情况 ， 计算得到砌块的稳 定安全系数见表 3 。 表 1 无压 重混凝土稳定安全系数 表 2 设置压重 混凝土 稳定安全 系数 表 3设置压重混凝土和混凝土浆砌 石护脚 稳定安全 系数 对于混凝土砌块与编织布 ， 摩擦系数为 0 ． 4 4， 不同坡度角 情况下， 计算得到砌块的稳定安全系数见表 4 。 表 4 混凝土砌块 与编织布同时使 用时的稳定安全 系数 4结语 采用土工布时， 若摩擦系数为0 ． 6 7 ， 则没有压重混凝土的情 况下， 护坡坡度角超过3 O 。 时， 抗滑稳定就不安全； 对于在顶部设 置压重混凝土的情况， 护坡坡度角达到 4 5 。 时， 稳定安全系数还 满足规范规定要求 ； 对于有压重混凝土和浆砌石护脚的情况， 护 坡坡度角为5 O 。 时， 抗滑稳定仍然安全。采用编织布， 摩擦系数 为 0 ． 4 4时， 必须设置压重混凝土或设置压重} 昆凝土和混凝土浆 砌石护脚， 抗滑稳定才可能安全。理论计算结果表明， 为增强护 坡砌块的抗滑稳定性， 应在护坡坡顶浇筑压重混凝土， 在坡脚设 置混凝土或浆砌石护脚， 这样一方面可以保护整体砌块的稳定， 另一方面可以保证钢绞线起到固定砌块的作用。 参考文献 ： [ 1 ] K l e i n B M， B e z u ij e n A ．S i m p l i fi e d D e s i g n Me t h o d to r B l o c k R e v e t m e n ts [ C ] ／ ／ P ree e odi n g s I CE C o n f e r e n c e o n C o a s t a l S t r u c t u r e s a n d B r e a k w a te r s ．L o n d o n ： T h o ma s T e lf o r d，1 9 9 1 ： 4 2 3— 4 3 6 ． [ 2 ] A l l s o p N W H，M c c o n n e l l K J ．H a n d b o o k o f C o a s t a l E n g in e e r i n g [ M] ．N e w Y o r k ：Mc G r a w —Hi l 1 ，1 9 9 9 ． [ 3 ] K l e i n B M， B e z u i j e n A D e s i g ~C ri t e ri a f o r P l a c e d B l o c k R e v e tme n t s [ M] ．R o t — t er d a m ： Ba l ke ma，1 9 98． [ 4 ] 潘军宁， 王登婷 ， 吴美安， 等． 波浪作用下混凝土砌块护坡稳定性试验研究 [ J ] ． 河海大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 7 ) ： 4 7 6— 4 8 1 ． [ 5 ] 张玉清， 宓永宁， 徐伟， 等． 铰接式混凝土砌块河道护坡优势分析[ J ] ． 人民 黄河 ， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 5 ) ： 1 9 — 2 O ． [ 6 ] 张玉清， 宓永宁， 徐锋， 等． 铰接式混凝土砌块在 E 方地区的应用[ J ]人民 黄河 ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 8 ) ： 8 7 — 8 8 ． [ 7 ] 张玉清． 铰接式混凝土砌块护坡稳定性数值分析及应用研究[ D] ． 沈阳： 沈 阳农业大学， 2 0 1 1 ． 【 责任编辑吕艳梅J l 31