系混凝土块土工格栅软体排在长江护岸工程中的开发应用研究*

严 莹

（江苏城市职业学院，江苏 南京 210036）

系混凝土块土工格栅软体排在长江护岸工程中的开发应用研究*

严 莹

（江苏城市职业学院，江苏 南京 210036）

文章借鉴当前常用的软体排结构型式，首次将土工格栅引入到软体排结构中，研究提出系混凝土块土工格栅软体排这一新型软体排结构型式。其制作方便、强度高、整体性好、造价较低，为今后护岸工程提供一种新的选择。

护岸工程；土工格栅；软体排；混凝土

长江干流中下游河道长约1800km，河道岸坡主要由河相沉积的二元结构组成，土层抗冲能力较弱，在水流作用下，岸坡易受冲蚀、变陡，进而崩塌。崩岸对河势稳定和防洪安全造成不利影响，亦不利于长江岸线的开发利用和沿岸城市的社会经济发展，因此岸坡的防护成为河道整治工程的一项重要内容。

护岸工程分为水上护坡和水下护脚两部分，目前水上护坡型式主要有干砌石、浆砌石、预制或现浇混凝土（块）、雷诺石垫护坡等；水下护脚主要有抛石、模袋混凝土、四面六边体透水框架、土工织物枕及软体排等[1]。其中软体排整体性、柔性较好，能适应河床一定程度的变形，抗冲能力较强。其结构型式有多种，主要有砂肋软体排、系混凝土块软体排、混凝土铰链排等[2-5]。

1 开发研究

1.1 思路借鉴

目前正在施工建设的长江南京新济洲河段河道整治工程采用了三种软体排结构型式，包括砂肋软体排、系混凝土块软体排、混凝土铰链排。

其中混凝土铰链排结构型式如图1所示，预制混凝土块除了起压载作用，还起连接成排、传递荷载的作用。由于混凝土抗拉强度低，需在块体中布设纵横向受力钢筋，块体之间采用钢筋U型环连接，并用螺栓固定，排体底部绑扎铺设反滤编织布，反滤与载荷受力结构相互独立。该排体结构型式整体性、柔性较好，能较好地适应河床的变形，护岸效果较好，在长江中下游护岸工程中已多次采用。缺点是需要采用专用施工船施工，施工程序包括块体之间的连接较复杂，所需人工较多，加之钢筋用量较大，造价较高，且块体之间的连接钢筋外露，在水位变幅区，容易锈蚀断裂，影响排体整体性。

图1 混凝土铰链排平面示意图

系混凝土块软体排结构型式如图2所示，排体由土工布排垫和“王”字型混凝土压重块组成，混凝土块通过纵向缝制的加筋条和系结条与排垫连接，土工布排垫同时起载荷受力和反滤作用。同样，该排体结构整体性、柔性较好，能较好地适应河床的变形，排垫与压重块之间通过系结连接，操作较方便。但也有其缺点，由于排体各组成部分的连接特点使得排体受力较为复杂，沉排施工时在混凝土块挂载作用下会产生较大的集中拉剪应力，加大了排体局部撕裂破坏并随之扩大的可能；同时，土工布排垫作为柔性布体材料，沉排施工时在挂载作用下易产生横向皱缩效应，导致排体横向不能充分展开，影响排体之间的搭接效果，甚至出现空挡，进而影响排体护岸的整体性和护岸效果。

图2 系混凝土块软体排平面示意图

上述两种排体结构型式迥异，各有优缺点。为消除或弱化缺点，利用单向拉伸土工格栅良好的物理力学性能和外形特征，借鉴两种排体结构型式的优点；采用土工格栅替代钢筋作为受力体；格栅肋作为“系结条”或另设系结条连接混凝土压重块；格栅底部绑扎铺设反滤土工布，形成系混凝土块土工格栅软体排。

1.2 结构型式

土工格栅是土工特种材料中的一种，在公路、铁路、码头、堤坝、边坡、挡墙以及护岸等工程中作为加筋或加固材料广为应用。目前在护岸工程中主要作为土工格栅石垫护坡的框格材料使用[6]。土工格栅种类较多，其中单向拉伸塑料土工格栅是一种以高分子聚合物为主要原料，加入一定的防紫外线、抗老化助剂，经过单向拉伸使原来分布散乱的链形分子重新定向排列形成的高强度土工材料，抗老化性能较好，如图3所示。其纵向拉伸强度根据规范《土工合成材料塑料土工格栅》（GB/T17689-2008）可以达到200kN/m以上。

图3 单向拉伸塑料土工格栅

系混凝土块土工格栅软体排由单向拉伸土工格栅、“王”字型混凝土压重块以及反滤土工布组成，其结构型式如图4所示。将混凝土块置于横肋位置，两者中心线对齐，混凝土块凹槽对应格栅纵肋位置，剪断混凝土块凹槽位置的格栅纵肋，将肋条弯起包扎混凝土块，弯起的肋条间可以通过热熔焊法或胶粘法连接，其中热熔焊法应用较普遍，操作方便，焊缝抗拉强度较高。

图4 系混凝土块土工格栅软体排平面及剖面示意图

混凝土压重块与土工格栅的连接也可采用系结条如涤纶绳等进行系结，如图5所示。将系结条从格栅横肋下部穿过，再放置混凝土块，系结条顺混凝土块凹槽位置进行系结。放置混凝土块之前，系结条可绕格栅横肋先绑结一次，防止绕格栅横肋滑动。

由于生产原因，单向拉伸土工格栅横向卷幅宽度有限，一般1～4m。沉排施工时，单幅排体宽度一般为20～40m，可根据需要对土工格栅进行横向拼接，拼接可以采用热熔焊接或系结条系结等方式。

1.3 结构特点

系混凝土块土工格栅软体排结构型式借鉴了混凝土铰链排和系混凝土块软体排，其较之有以下特点：①土工格栅价格低，一般为10～15元/m2，用以替代钢筋连接混凝土块，节省造价，且避免了锈蚀断裂问题；同时素混凝土块较钢筋混凝土块制作方便，可工厂化生产，效率高；②土工格栅与混凝土块之间采用热熔焊法或系结法连接，较钢筋U型环+螺栓连接法操作方便，减少人工；③混凝土块绑扎于土工格栅横肋上，沉排施工过程中，混凝土块通过横肋将自重等荷载传递到周边高强度纵肋上。纵肋主要承受拉力，土工格栅受力机理简明，格栅整体受力较为均匀，减少了由于应力集中过大导致局部破坏的可能。即使局部拉裂破坏。由于纵肋之间基本独立作用，也难以随之扩大；④单向拉伸土工格栅横向抗弯刚度较土工布大，作为长条形网状结构，受拉纵肋横向连结少。沉排时在纵向挂载作用下，相比土工布排垫不易产生横向皱缩效应。且混凝土块横向挂载，相比系混凝土块软体排的纵向挂载，对排体的横向皱缩有一定约束作用，更大程度上促使排体充分展开；⑤单向拉伸土工格栅强度高，受力较均匀，整体性好，具备深水、大挂载条件下沉排施工的结构条件。

图5 系混凝土块土工格栅软体排平面示意图

2 设计与施工

软体排的设计主要包括结构型式、排幅和结构稳定性校核等。排幅和结构稳定性校核（包括抗漂浮、抗掀起、排体顺坡抗滑、压重计算等）目前已有规范可循[7，8]。结构型式上，首先要根据混凝土块压重以及沉排水深、流速等水文条件计算求得土工格栅强度要求。在满足强度要求的基础上，选择合适的格栅型号、尺寸，包括横肋间距，以使纵肋长度满足包扎混凝土块要求。也可以通过调整混凝土块尺寸去适应土工格栅，两者可统筹设计。

软体排的结构型式较多，相应的沉排施工方法也较多[2-5]。即使同一种结构型式，也可有不同的沉排施工方法。沉排施工方法大致可分为两类：①混凝土铰链排常用的水上平拉沉排工艺；②系混凝土块软体排常用的依靠排体自重下滑沉排工艺。系混凝土块土工格栅软体排兼具上述两种软体排结构特点，其施工工艺可参照进行，具体施工工艺有待实际应用时根据实际情况进一步研究。

3 结束语

软体排是长江护岸工程常用的一种水下防护型式，其具体结构型式有多种，各有优缺点。单向拉伸塑料土工格栅具有材质轻、强度高等良好的物理力学性能和特殊的外形特征，借鉴混凝土铰链排和系混凝土块软体排的结构型式，将其引入到软体排结构中，形成系混凝土块土工格栅软体排这一新型软体排结构型式。该软体排可消除或弱化当前常用软体排结构型式存在的缺点，具有制作方便、强度高、整体性好、造价较低等诸多优点。下一阶段将对该排体的结构设计、沉排施工工艺作进一步深入、细致地研究，以便尽早推广应用。

[1]余文畴,卢金友.长江河道演变与治理[M].北京:中国水利水电出版社,2005．

[2]李涛章,叶松,廖小元.铰链混凝土板沉排新技术与施工实践[J].人民长江,2002,33(8):26-29．

[3]孙卫平,张才俊,莫建波.长江下游感潮河段软体排铺设关键技术[J].水运工程,2014,(8):1-7．

[4]吴著建,曹波.软体排施工技术在护岸工程中的应用[J].水利水电快报,2007,28(21):19-21．

[5]张景明.长江口深水航道治理工程护底软体排结构设计[J].水运工程,2006,(12):20-23．

[6]苏长城,廖小永,黎礼刚.土工格栅石垫及软体排在长江防洪堤中的应用[J].人民长江,2008,39(15):28-29.

[7]水利水电工程土工合成材料应用技术规范[S].SL/T225-98.

[8]水运工程土工合成材料应用技术规范[S].JTJ239-2005.

U656.3

A

2096-2789（2016）12-0057-03

江苏省高等职业院校高级访问工程师计划资助项目（项目编号：2013FG008）。

严莹（1977-），女，江苏南京人，副教授，硕士，研究方向：建筑与环境工程。