摘要:格宾石笼主要应用于护坡护岸,其构造布置的常见型式有重力式、阶梯式及贴坡式等,设计时可根据工程特点及功能需求进展自由组合,但需保证构造的平安稳定,笼体布置的层数和排数应通过稳定计算确定。格宾石笼为柔性构造,目前暂无明确的计算理论和标准可供遵循;鉴于其主要运用于护坡护岸,建议主要参考现行水利标准、?水工设计手册?、?堤防工程手册?进展设计计算,但应注意其与现行挡土墙的值计取、水压力计算、扬压力计算的算法存在差异。 关键词:格宾石笼石笼设计石笼计算
格宾石笼主要应用于护坡护岸,其具有生态、适应力强、施工简便、经济等特点;近年来,格宾石笼在水利、市政、交通等工程建立领域中得以广泛运用。特别是在“蜂巢格网生态防护技术〞纳入水利部?2022年度水利先进实用技术重点推广指导目录〔水技推[2022]49号〕?后,格宾石笼防护技术在水利工程中得以普及,衍生了绿格网挡墙、蜂巢挡墙、雷诺护垫等,但这些只是格宾材料或规格尺寸不同,总体都属于格宾石笼,本文不细述;本文主要就格宾石笼运用于护坡护岸时的设计计算进展讨论;其中主要就土压力计算、静水压力计算、摩擦系数取值提出个人见解。
1 格宾石笼的常见型式及设计的根本内容
在实际工程中,格宾石笼主要用作石笼墙护岸、石笼护坡、石笼+石笼墙组合体护坡护岸;一般用于挡墙构造的格网石笼厚度不宜小于0.5m;用于贴坡防护和护坦构造时厚度宜采用0.2m~0.5m。格宾石笼构造布置的常见型式有重力式〔仰斜式、俯斜式、直立式〕、阶梯式及贴坡式等,设计时可根据工程特点及功能需求进展自由组合,但需保证构造的平安稳定,笼体布置的层数和排数应通过稳定计算确定。
在进展格宾石笼设计时,应根据工程区域特点〔总体布置需求、用地条件、地质条件、施工条件等〕及功能需求,并根据有关标准规程要求进展稳定和强度计算,做出合理的断面设计。格宾石笼设计的根本内容如下:
1〕选择典型部位,初拟多种断面构造型式,进展正常情况和非常情况下的整体稳定计算,包括抗滑稳定、抗倾稳定、地基应力计算;进展单个石笼的抗滑出、抗倾覆计算。
叶嘉莹2〕调整优化各断面构造型式并重新进展稳定验算,直到满足要求为止;对各断面构造型式进展技术经济比拟,择优选择出合理断面构造型式,完善细化石笼设计。
2. 格宾石笼的设计计算湍流强度
2.1设计计算的根据及内容
格宾石笼设计为重力式、阶梯式防护时,应进展抗滑稳定、抗倾稳定、地基应力计算,需进展单个石笼的抗滑出、抗倾覆计算。格宾石笼设计为贴坡式防护时,岸坡自身应稳定,需验算贴坡石笼沿坡面方向的抗滑稳定性;需进展单个石笼的抗滑出计算。
2.2 格宾石笼的整体稳定设计计算
2.2.1 格宾石笼的荷载分类及组合
格宾石笼设计为重力式、阶梯式防护时,在不同工作条件下,作用于该类格宾石笼的荷载有:①石笼及其底板以上的填土自重;②破裂体填土面上的各种有效荷载;③土压力;④静水压力;⑤扬压力〔浮托力〕;⑥浪压力;⑦波浪回落时的渗流力、拖拽力;⑧寒冷地区的冰压力和冻土膨胀压力;⑨地震力;⑩其它附加荷载DD车辆荷载、人行荷载等临时荷载。
格宾石笼在设计为重力式、阶梯式防护时,其荷载组合和刚性构造的重力式挡土墙的荷载组合根本一样,仅在计算静水压力、扬压力、构造内力时有所不同,其主要区别为:
类别静水压力计算扬压力计算构造内力计算
刚性构造的重力式挡土墙按标准计算由浮托力和浸透压力组成进展截面压应力、拉应力及剪应力计算
重力式、阶梯式格宾石笼防护体除水位骤降外,可按相等考虑等于浮托力进展单个石笼的抗滑出、抗倾覆计算
计算作用在重力式、阶梯式格宾石笼防护体上的荷载时,可根据前述标准和手册中的荷载组合表作荷载组合后进展计算,各种荷载计算可参考现行的?水工建筑物荷载设计标准?及前述标准、手册。
cvb格宾石笼设计为贴坡式防护时,其要求岸坡自身应稳定;作用于该类格宾石笼的荷载主要有:贴坡式石笼体自重、摩擦力、浮托力〔浸泡于水中时〕、渗流力、拖拽力;在摩擦力不能确保贴坡石笼沿坡面方向的抗滑稳定平安性时,可采取措施附加抗滑力。在进展抗滑稳定计算时,其荷载组合为简单的自重、摩擦力、浮托力〔浸泡于水中时〕、附加抗滑力〔如有〕组合;在进展单个石笼的抗滑出计算时,其荷载组合为渗流力、拖拽力、摩阻力组合。当岸坡较陡时,可改采用石笼程度放置、逐层向后错台垒码的防护型式,错台宽度按堤岸自然坡度或设计需要的坡度确定。
2.2.2 格宾石笼的主要荷载计算
格宾石笼常规情况下最主要的外部荷载为土压力、附加荷载、水压力、浮托力、渗流力、拖拽力;其中在计算土压力、水压力、浮托力时,其计算方法与挡土墙计算存在差异,本节主要对土压力、水压力、浮托力计算工程提出个人见解。
浙江农村党员干部远程教育2.2.2.1 土压力计算
2.2.2.1.1 主动土压力
按库仑土压力理论计算,主动土压力计算简图及计算公式如下:
当墙背垂直〔 =0〕、墙外表光滑〔 =0〕、填土外表程度〔 =0〕且与墙顶齐平时,可简化为:。
在?堤防工程手册?中,也按主动土压力公式计算石笼墙护岸所承受的土压力,取主动土压力的作用方向与程度面为零夹角;该手册中提出的主动土压力系数计算公式为:式中为石笼墙的倾角,的意义同前。
女性护理该公式本质上是将现行标准和水工设计手册中的主动土压力公式里的参数和取0值后进一步简化得出。按现行标准和水工设计手册中的主动土压力系数计算公式,对于阶梯式、仰斜式石笼护坡〔石笼墙〕,在取 =0时,值最大。
在现行标准和水工设计手册中,说明的取值可按右表中的值表采用。另外,铁道科学研究院建议外摩擦角的选择与墙背斜角有关,在值介于区间时, =〔0.25~0.67〕;填土外表倾角越大,墙的工作条件又较好时,可采用较大的值。在原苏联?水工挡土墙设计标准?中,介绍了、、的关系,详见下表。
可见在原苏联?水工挡土墙设计标准?中,对仰斜墙背,在时均取 =0,与?堤防工程手册?中的算法一样。鉴于实际进展石笼护坡设计时,以阶梯式、仰斜式防护为主,且其仰斜墙背满足,建议在对阶梯价值规律的基本内容
式、仰斜式石笼护坡〔石笼墙〕进展计算时,可取 =0计算主动土压力。在不满足时,如无明确根据,可采用上述表格中的值表和取值表进展计算。对于俯斜式、直立式石笼墙护坡,建议同时根据上述表格中的值表和取值表计算后取偏平安值。
在进展主动土压力计算时,需根据我们已理解的各种计算方法灵敏应用。因为土压力计算时本身都存在一定的误差,所以很多情况下,可以分别用多个公式进展土压力计算,可不必拘泥于某个公式的选择,而应做到全面掌握、灵敏应用。例如:①墙后为多层填土时,可按加权平均值法、换算高度法、分层平分法、压力直接传递法、假设垂直墙背法进展计算;②墙后为折线形墙背时,可按加权平均值法、换算高度法、延长墙背法、假设垂直墙背法进展计算;③墙后存在粘性土时,可将粘性土的粘聚力当作抗剪强度的一局部,或将粘聚力折算成为等值内摩擦角进展计算。相关计算工程和详细计算方法在上述标准和手册中均已有详细说明,设计时按相应说明进展计算即可,本文不作讨论。
在水工设计手册中,说明被动土压力计算公式为:
当墙背垂直〔 =0〕、墙外表光滑〔 =0〕、填土外表程度〔 =0〕且与墙顶齐平时,可简化为:。
关于是否应考虑重力式挡土墙的被动土压力,在现行的?堤防工程设计标准?、?水工挡土墙设计标准?及?水工建筑物荷载设计标准?中均未提及;通常设计时,从偏平安角度考虑,可忽略不计其墙前被动土压力的影响。如挡土墙的墙前防护措施可靠,能确保墙趾埋深的有效性,那么建议可作如下处理:
①可按主动土压力计算影响,而不按被动土压力计算;②按被动土压力计算值予以折扣,即按被动土压力的某个百分数来考虑,如有文献建议按其30%~50%采用〔亦可采用?水工挡土墙设计标准?P47页的折减系数〕。对于格宾石笼,鉴于其为柔性构造,其适应变形才能较强,其根底宜浅埋,其对根底处理的要求亦可适当放宽,建议不计其墙前被动土压力的影响。
2.2.2.2 静水压力计算
静水压力计算公式为,式中:为水的重度〔kN/m3〕,为水压力计算高度〔m〕,为水压力计算系数。
2.2.2.3 浮托力计算