寒区平原水库链锁混凝土板护坡工程设计与计算

图8.11　护坡工程结构厚度计算流程框图

链锁混凝土板护坡工程一般以土工织物为滤层,采用预制链锁混凝土板。其结构尺寸主要根据稳定计算确定。混凝土板的厚度可按 《水工设计手册》方法确定,下面简要介绍链锁混凝土板护坡新技术的设计方法。

1.确定护坡结构形式

一般在堤坝的上游面为防止波浪淘刷、冰层和漂浮物的损害,顺坝水流的冲刷等对坝坡的危害,设置护坡。对护坡的基本要求是:坚固耐久,能抵抗各种因素对坝坡的破坏作用,保证底层不受淘刷;尽可能就地取材,造价经济合理;施工简单,维修方便。因此,可选用链锁混凝土板护坡。

2.水文及地质资料

(1)水文资料分析与计算。搜集水文资料确定最低估水位,河床流量及水位。波浪计算可采用GB50286—98 《堤防工程设计规范》附录C 中式 (C.1.2-1)及式(C.1.2-2)。

式中—— 平均波高,m;

T——平均波周期,s;

V——计算风速,m/s;

F——风区长度,m;

d——水域的平均水深,m;

g——重力加速度,9.81m/s2。

(2)地质资料分析。勘察坡面防护处地质情况,对保护土料进行如下试验项目:天然密度、含水量、干密度、土料颗粒组成、渗透系数、抗剪强度等土壤物理力学指标。

3.反滤设计

根据被保护土料的颗粒组成,依据SL/T225—98 《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》反滤准则选取无纺布。主要依据如下三个公式:

式中 O95——土工织物的等效孔径,mm;

d85——被保护土料的特征粒径,即土中小于该粒径的土质量占总质量的85%,采用试样中最小的,mm;

n——与被保护土的类型、级配、织物品种和状态有关的经验系数,一般在1～2之间;

Kg——土工织物的渗透系数,cm/s;

Ks——被保护土的渗透系数,cm/s;

d15——被保护土料的特征粒径,即土中小于该粒径的土质量占总质量的15%,采用试样中最小的,mm。(www.xing528.com)

4.厚度确定

取设计标准断面,混凝土板整体稳定所需的护面板厚度可采用GB50286—98 《堤防工程设计规范》附录D 中的式D.3.3进行厚度计算,即

式中 t——混凝土护面板厚度,m;

η——系数,取0.075;

H——计算波高,取H1%,m;

γb——混凝土板的重度,kN/m3;

γ——水的重度,kN/m3;

L——波长,m;

B——沿斜坡方向(垂直于水边线)的护面板长度,m;

m——斜坡坡率,m=cotα,α为斜坡的坡角。

由于链锁混凝土板为单个的混凝土块体进行链接,因此可按波浪作用下单个的人工块体的质量Q 和护面层厚度t进行复核。按下式计算

式中 Q——护面链锁混凝土板为单个的混凝土块体重量,t;

γb——链锁混凝土板单个板体的重量,kN/m3;

γ——水的重度,kN/m3;

H——设计波高,m,与平均波高与水深的比值有关,当比值小于0.3 时采用H5%,反之采用H13%;

KD——稳定系数,取5.0;

KL——考虑混凝土板之间链接的稳定系数,取1.5～2.0;

t——链锁混凝土板的厚度,m;

c——系数,可取0.1。

5.结构设计

一般为保证链锁混凝土板的稳定,在链锁混凝土板的护坡的底部(枯水位处)设一道浆砌石墙,该墙同时起到水上护坡与水下护脚的连接作用,链锁混凝土板的上顶采用浆砌石封顶。

6.稳定计算

稳定计算应包括整体稳定与边坡内部稳定计算两种情况。整体稳定计算包括边坡及护坡基础土的滑动和沿护坡底面的滑动两种,前者可用瑞典圆弧滑动法计算,后者可简化成沿护坡底面通过堤基的折线整体滑动,按GB50286—98 《堤防工程设计规范》附录D 中的式(D.1.1-1)～式(D.1.1-3)进行计算。链锁混凝土板护坡结构特点为单个混凝土块体链接而成为一整体,因此其护坡内部是稳定的,不需进行稳定计算。