土工复合软体排的性能优化探讨

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：表10-4-1 编织布、加筋条及系结条性能指标表2.X型系砼块软体排X型系砼块软体排一般为陆上施工，因此，应选择由防老化性能的聚丙烯编织布作为基布，一般选择250g/m2及以下的编织布作为软体排的基布，加筋条一般选择5cm宽的，当不满足抗掀要求时，一般在边缘进行防冲的加强处理，以降低工程费用。排垫与砼单元之间的连接绳采用14mm丙纶绳。采用的基布、加筋条及系结条性能见表10-4-2所示。

（一）产品的设计

对于用于河床防护的软体排，土工织物的参数的选择主要取决于防护部位河床的颗粒大小，沉放施工时的水流速度、水深、风浪以及软体排与施工船舶的夹角等。因此，在选择软体排的土工织物参数时必须弄清楚相应的工况条件，并进行抗拉、抗漂浮、抗滑和抗掀的校核计算。

1.等效孔径

土工织物的等效孔径应根据防护部位河床的颗粒大小进行确定，O₉₅应满足下列要求。

（1）黏土、非黏土应满足的要求

土工织物在静载荷和单向渗流条件下的保土性能，非黏土应满足式（10-4）的要求，黏土应满足式（10-5）的要求。

式中 O₉₅——土工织物的等效孔径，mm，土工织物中小于该孔径的孔占95%

d₈₅——土的特征粒径，mm，小于该颗粒的土颗粒质量占总质量的85%

（2）土工织物的保土性能应满足的要求

土工织物在静载荷和双向渗流条件下的保土性能，当d₈₅＜0.06mm时，应满足式（10-6）的要求；当d₈₅≥0.06mm时，应满足式（10-7）、式（10-8）或式（10-9）的要求。

式中 O₉₅——土工织物的等效孔径，mm，土工织物中该孔径占孔的95%

d₁₀、d₄₀、d₅₀、d₆₀、d₉₀——土的特征粒径，mm，小于该颗粒的土颗粒质量分别占总质量的10%、40%、50%、60%、90%

C_u——土颗粒不均匀系数，C_u≈d₆₀/d₁₀。

2.软体排抗掀稳定计算

排体沉放搭接时为防止水流通过搭接处，排体所受水压力偏离静水压力分布而产生压力差并造成排体被水流掀起，要求排体从下游向上游沉放，上游排体搭在下游排体上，并按式（10-10）、式（10-11）、式（10-12）进行软体排的抗掀稳定计算。

式中 v——软体排边缘流速，m/s

v_cr——软体排边缘临界流速，m/s

θ——系数，系结软体排取2

d′_R——软体排相对浮重度

g——重力加速度，取9.81g/s²

δ_m——软体排等效厚度

γ_m——软体排重度，N/m³

γ_w——水的重度，取10kN/m³

3.软体排抗漂浮

排体在水下既受排体重量和其上压重的向下力的作用，又受排体上下水头差引起的向上力的顶托。为保证抗浮稳定，前者应超过后者，按此，应符合式（10-13）稳定条件：

式中 Δh_s——排体上下水头差，m

ρ_m——排体在水下的浮密度，kg/m³

ρ_w——水密度，kg/m³

δ_m——排体垂直于土坡的厚度，m

α——土坡坡角，°

如果有波浪作用，排体将承受浪击引起的附加荷载，比如有浪的冲击力、浪前峰引起的浮托力、水流速变化导致的作用力、浪进退产生的吸力等，情况十分复杂。这时，排体抗浮可借式（10-14）稳定数S_N来保证：

式中 H——浪高，m；

δ′_R——软体排相对浮重度

δ_m——软体排等效厚度，m

软体排的整体性越高，所需的厚度越小，要求的S_N值越大。

4.软体排抗滑

考虑到软体排及其上压载体沿土坡面下滑时，滑动体不仅承受自重与水浮力，滑动面上还存在软体排上下水压力差引起的上浮力，因此，软体排抗滑稳定验算按式（10-15）进行：

式中 K_m——软体排抗滑稳定安全系数，取1.1～1.3

γ_a——软体排的平均浮重度，kN/m³

δ_m——软体排的等效厚度，m

α——坡角，（°）

Δh——软体排上下水头差，m

γ_w——水的重度，kN/m³

f_sg——软体排与坡面的摩擦系数

如果抗滑稳定性不够，可以采用适当的固定办法，比如在端部设挂排桩通过绳索将排体固定在桩上或在端部增加软体排的重量用于固定排头。

5.排垫抗拉强度计算

为防止在施工中出现撕排、断排等现象，应对排垫的抗拉强度进行复核计算，排体抗拉安全系数公式（10-16）如下：

式中 K_sm——排体纵向抗拉安全系数

∑T_sm——加筋带和排布的纵向极限抗拉强度，kN/m

∑F_sm——排体纵向承受的荷载，kN/m

（二）产品的一般性能

软体排制作后应检测基布的纵横向抗拉强度、单位面积质量、等效孔径、垂直渗透系数以及拼接处的强度等；加筋条的宽度、单位面积质量、抗拉强度以及与基布连接部位的偏差，其他辅助土工织物的单位面积质量、抗拉强度以及与基布连接部位的偏差；排垫的宽度和长度等。

1.D型系砼块软体排

D型系砼块软体排为水上采用专用沉排船沉放，因此，土工织物的参数一般根据施工时的工况进行计算后选用，一般情况下，当水深小于18m、流速小于1.5m时，可选用250g/m²以下的编织布作为软体排的基布，加筋条一般选择5cm宽的；当水深大于18m、流速大于1.5m时，一般选择280g/m²以上的编织布作为软体排的基布，加筋条一般选择7cm宽的。聚丙烯编织布的渗透系数一般为（1～9.9）×10^-1～（1～9.9）×10^-3cm/s。

采用的编织布、加筋条及系结条性能见表10-4-1所示。

表10-4-1 编织布、加筋条及系结条性能指标表

2.X型系砼块软体排

X型系砼块软体排一般为陆上施工，因此，应选择由防老化性能的聚丙烯编织布作为基布，一般选择250g/m²及以下的编织布作为软体排的基布，加筋条一般选择5cm宽的，当不满足抗掀要求时，一般在边缘进行防冲的加强处理，以降低工程费用。

3.连锁块软体排

连锁块软体排为水上施工，采用专用沉排船沉放，由于压载块重量更大，因此，基布一般采用机织布，为减小机织布延伸率减小沉排过程的缩排现象，需在机织布上复合一层无纺布，土工织物参数一般根据施工时的工况进行计算后选用。一般情况下当水深小于20m、流速小于1.8m时，可选用550g/m²长丝机织复合布（350g/m²长丝机织布+200g/m²无纺布）的基布，加筋条一般选择5cm宽的。排垫与砼单元之间的连接绳采用14mm丙纶绳。

采用的基布、加筋条及系结条性能见表10-4-2所示。

表10-4-2 基布、加筋条及系结条性能指标表

4.沙肋软体排

沙肋软体排也采用沉排船沉放，由于压载重量小，因此，基布一般采用机织布，土工织物参数一般根据施工时的工况进行计算后选用。一般选择200g/m²的编织布作为基布，由于连接沙肋的需要，加筋条一般选择7cm宽的，当不满足抗掀要求时，一般在边缘进行防冲的加强处理，以降低工程费用。

5.单元排

单元排一般为陆上现浇施工，因此，应选择有防老化性能的聚丙烯编织布作为基布，一般选择250g/m²的编织布作为软体排的基布，加筋条一般选择5cm宽的。

土工复合软体排的性能优化探讨

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