ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—９２３５．２０１０．０１．００９ ２０１０年第１期・ＰＥＡＲＬＲＩＶＥＲ人民珠江 雷诺护垫护坡设计及施工应用 刘坚强 ，卢跃华 ，刘贵平。 （１．华东交通大学，江西 南昌 ３３８０００；２．杭州余杭建筑设计院有限公司，浙江 杭州 ３１１１００； ３．江西有色地质勘查一队，江西鹰潭３３５０００） 摘一要：河道整治工程多采用刚性结构，这种结构色调生硬、工程维护繁琐且影响环保。因此，多年来水利工作者 直在探索新结构、新材料、新工艺的堤防结构型式。以某河道边坡防护工程为背景，介绍雷诺护垫特点、设计原 理及施工方法。 关键词：雷诺护垫；护坡；柔性防护结构；设计；施工 中图分类号：ＴＶ８６１ ０引言 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－９２３５（２０１０）０１－００３０－０４ 河道整治工程中的岸坡防护大多采用混凝土结构、浆砌 石结构、干砌石结构、预制块结构，为传统的刚性或半刚性结 构，在应用中易出现以下问题： ａ）工程结构与自然生态相矛盾，传统的护坡采用了全 断面护砌的结构形式，致使坡面相对封闭。 ｂ）植物失去了原有的泥土环境，无法在坚硬的结构坡 面上生长。 ｃ）混凝土、浆砌石等结构色调灰色、质感生硬，令人感 觉毫无灵性。 ｄ）工程结构对于软弱地基，基础处理难度大的工况，不 图１雷诺护垫示意图 能够完全克服后期不均匀沉降对结构的影响。 ｅ）混凝土、浆砌石等刚性不透水结构，对河岸边坡防治 ６ 的效果不理想。 ｆ）干砌石、预制混凝土等结构虽然可以在空隙中长出植 ／ ／ ／ 墨ｓ ，幸 ／ 被，但其总体上为松散结构，很容易引起局部的损坏，进而使 ／ ， 卑 ／ ７ ｂ／ ／｝ ／ １／ 一／整体遭受破坏。 为改变这种现状，水利工作者不断探索更为经济、结构 稳定且环保生态的新型护坡。为此，一种柔性护坡结构—— ３ ／ ／ 一 ／ ，—一 Ｌ——一 ／ ／ ／ ／ ／ 雷诺护垫被应用于江、河、湖、海的护坡工程中。 １雷诺护垫简介 １．１雷诺护垫型式及材料 ２ ／ １ ／／ ａ填装大块石的网垫 ｂ填装小块石的网垫 Ｃ松放乱石，：１．５ Ｄ 疏放乱石Ｆ２ Ｄ 雷诺护垫系采用以机编六边形低碳钢丝网面制成的网 ０ ０．－１５ ２３ ０．．４５ Ｏ ０．２０ ０．３０ ０．４０ ０．６０ ０．８０ 垫，在网垫内填充合乎一定要求的石块共同构成的防护结构， ｝测试值 雷诺网垫设计厚度ｄ／ｍ 钢丝表面处理采用镀高尔凡＋覆塑双重防腐。一般的雷诺护 垫的规格为厚０．１～０．３ ｍ，宽２ ｍ，长６ Ｉｎ，示意图见图１。 图２设计厚度与设计流速曲线图 １．２雷诺护垫的特点 雷诺护垫的主要特点包含６个方面，分别为： ａ）柔韧性。由于以低碳钢丝作为组合体结构，雷诺护 雷诺护垫结构具有独特的抗冲刷、抗风浪特性，常被运 用于河道边坡防治工程。具体工程应用中设计厚度ｔ的选 择与设计流速的关系可参考图２。 收稿日期：２００９－０７－３１；修回日期：２００９－１２－２４ 作者简介：刘坚强，男，江西上高人，主要从事水利工程生态防护、岩土工程治理以及软基处理研究。 垫具有很强的柔韧性，能够适应地基与被防护体的局部沉陷 变形，并且可以自行调整愈合，阻止变形的继续发展。 ｂ）耐久性。机编六边形低碳钢丝网面加上硬质石块联 合形成了一个大的耐久性很强的整体。 水的容重，ｋｓ／ｍ。； ——石头容重，ｋｇ／ｍ ；ｄｍ——石 料平均粒径，ｍ；Ｃ 一防护参数，其取值方法参考图３ 进行取值。 坡面： ＝ ｒ ＝，／１一（ｓｉｎ０／ｓｉｎ￣） ’ｒ 坡度参数； （２） ｃ）环保性。雷诺护垫由符合一定要求的石块填充来达 式中 ｒ ——Ｉ临界状态下坡面上的允许剪应力，ｋｇ／ＩＹＩ ； ——到防护的效果，在临水环境中，经过泥沙的自然沉积，其表面 可以较迅速地生长植被，并促进周边微生态环境的恢复，具 有完美的环境亲和性。 护坡的坡角； ——填石的内 摩擦角。 ｂ）“初始移动”临界状态下剪应力计算 底面：ｒｂ＝ｙ ｈｉ 坡面：Ｊｒ ＝０．７５ｙ ｈｉ （３） （４） ｄ）透水性。雷诺护垫具有自然透水性，安装后，护垫后 的水头不会增加。同时能够保证天然水体与地下水的自然 交换，进一步加强了环保效果。 ｅ）整体性。雷诺护垫由的单元构成，但每个相邻 单元间都由钢丝绞合，所以具有很好的整体性。 ｆ）经济性。雷诺护垫所需石块可以采用传统结构无法 利用的碎石或鹅卵石，石块成本较低。不需要排水系统，只 需要有限的机械设备、不需要熟练工。如果设计和施工合 理，该结构使用寿命长，且基本无需维护。 ２雷诺护垫设计 ２．１设计理论 雷诺护垫抗冲刷安全稳定方面的设计准则，主要有两种 观点：其一是给河道水流对护垫的牵引剪应力乘以一个安全 因子，其实质是给护垫设置安全储备，这种观点的典型代表 是美国联邦公路局；其二是从护垫极限变形角度考虑，即考 虑整个护垫结构的整体效果，认为整体结构的允许剪应力应 该较单体提高２０％，这种观点的典型代表是欧洲水利设计标 准。［ ，／ 一－一 ▲ 一 ／ ／ ▲ ／ ● ・．ｏ － ， ０一ｓ ／ Ｏ．６ ０．４ ０．２ ｆ ０ ▲模型 ●原型 有效防护参数Ｃ． 图３设计厚度与设计流速曲线图 比较这两种设计观点，可见前者是偏保守的；而后者的 设计思路充分考虑了结构的整体性以及后续植被对结构抗 冲刷性能的补强作用，跟工程实际更加接近。考虑到护垫结 构在欧洲多年的经验，建议应用第二种设计准则。相关的计 算公式如下 Ｊ： ａ）护垫允许剪应力的计算 。 底面－＂Ｔ ＝Ｃ ‘（ 一 ） ｄ （１） 式中ｒ ——临界状态下底面上允许剪应力，ｋｇ／ｍ ； —— 式中 ——作用于底面的剪应力，ｋｓ／ｍ ； ——作用于坡 面的剪应力，ｋｓ／ｍ ；＾——最大水深冲刷深度，ｍ； 一 河床坡度。 ｃ）安全验算 ｂ≤１．２ｒ （５） ｒ ≤１．２＂ｒ。 （６） ２．２案例设计 某河道位于江浙平原的东北部，此次河道整治使区域河 网率达到有效提高，增强了区内雨洪调蓄能力。本工程的地 基土为新近淤积的淤泥及淤泥质粉质黏土，厚度大，含水率 高，孔隙比大，土的物理力学性质差，强度低，属高压缩性土 层，在筑堤过程中易产生不均匀沉降而引发滑动破坏。设计 部门进行了方案的优选，最后集中在两种技术方案的比较 上，即浆砌石和雷诺护垫护坡。基于以下特点，最终选用雷 诺护垫护坡。目前结构已实现预期的生态型、透水性、整体 稳定性及抵抗基础不均匀沉降等功能。 ａ）城市建设目标是打造现代化生态城市，因此对生态 的要求很高； ｂ）河道污染严重，传统工法封闭河道内的水土循环，无 疑会使河道的水质雪上加霜； ｃ）地基情况比较差，不均匀沉降严重，如进行地基处 理，则工程费用加大，工期延长。 ２．２．１设计标准与方案比选 设计标准为：设计流量采用３ ５００ ｍ ／ｓ流量，采用该流 量下相应设计水位值，设计高程为设计水位加超高１ ｍ，工程 设计水位下最大冲刷深度１２．０ ｍ。 方案比选从工程效能和造价两个方面进行比较，具体见 表１、２、３。 ２．２．２结构设计 结构形式采用复式梯形断面，见图４。网格规格６０ ｍｍ ×８０ ｍｍ；钢丝直径为２．２ ｍｍ；镀高尔凡＋涂塑；护垫厚度 ０．３ｍ；填充料为硬质块石，大小范围在７５～１５０ｍｍ之间； 表１两种结构形式效能分析表 ３１ 表２采用浆砌块石方案造价分析表 序号 项目名称 单位 单价／元 断面工程量 合价／元 １００ 图４雷诺护垫断面图 堤与护垫之间铺设复合土工布；护垫顶高程与堤顶高程平。 雷诺护垫长度按照以下几个原则综合确定｜２］：①考虑 水流冲刷坡面各个部位时的最大冲刷深度和护垫沉降至该 深度时的稳定坡度并考虑一定的富裕度。②雷诺护垫的单 元长度为６ ｍ，因此总长度为６的整数倍。 ２．２．３稳定验算 一般来说，当单个的块石没有发生移动时，石护坡被认 为是稳定的。护面稳定性的极限状态发生在块石将要移动 的临界点，也就是“初始移动”的状态，此时如果护坡上产生 的剪应力小于临界剪应力，那么护坡即为稳定状态。考虑护 垫结构的整体效果，认为整体结构的允许切应力应该较单体 提高２０％。 ａ）护垫允许剪应力的计算 ＝Ｃ ‘（ 一７ ）‘ｄ ＝Ｏ．１×（２ ２００—１ ０００）×０．１２５＝１５ ｋｓ／ｍ ｄ ：０．１２５ ｍ采用０．３０ ｍ厚雷诺护垫，假定块石的等效 直径等于雷诺护垫内填充石料平均直径ｄ 。散抛石在临界 状态下的防护参数可以考虑为０．０４７，而由雷诺护垫网格对 块石的约束作用可得雷诺护垫的防护参数Ｃ ＝０．１。 ｒ ＝ ｒ。＝￣／１一（ｓｉｎ０／ｓｉｍｐ）２ ｏｒ ＝ ＝ 忑 １５：８．０６ ｋｇ／，ｎ ｂ）“初始移动”临界状态下剪应力计算 ３２ ｂ＝ ｈｉ＝１ ０００ Ｘ １２×０．０００ ２５＝３．０ ｋｇ／ｍ ｆ ：０．７５ｙ ｈｉ＝０．７５￣ｂ＝２．２５ ｋｇ／ｍ 式中河床坡度据代表性断面计算取ｉ＝０．０２５％。 ｃ）安全验算 ｂ＝３．０ ｋｇ／ｍ ＜１．２ｒ ＝１８ ｋｇ／ｍ ｒ ：２．２５ ｋｇ／ｍ ＜１．２ ｒ ＝９．７ ｋｇ／ｍ２ 由此判断作用于底面及坡面上的雷诺护垫是稳定的。 ３雷诺护垫的施工 ３．１雷诺护垫的选用 雷诺护垫由专业公司生产提供，用于本工程的雷诺护垫 规格为６ ｍ Ｘ２ ｍ Ｘ０．３ ｍ。 在运输过程中，所有雷诺护垫都被展开，然后折叠，捆扎 成卷。为了装运和运输，单个的护垫在工厂被捆扎一起。雷 诺护垫的底和盖子单独捆扎。 ３．２雷诺护垫的施工 雷诺护垫施工的顺序为：组装一将雷诺护垫单元铺展到 设计位置一填充块石一盖板。 ａ）组装。从捆扎包中把折叠的单位取出并放置在坚固 和平整的地面上，然后展开并压平成原状。前、后和尾板应 该翻开至垂直位置完成一个敞开的盒子形状。侧翼应适当 的折叠并互相交迭。所有的间隔板和尾板都要固定和系紧 在护垫的前、后板上。雷诺护垫在组装后，侧面、尾部和间隔 都应竖立，并确保所有的折痕都在正确的位置，每个边的顶 部都水平。最后用绞合钢丝把雷诺护垫的边连接，见图５。 图５雷诺护垫的组装 ｂ）将雷诺护垫放到设计位置。在完成组装以后，护垫 被一个接一个地摆放在合适的地点。为了构成完整的结构， 用钢丝或钢环把所有相邻空护垫沿其接触面的边联接。在 陡的坡面上，雷诺护垫应在最上面的面板用硬木栓固定在地 面里。雷诺护垫可以允许半径１８—２１ ｍ的曲率半径并可以 被剪开并做成曲线或斜角。 耐久性观测，④雷诺护垫的环境亲和性观测。经过５年的运 ｃ）填石。填充石块可以用任何合适的采石方法获取和 营，对以上４点进行验证，工程运用效果良好。 用任何设备按照分级要求生产成所需的大小。填石必须是 ４结语 具体有一定硬度，而且暴露在水里的情况下不分解或在护垫 雷诺护垫在水利工程中的应用十分广泛，包括水堰、丁 结构使用寿命之内不风化。粒径大小的范围应在７５—１５０ 坝、护岸、防波堤、渠道等，属柔性防护工程技术。主要用于 ｍｍ之间，在不放置在护垫表面的前提下，粒径大小可以有 解决刚性防护结构存在的不利生态、不环保、不透水、结构易 ５％变化。根据护垫的不同的高度，超大的石块尺寸必须不 裂缝等防护工程中的棘手问题。既能达到保护河道、堤防岸 妨碍用不同大小的石块在护垫内至少填充两层的要求。考 坡安全稳定的目的，又可实现水与土体自然交换，增强水体 虑到沉降，填充块石高出网格约２～３ ｃｍ。在斜坡上施工时， 自净能力，保护和改善水质，亦可实现墙（坡）面植被绿化、美 应从坡底端开始。填充应该逐个护垫进行，但总要有若干个 化景观，最终实现工程建筑与生态环境的有机结合。 护垫备好。应确保每个间隔的顶部都可以被绞合。 ｄ）盖板。将护垫盖铺上，用适当的工具把护垫盖和即 参考文献： 将被连接的边拉近。护垫盖和所有的边、尾端和间隔板紧紧 ［１］ＧＢ５０２８６—９８，《堤防工程设计规范》［Ｓ］． 地绞合在一起。用交互的钢丝圈结或钢环加固的方法把护 ［２］ＧＢ５０３３０—２００２，《建筑边坡工程技术规范》［ｓ］． 垫盖连接在雷诺护垫的端板，边板和隔板上。见图６。 ［３］华东水利学院．水工设计手册［Ｍ］．北京：水利电力出版社， 工程完工后，进行了以下观测：①雷诺护垫沉降情况观 １９８４． 测，②雷诺护垫堤前冲刷深度的观测，③雷诺护垫完整性和 ［４］Ｐｉｌａｒｅｚｙｋ，Ｋ．Ｗ．，（ｅｄｉｔｏｒ）．Ｄｉｋｅｓ ａｎｄ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔｓ［Ｍ］．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ａ．Ａ Ｂａｌｋｅｍａ，Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ，１９９８． 一一 ［５］Ｋｌｅｉｎ Ｂｒｅｔｅｌｅｒ，Ｍ．，Ｋ．Ｗ．Ｐｉｌａｒｅｚｙｋ，Ｔ．Ｓｔｏｕｔｊｅｓｄｉｊｋ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔｓ［Ｍ］，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｃｏａｓｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｏｐｅｎｈａｇｅｎ，Ｄｅｎｍａｒｋ，１９９８． （责任编辑：郑斌） 图６安装大样图 串 ＋ ＃ ：ｆ ； 去年广西水利建设创五项新纪录 ｌ ３｝ ｛： ３Ｉ 盛世兴水利，盛世创伟业。２００９年，成为广西水利建设史上投资力度最大、建设速度最快、发展成效最好的一年。 ＃ ｊ ２００９年，广西水利建设创下了５项新纪录：一是水利水电固定资产投资完成１０２．５２亿元，首破百亿关；二是广西列ｆ ：；入专项规划的５４８座水库除险加固全面实施，自治区自筹资金对２３４座小型水库实施应急加固，为历年之最；三是解决 ：ｃ ４６０．７２万农村人口饮水安全，创历史新高；四是冬修水利投资及其成效翻了近两番，攀上新高峰；五是农田水利建设作 ｊ用显现，为广西粮食生产多年徘徊后首次增产作出大贡献。 ￡ ：｛ ２００９年，支持广西的水利建设资金创下了历史新高，总额达到３８．７７亿元。在水利部的倾斜支持下，自治 ：Ｉ区、把水利工作摆在经济社会发展的突出位置，制定非常之策，凝聚非凡之力，采取超常之举，掀起水利建设新＃ ｊ高潮。在财力非常紧张情况下，２００９年自治区本级拿出１９．５７亿元配套资金，拿出３．５亿元专项用于冬春农田水利￡ ：｛基本建设，为骨干水利工程建设和涉及人民群众切身利益的民生水利工程建设提供了资金保障。 ｛： ：｝ 为加快水利建设，２００９年自治区出台了《关于掀起水利建设新高潮的决定》和《广西冬春水利建设科学发展三年计Ｆ ｊ划》。自治区全体领导身体力行，带头大修水利。２００８年冬修，所有省级领导干部参加５个工作日冬修水利劳动，带动￡ ３｝全区干部群众上工人数达３１０５万人，创下取消“两工”以来的最高纪录。２００９年冬修，自治区、提出“声势要高＃ ｊ于去年、投资不少于去年、效果要好于去年”的总要求，四家领导班子深入基层参加水利建设义务劳动“三年不换频道”，Ｆ ；推动冬春水利建设一浪更比一浪高。 ￡ ：Ｉ 广西的经验做法，得到了领导的高度赞誉，被水利部树为典型，号召各省、市（区）学习借鉴。 ｛： ３｝ ３：Ｉ； （原载《广西日报》） ：｝ ，： 每１卞，１节，・ ・—竹・１节・—拂一１卞ｒ— — 一・ — 一竹竹・ 竹竹— — — — ・— １节・—咿・｝ —狒一・ 一竹— 竹— 一・ 一竹— 一竹竹竹竹— 竹竹竹—ｔ 竹竹母 ３３
