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扭王字塊各種安放方式及其效果分析
扭王字塊體是海岸工程中常見的一種人工護面塊體。扭王字塊體主要應(yīng)用于防波堤和護岸等水工建筑物,它的主要作用是保護堤心和消浪。一方面,它可以避免堤心與海浪直接接觸,防止堤心被海浪侵蝕,維持堤心的穩(wěn)定;另一方面,它可以使波浪在坡面上破碎,從而減少越浪的水體,提高堤后結(jié)構(gòu)的安全性。在實際工程中,扭王字塊體常見的幾種擺放方式有隨機擺放、“正反式”規(guī)則擺放、“隊列式”規(guī)則擺放、“交錯式”規(guī)則擺放合式擺放?,F(xiàn)對這五種擺放方式進行對比分析。
1、擺放原則 1.1隨機擺放 衡量扭王字塊體安放質(zhì)量的主要指標是單位面積上安放的扭王字塊體的個數(shù),塊體的安放個數(shù)應(yīng)滿足設(shè)計或者規(guī)范的要求。隨機安放的扭王字塊體是采用定點隨機安放,即先假定安放扭王字塊體的斜坡是一個網(wǎng)格,通過間距×排距=設(shè)計面積/設(shè)計密度,來確定塊體安放的網(wǎng)格節(jié)點的位置,從而保證塊體的安放密度。 根據(jù)《防波堤設(shè)計與施工規(guī)范》規(guī)定,隨機安放塊體時應(yīng)做到: (1)塊體單層安放; (2)塊體在坡面上可斜向放置,使塊體的一半桿件與墊層接觸,即要求扭王字塊的三個肢桿端部著地; (3)相鄰的扭王字塊的擺向不宜相同; (4)每個塊體必須扣在所在排下方的兩個塊體之間的位置; (5)每個塊體必須與其下方的墊層相接觸,不能懸空放置; (6)擺放密度按規(guī)定進行,擺放效果見圖1。 1.2正反式規(guī)則擺放 正、反式規(guī)則擺放的擺放姿態(tài)應(yīng)做到: (1)3個肢桿端部著地,另外3肢桿端部朝外; (2)相鄰塊體的擺放姿態(tài)不能一樣,即肢桿端朝海與兩肢桿端朝海相間擺放; (3)嚴格按照勾連塊體擺放,確保塊體接觸緊密形成整體; (4)每個塊體必須與其下方的墊層相接觸,不能懸空放置,擺放效果見圖2。 1.3隊列式規(guī)則擺放 隊列式規(guī)則擺放的擺放姿態(tài)應(yīng)做到: (1)塊體要保證3個肢桿端部著地; (2)相鄰塊體的擺放姿態(tài)相同,即都是一肢桿朝海進行擺放; (3)水平方向,相鄰塊體的翼緣相接觸平行安放; (4)上下相鄰的塊體要緊密接觸,形成一個整體,擺放效果見圖3。 1.4交錯式規(guī)則擺放 交錯式規(guī)則擺放的擺放姿態(tài)應(yīng)做到: (1)塊體在空間上安放必須是傾斜的,要保證三個腳著地; (2)相鄰塊體的擺放姿態(tài)相同,即都是一肢桿朝海進行擺放; (3)水平方向,相鄰的塊體間隔一個肢桿的寬度; (4)后一排的扭王字塊體的兩肢桿分別靠在其前排的兩個塊體肢桿上,擺放效果見圖4。 1.5混合式擺放 采用正反式規(guī)則擺放與隨機擺放相結(jié)合的形式進行護坡。平臺以下為隨機擺放,平臺以上為正反式規(guī)則擺放。塊體的擺放姿態(tài)分別根據(jù)正反式規(guī)則擺放和隨機擺放來確定,安放過程中,要保證規(guī)則擺放和隨機擺放銜接處的安放質(zhì)量,擺放效果見圖5。 2、適用條件 2.1隨機擺放 隨機安放時只需要確定扭王字塊體的網(wǎng)格點位置,對其安放姿態(tài)沒有嚴格的要求,因此適用于水上和水下的塊體的施工,塊體之間咬合的比較緊密,穩(wěn)定性較好。 2.2隊列式規(guī)則擺放 正反式規(guī)則擺放的扭王字塊體上下兩排的塊體需要咬合的比較好,所以除了需要確定其擺放位置還要保證其安放姿態(tài),水下施工難度比較大,一般適用于水上施工,塊體之間咬合的比隨機擺放的緊密,穩(wěn)定性也比隨機擺放的要好。 2.3正反式規(guī)則擺放 隊列式規(guī)則擺放的施工難度比前兩種都大,因為其要求塊體不僅要咬合,而且上下兩排的塊體的擺放形式要完全一樣,當在進行水下施工時,難度很大。塊體主要與其相鄰的上下兩排的塊體咬合,穩(wěn)定性較好。 2.4交錯式規(guī)則擺放 塊體之間的空隙較集中,相互咬合程度略低,安放過程中較難保證塊體姿態(tài)的一致,塊體常會出現(xiàn)向前傾覆,水下施工難度很大,穩(wěn)定性不好。 2.5混合式規(guī)則擺放 其安放難度介于隨機擺放和正反式規(guī)則擺放之間,主要是因為在規(guī)則與不規(guī)則擺放的銜接處很難保證塊體的咬合效果,穩(wěn)定性比單獨隨機擺放和單獨正反式規(guī)則擺放差。 3、不同擺放方式扭王字塊試驗結(jié)果 (摘自河海大學港口海岸及近海工程學院海岸災(zāi)害與防護教育部重點實驗室) 穩(wěn)定性的判斷標準:根據(jù)《波浪模型試驗規(guī)程》斜坡式建筑物護面塊體的判斷標準應(yīng)符合下列規(guī)定:(1)在波浪作用下,隨機拋放的護面塊體累積位移超過單個塊體的更大幾何時即失穩(wěn),強度起控制作用的大型護面塊體,其累積位移超過塊體更大幾何尺度一半時即失穩(wěn);(2)在波浪作用下,單層鋪砌的護面塊體,其累積位移超過單個塊體的厚度時即失穩(wěn),單層隨機拋放的護面塊體,其位移后產(chǎn)生的縫隙寬度超過塊體更大幾何尺度一半時即失穩(wěn)。穩(wěn)定性試驗結(jié)果見表1,越浪量試驗結(jié)果見表2。 4、結(jié)論 4.1施工難易程度:隨機擺放的扭王字塊體對安放的姿態(tài)沒有嚴格的要求,施工難度最小,且適用于水下施工,規(guī)則擺放的扭王字塊體水下施工的難度很大,一般適用于水上施工。五種擺放方式的施工難度從難到易分別是:交錯式,隊列式,正反式,混合式,隨機擺放。 4.2空隙率比較:隨機擺放、隊列式、正反式和交錯式這四種擺放方式所對應(yīng)的護面層的空隙率分別為0.5,0.4,0.45,0.5。 4.3咬合程度:正反式扭王字塊體之間的咬合最緊密,其次是隨機擺放,之后是隊列式,交錯式咬合程度最差,而混合式擺放的扭王字塊體在兩種擺放方式的銜接處,塊體之間的咬合程度比單獨隨機擺放和單獨正反式規(guī)則擺放的要差。 4.4穩(wěn)定性比較:各種擺放方式的穩(wěn)定性從好到差分別為正反式規(guī)則擺放、隨機擺放、隊列式規(guī)則擺放和混合式擺放、交錯式規(guī)則擺放,扭王字塊體不推薦采用交錯式規(guī)則擺放的形式。 4.5越浪量對比:幾種扭王字塊體的擺放方式越浪量從大到小分別是正反式規(guī)則擺放、隊列式規(guī)則擺放、隨機擺放和交錯式規(guī)則擺放,其中正反式規(guī)則擺放與隊列式規(guī)則擺放越浪量的差異不大。
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