新型混凝土劈離塊護岸抗沖擊性能試驗研究

蔣永明

嘉興市港航管理局。浙江嘉興314001

前言

    在河道整治過程中，為了保護河堤穩定，防止水土流失，確保河流暢通，通常需要對河堤進行加固處理。傳統的處理方法就是采用漿砌石或條石對護堤進行加固處理，但隨著經濟及社會發展要求的變化，傳統護岸漿砌石墻結構形式受到了愈來愈多因素的制約，如：漿砌石墻結構的施工質量控制困難；結構形式單一；護岸的維護管理困難等。

    在嘉興市某航道邊坡護岸治理中，運用下剛上柔，的復式斷面設計思想，采用了M型混凝土劈離塊航道護岸護面材料。為確保M型混凝土劈離塊護岸工程應用的可行性和護岸結構的可靠性，因此進行了此新型護岸結構的抗沖擊性能與傳統護岸結構抗沖擊性能對比研究，對新型護岸結構的抗沖擊性能進行綜合評價。

1、抗沖擊試驗

    1.1試驗材料及試件設計

    本次試驗共澆筑3組試件，每組試件包括一個漿砌石試件和一個劈離塊與漿砌石組合試件。圖l為漿砌塊石試件構造示意圖，采用Ml0砂漿進行砌筑；圖2為M型混凝土劈離塊+漿砌石試件構造示意圖，在M型混凝土劈離塊與漿砌塊石之間通過灌砌C20細石混凝土連接。試件規格尺寸均采用1000rmmx750minx500 mm。C20混凝土的水灰比為O.59，混凝土水泥用量347 k9/m3，砂(細度模數262)用量713k咖3，碎石(最大粒徑20mm)用量l070k9/m3,立方體抗壓強度試驗值為21.1MPa。Ml0砂漿的水灰比0.90。混凝土水泥用量320k#m3,砂(細度模數262)用量l458k9/m3，立方體抗壓強度試驗值為11.0 MPa．

    1.2加載裝置及方法

    本試驗在河海大學結構工程實驗室完成。試驗采用的 DHR一9401型落錘式沖擊加載試驗機，試驗機高達11.0m，有效落程為10.0m，相應的沖擊速度最高可達l4.0m/s，能滿足大范圍內低速沖擊試驗的要求。落錘質量可在50kg、350 kg范圍內調整，與不同高度匹配，可滿足大沖擊能量輸入的要求。試件變形由DH5922動態信號測試分析系統采集。

    試驗中，先將尺寸為1200mm×l200mmx350mm的開口鐵箱置于DHR-9401型落錘式沖擊加載試驗機的工作平臺之上，調整鐵箱位置，使其中心點與落錘中心點重合，用回填土將鐵箱填滿并夯實。然后將試件放置于開口鐵箱的回填土上，調整試件的位置，使其中心點與鐵箱中心重合。最后安置鋼墊板及壓力傳感器，調整壓力傳感器及鋼墊板的位置。使其中心點與落錘中心重合。

    試驗采用相同的沖擊能量對兩種不同護岸模型試件分別進行沖擊試驗，通過試驗測得沖擊力隨時間變化曲線，確定不同試件所能承受的最大沖擊力；根據護岸模型的破壞狀況，比較不同護岸形式的抗沖擊性能。

    本試驗中，落錘重量采用70k9，通過調整重錘下落高度來改變能量的輸人，第一次自由落體高度為0.5m、第二次為lm．此后以0.5m累加落錘高度至其產生的沖擊能量使護岸模型破壞。

2、試驗結果及分析

    2.1M型混凝土劈離塊護岸與漿砌石護岸的抗撞擊性能研究

    表1為試驗測得最大沖擊力時的試驗結果。典型試件的沖擊力時程曲線見圖3。

    從表l的試驗結果可知，當重錘重量為70kg時，漿砌石試件所能承受的最大沖擊力為967kN，最大瞬間壓應力

為2.85MPa，M型混凝土劈離塊與漿砌石組合試件所能承受的最大沖擊力為286.7kN，最大瞬間壓應力為6.26MPa，為漿砌石的22倍。

    2.2各國船舶碰沖荷載計算

    抗船舶沖擊是航道結構物設計中必須考慮的一個關鍵技術問題，為進行結構物船舶抗沖設計，首先要估算船舶對結構物的沖擊力。各國對沖擊力的計算大部分基于能量法計算和實驗調查分析，但由于考慮的影響因素不同，計算沖擊力的公式有所差別，計算出的沖擊力也有差別。本文就《美國公路橋梁設計規范》(AA SHT0一1992)，中國(公路橋涵設計通用規范)(JTCG60一2004)和《鐵路橋涵設計基本規范》rrBl0002 1-99)對本次試驗試件進行了計算。

    計算結果與本次試驗結果的對比分析見表l。結果表明，采用《鐵路橋涵設計基本規范》的計算公式進行船舶沖擊力計算，其計算值僅為試驗值僅為試驗值的l％左右。采用《公路橋涵設計通用規范》的計算公式進行船舶沖擊力計算，其計算值為試驗值的50％左。因而采用《鐵路橋涵設計基本規范》以及《公路橋涵設計通用規范》所給計算公式進行船舶沖擊力計算，結果偏低。對于漿砌石護岸。采用美國AA SHT0規范的計算公式進行船舶沖擊力計算，其計算值為試驗值的l.8—2.8倍；對于M型混凝土劈離塊與漿砌石組合護岸，采用美國AASHT0規范的計算公式進行船舶沖擊力計算，其計算值為試驗值的1.2～2倍。其結果與本試驗結果相對比較接近，且偏于安全。

    2.3右M型混凝土劈離塊與塊石的抗沖擊性能對比研究

    作為整體結構形式，M型混凝土劈離塊與漿砌石組合試件的抗沖擊性能明顯高于漿砌石試件。為進一步考察單塊混凝土劈離塊抗沖擊性能，進行了M型混凝土劈離塊與單塊塊石的抗沖擊性能試驗，對其抗沖擊性能進行了對比分析研究。落錘試驗結果見表2，試件的撞擊力時程曲線見圖4。

    從表2和圖4可以看出，M型混凝土劈離塊最大沖擊力為單塊塊石的2倍，且沖擊時間較塊石長。塊石的彈性模量大，在短的時問內承受較大的能量時，容易發生脆性的斷裂。而M型混凝土劈離塊具有柔性的特征，能在較長時間吸收較多的能量,抗沖擊能力強。

3、結論

    3.1M型混凝土劈離塊與漿砌石組合試件所能承受的最大沖擊能量為漿砌石試件的2.2倍，M型混凝土劈離塊與漿砌石組合護岸的抗沖擊性能明顯高于傳統的漿砌石護岸。

    3.2采用美國AA SHF0規范的計算公式進行沖擊力計算，計算值為試驗值的l.2～2倍，兩者相對較為接近，且結里偏于安全。

    3.3M型混凝土劈離塊的抗沖擊性能明顯高于單塊毛石。  

參考文獻

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【2】AA SHT0-1992美國公路橋梁設計規范【S】．北京：人民交通出版社．l998．

【3】JTGD60-2004套路橋涵設計通用規范【S】北京：人民變通出版社．2004．

【4】TBl0002．1—99鐵路橋涵設計基本規范【s】．北京：中國鐵道出版社，2005．

【5】何棟粱，范彬，船橋碰撞度防撞結構研究【J】石河子大學學報(自然科學版)，2005(6)：742-745．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)