本實(shí)用新型涉及航道整治技術(shù)領(lǐng)域的護(hù)底結(jié)構(gòu)，具體涉及一種系碟形砼塊護(hù)底軟體排。

背景技術(shù)：

河流為人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展提供了重要的航運(yùn)資源，因其具有能耗低，運(yùn)量大的特點(diǎn)備受各國(guó)重視。自然條件下，不恒定的水流泥沙條件以及復(fù)雜可動(dòng)的河道邊界，使河流的沖淤變化具有不確定性，航道條件并不總是朝著有利于人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的方向發(fā)展，許多情況下，可能對(duì)航運(yùn)產(chǎn)生巨大的破壞作用，如暢通的航道淤積出淺礙航，或者平順的水流因河床形態(tài)的調(diào)整變得洶險(xiǎn)、散亂。因此對(duì)于現(xiàn)狀航道條件較好的情況，通常采取工程措施穩(wěn)定航道格局；對(duì)于河床沖淤變化明顯的情況，則采取工程措施加以控制使之朝有利于航道的方向發(fā)展。

穩(wěn)定航道格局的措施離不開(kāi)護(hù)底工程；在修建航道整治建筑物控制河床沖淤變化時(shí)，因建筑物周邊水流流場(chǎng)分布將重新調(diào)整，三維紊動(dòng)較強(qiáng)，須對(duì)建筑物周邊一定范圍內(nèi)進(jìn)行護(hù)底防沖，以保證整治建筑物的穩(wěn)定。護(hù)底工程在航道整治中的重要地位可見(jiàn)一斑。目前國(guó)內(nèi)護(hù)底主要有拋石和排體結(jié)構(gòu)。拋石護(hù)底材料取自天然，成本較低，操作簡(jiǎn)單，能起到一定的防護(hù)作用，但因塊石受水流長(zhǎng)期擾動(dòng)、淘刷，多發(fā)生移位或陷入河床淤泥中，會(huì)削弱其護(hù)底效果。排體護(hù)底中，傳統(tǒng)的柴排耐久性較差，抗拉、抗剪強(qiáng)度較低。近年來(lái)隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展，以化學(xué)聚合物為原料的土工布作為排墊，被廣泛用于航道整治工程，相應(yīng)地排體結(jié)構(gòu)型式由壓載物的不同形成了系長(zhǎng)方體砼塊軟體排、沙肋軟體排、鉸鏈塊軟體排和混凝土聯(lián)鎖塊軟體排等。

請(qǐng)參見(jiàn)圖1，現(xiàn)有的系長(zhǎng)方體砼塊軟體排，多采用長(zhǎng)方體砼塊2作壓載體，土工布作排墊1。因其整體性好、適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)，保沙性好，廣泛用于施工水位以下部位的河床防護(hù)。系砼塊軟體排鋪設(shè)前需要對(duì)其進(jìn)行抗掀動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算(式1)與抗滑穩(wěn)定計(jì)算(式4)。

①軟體排抗掀動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算：

V≤Vcr (1)

r_R'＝(r_m－r_w)/r_w (3)

式中：V——軟體排邊緣流速(m/s)；

Vcr——軟體排邊緣臨界流速(m/s)；

θ——系數(shù)，系軟體排取2；

r_R'——軟體排相對(duì)浮重度；

g——重力加速度，取9.81(m/s²)；

t_m——軟體排等效厚度，取0.1m；

r_m——軟體排重度,取24(kN/m³)；

r_w——水的重度，取10(kN/m³)。

②軟體排抗滑穩(wěn)定計(jì)算：

式中K_m——軟體排抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.1～1.3；

γ′_a——軟體排的浮重度(kN/m³)；

t_m——軟體排等效厚度(m)，取0.1m；

α——坡角(°)；

Δh——軟體排上下水頭差(m)，根據(jù)模型成果最大值0.03m；

γ_w——水的重度(KN/m³)；

f_sg——軟體排與坡面的摩擦系數(shù)，取0.35。

抗掀穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性是系砼塊軟體排的重要性能指標(biāo)。

現(xiàn)有系長(zhǎng)方體砼塊軟體排采用長(zhǎng)方體實(shí)心砼塊，平面形狀呈矩形，尺寸通常為40cm×30cm左右，為與排體系接方便，在長(zhǎng)邊兩側(cè)各設(shè)有兩個(gè)凹槽。制作上述長(zhǎng)方體砼塊需要的混凝土材料較多。還有使用期間長(zhǎng)方體實(shí)心砼塊不能改善使用地的生態(tài)環(huán)境和河流健康。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種系碟形砼塊護(hù)底軟體排，該護(hù)底軟體排具有更高的抗掀穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性，并且能夠節(jié)省工程材料，能夠改善使用地的生態(tài)環(huán)境和河流健康。

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種系碟形砼塊護(hù)底軟體排，包括排墊和壓載體，所述壓載體為碟形砼塊，所述碟形砼塊采用空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，所述空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的側(cè)壁傾斜角小于等于45°，在所述空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上設(shè)有系條穿孔，所述碟形砼塊采用系條系接在所述排墊上。

所述空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的頂面外徑為10～20cm，底面外徑為40～60cm，頂面與底面之間的距離為12～15cm。

所述排墊是采用250g/m²的聚丙烯編織布縫制加筋而成的，所述排墊沿排寬方向每隔50cm設(shè)有一根寬5cm的縱向聚丙稀加筋條，所述縱向聚丙稀加筋條的長(zhǎng)度與所述排墊的長(zhǎng)度相同；所述排墊每隔200cm設(shè)一根寬5cm長(zhǎng)300cm的橫向聚丙稀加筋條；在所述縱向聚丙稀加筋條與排布之間縫制有每?jī)筛唤M的80cm的所述系條，所述系條組與組之間的間距為30cm，每組內(nèi)兩根所述系條的間隔20cm，每組內(nèi)的兩根所述系條將一個(gè)所述碟形砼塊捆綁在所述排墊上。

所述排墊是由多塊排片拼接而成的，每塊所述排片沿排長(zhǎng)方向兩端各預(yù)留25cm作為縱向搭接部。

本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

一)本實(shí)用新型通過(guò)采用碟形砼塊作為壓載體，提高了整個(gè)系碟形砼塊軟體排的抗掀穩(wěn)定性；

二)本實(shí)用新型通過(guò)采用碟形砼塊作為壓載體，提高了整個(gè)系碟形砼塊軟體排的抗滑穩(wěn)定性；

三)本實(shí)用新型所采用碟形砼塊作為壓載體，與傳統(tǒng)長(zhǎng)方體砼塊作為壓載體的軟體排相比，可節(jié)省材料，經(jīng)濟(jì)合理。以某個(gè)護(hù)底軟體排為例，若采用長(zhǎng)度為40cm的長(zhǎng)方體砼塊作為壓載體，若采用尺寸為40cm×30cm×15cm的傳統(tǒng)長(zhǎng)方體砼塊，該護(hù)底軟體排需要混凝土方量約為18000cm³；若采用40cm×10cm×15cm(底面外徑×頂面外徑×高)且壁厚為2cm的碟形砼塊，則需要的混凝土方量約為4522cm³，僅為傳統(tǒng)長(zhǎng)方體砼塊體的1/4。

四)本實(shí)用新型通過(guò)采用具有中空結(jié)構(gòu)的碟形砼塊作為壓載體，在使用期間，在系碟形砼塊護(hù)底軟體排附近，由于紊流作用加上碟形砼塊的中空結(jié)構(gòu)，懸移運(yùn)動(dòng)的泥沙容易進(jìn)入壓載體內(nèi)累積，并在其內(nèi)部營(yíng)造良好的流速梯度和泥沙環(huán)境，壓載體內(nèi)流速緩慢，為水生生物提供了天然的庇護(hù)場(chǎng)所，為水生生物提供了較好的蔭蔽作用，水體生物富集于軟體排底部，可有效改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，有利于生物多樣性和河流健康；同時(shí)由于懸移運(yùn)動(dòng)泥沙的進(jìn)入能夠進(jìn)一步提高護(hù)底軟體排的穩(wěn)定性。

綜上所述，本實(shí)用新型在滿足整治航道護(hù)底需要的同時(shí)，較現(xiàn)有系長(zhǎng)方體砼塊的軟體排具有更好的抗掀穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性，并且還具有節(jié)能環(huán)保的效果。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有系長(zhǎng)方體砼塊軟體排的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的碟形砼塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3的俯視圖；

圖5是圖3的側(cè)視圖；

圖6是現(xiàn)有傳統(tǒng)長(zhǎng)方體砼塊受力分析側(cè)視圖；

圖7是本實(shí)用新型的碟形砼塊受力分析側(cè)視圖。

圖中：1、排墊，2、長(zhǎng)方體砼塊，3、碟形砼塊，4、頂面，5、底面，6、側(cè)壁，7、系條穿孔，8、系條。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：

請(qǐng)參見(jiàn)圖1～圖7，一種系碟形砼塊護(hù)底軟體排，包括排墊1和壓載體，所述壓載體為碟形砼塊3，所述碟形砼塊3采用空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，所述空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的側(cè)壁6的傾角小于等于45°，在所述空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的側(cè)壁6上設(shè)有系條穿孔7，所述碟形砼塊3采用系條8系接在所述排墊1上。

上述空心圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的推薦尺寸：頂面4外徑為10～20cm，底面5外徑為40～60cm，頂面4與底面5之間的距離為12～15cm，采用上述尺寸的碟形砼塊3便于工程應(yīng)用，且抗掀穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性較好。

在本實(shí)施例中，所述排墊1是采用250g/m2的聚丙烯編織布縫制加筋而成的，所述排墊沿排寬方向每隔50cm設(shè)有一根寬5cm的縱向聚丙稀加筋條，所述縱向聚丙稀加筋條的長(zhǎng)度與所述排墊的長(zhǎng)度相同；所述排墊1每隔200cm設(shè)一根寬5cm長(zhǎng)300cm的橫向聚丙稀加筋條；在所述縱向聚丙稀加筋條與排布之間縫制有每?jī)筛唤M的80cm的所述系條8，所述系條8組與組之間的間距為30cm，每組內(nèi)兩根所述系條8的間隔20cm，每組內(nèi)的兩根所述系條8將一個(gè)所述碟形砼塊3捆綁在所述排墊1上。所述排墊1沿排長(zhǎng)方向兩端各預(yù)留25cm作為縱向搭接部。

上述系碟形砼塊護(hù)底軟體排與現(xiàn)有系長(zhǎng)方體砼塊軟體排相比，抗掀穩(wěn)定性較好，計(jì)算分析過(guò)程如下：

V≤Vcr (1)

水流作用在碟形砼塊側(cè)壁的外側(cè)形成作用力F，與作用在碟形砼塊側(cè)壁外側(cè)的流速U是正相關(guān)關(guān)系，即F∝U，由于碟形砼塊側(cè)壁傾斜角β的存在，水平向的F可分解為垂直于側(cè)壁的法向分量Fn＝Fsinβ和平行于側(cè)壁的切向分量Ft＝Fcosβ。在計(jì)算排體浮重度γ_g'時(shí)，需要將Fn產(chǎn)生的等效重度記為γ_f，即

γ_g'＝(γ_m－γ_w)/γ_w+γ_f (5)

現(xiàn)有系長(zhǎng)方體砼塊軟體排的排體浮重度γ′_g為：

γ_g'＝(γ_m－γ_w)/γ_w (3)

將Vcr₁記為現(xiàn)有系長(zhǎng)方體砼塊軟體排邊緣臨界流速，Vcr₂記為本實(shí)用新型提出的系碟形砼塊護(hù)底軟體排邊緣臨界流速，計(jì)算可知：

兩者相比可知，本實(shí)用新型的抗掀穩(wěn)定性提高了倍。

上述系碟形砼塊護(hù)底軟體排與現(xiàn)有系長(zhǎng)方體砼塊軟體排相比，抗滑穩(wěn)定性較好，計(jì)算分析過(guò)程如下：

壓載體采用碟形砼塊時(shí)，水流在碟形砼塊側(cè)壁上形成作用力F，由于側(cè)壁傾斜角β的存在，水平向的F可分解為垂直于側(cè)壁的法向分量Fn＝sinβ和平行于側(cè)壁的切向分量Ft＝cosβ，其中法向分量Fn方向向下。計(jì)算排體浮重度γ_g'時(shí)，需要將Fn產(chǎn)生的等效重度記為γ_f，即

γ_g'＝(γ_m－γ_w)/γ_w+γ_f (9)

將Km₁記為現(xiàn)有系長(zhǎng)方體砼塊軟體排抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，Km₂記為本實(shí)用新型提出的系碟形砼塊護(hù)底軟體排抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，計(jì)算可知：

對(duì)于現(xiàn)有系長(zhǎng)方體砼塊軟體排：

對(duì)于系碟形砼塊護(hù)底軟體排：

兩者相比可知，K_m2大于K_m1，系碟形砼塊護(hù)底軟體排抗滑穩(wěn)定性更好。

上述系碟形砼塊護(hù)底軟體排的壓載體為混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)，護(hù)底防沖的具體施工方法為：先將預(yù)制的碟形砼塊3通過(guò)系條8固定在排墊1上，然后由施工船運(yùn)輸至工程區(qū)進(jìn)行鋪排作業(yè)。在鋪設(shè)過(guò)程中，應(yīng)按照有利于排體搭接處抗掀穩(wěn)定的方向鋪設(shè)。

本實(shí)用新型的工作原理：

(a)流速較大的水體從上游流下來(lái)，經(jīng)過(guò)上游河道到達(dá)系碟形砼塊護(hù)底軟體排所在的守護(hù)區(qū)，水流直接作用于系碟形砼塊護(hù)底軟體排，守護(hù)作用的發(fā)揮使護(hù)底范圍內(nèi)河床免遭水流沖刷。

(b)系碟形砼塊護(hù)底軟體排受到流速較大的水體沖刷作用，水體經(jīng)過(guò)碟形砼塊后在其側(cè)壁上形成一個(gè)法向作用力，作用方向指向其底部排墊，與傳統(tǒng)長(zhǎng)方體砼塊相比提高了壓載體及排墊的抗掀穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性。因此采用本實(shí)用新型的護(hù)底區(qū)域能夠承受更大的流速。

(c)在水流流過(guò)有系碟形砼塊護(hù)底軟體排護(hù)底區(qū)域的過(guò)程中，河道阻力較天然未采取護(hù)底工程的情況大幅增大，水流紊動(dòng)增強(qiáng)，能量消耗增大，從而使流速有所降低，有利于護(hù)底工程的穩(wěn)定性。

(d)在系碟形砼塊護(hù)底軟體排附近，由于紊流作用加上碟形砼塊的中空結(jié)構(gòu)，懸移運(yùn)動(dòng)的泥沙易進(jìn)入壓載體內(nèi)累積，壓載體內(nèi)流速緩慢，為水生生物提供了天然的庇護(hù)場(chǎng)所，水體生物將會(huì)富集于軟體排底部，可有效改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。