CN102268863B - 一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及促淤堤、防波堤工程领域，尤其是低滩促淤堤，具体的说是一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤及方法，三棱体型钢框架横截面为正三角型，斜面上设有侧梁，同一横截面上的两根侧梁之间设支撑横梁、底梁，三条棱边设纵梁，框架侧梁上叠放抛石尼龙网兜，在堤顶和堤身外海侧铺设模袋混凝土护面，框架内后期吹填沙，施工方法为铺设护滩砂肋软体排，焊接拼装三棱体型钢框架，吊装安放钢框架，在钢框架两侧对称叠放抛石尼龙网兜，抛石尼龙网兜两侧抛石护底，最后堤顶和堤身外海侧铺设模袋混凝土。待促淤堤基土经压重排水固结强度有所提高后，钢框架内中空部分吹填沙充实，本发明具有堤身重量轻、软土地基适应能力强、工程投资低和施工简便的特点。

Description

一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤及方法

[技术领域]

本发明涉及促淤堤、防波堤等工程领域，尤其是低滩促淤堤，具体的说是一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤及方法。

[背景技术]

在圈围工程实施之前，如有合适的水沙条件和充足的落淤时间，常先行实施促淤工程，使工程水域达到阻水缓流、加大落淤的效果。常用的促淤堤断面型式为斜坡式抛石堤，异型块体护面。

斜坡式抛石堤目前广泛使用，但存在如下两个问题：

（1）当滩面高程较低时，堤身断面较大，工程造价较高；

（2）当地基为软土地基，并且堤身断面较大时，若不作地基处理，地基承载力较难满足要求。

国内发明03271478.5公开了一种堤坝及方法，该堤坝采用松散材料作为堤坝本体，并在堤坝内设包括防水分层隔膜和渗水松散材料的隔水层，隔膜两侧注入密封流体，该发明能很好的防止渗水，但是其涉及多种工艺及材料，造价成本过高，不能广泛用于促淤工程的堤坝。

[发明内容]

本发明的目的就是要克服传统斜坡式抛石堤的缺点，提供一种堤身重量轻，工程造价低，施工简便的促淤堤设计和施工方法。

为实现上述目的设计一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤，其特征在于所述的促淤堤由护滩砂肋软体排、护底抛石、三棱体型钢框架、抛石尼龙网兜和护面模袋混凝土组成。三棱体型钢框架由底横梁、侧梁、支撑横梁、顶纵梁、底纵梁组成，底纵梁位于三棱体的两条底棱处，顶纵梁位于三棱体的顶棱处，钢框架两侧布置侧梁，同一横截面的2根侧梁与支撑横梁、底横梁连结，底横梁伸出三棱体底面两侧，顶纵梁与底纵梁伸出三棱体首尾，促淤堤在堤顶和堤身外海侧设有护面模袋混凝土结构，抛石尼龙网兜设置于钢框架侧梁上，促淤堤底两侧设有砂肋软体排护滩，抛石护底。

所述的钢框架每节长度为6m。

所述的侧边梁与相邻侧边梁的间隔为1m。

所述的底横梁伸出三棱体底面两侧各2m。

所述的顶纵梁和底纵梁都伸出三棱体首尾0.5m。

所述的底横梁、侧梁、支撑横梁为槽钢。

所述的顶纵梁、底纵梁均为工字钢。

所述的尼龙网兜抛石的尼龙网规格为2m×2m×1m，装满抛石单袋重约8.0t。

所述的抛石护底宽度为5m、厚度为0.5m、砂肋软体排伸出抛石护底2m。

一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤的施工方法，其特征在于：

（1）砂肋软体排采用专用铺排船水下施工：将预先缝制好的排体卷排在铺排船的滚筒上，铺排船进入施工现场就位，在排布上充填砂肋，移船使软体排铺设到位，移船、充灌速度与卷筒转速保持协调，直到铺排结束；

（2）砂肋软体排铺设完后，立即进行事先焊接好的三棱体型钢框架沉放施工，采用专用船机吊放，由平板车运至作业船上，平潮时再用作业船吊机吊放到指定位置，在岸上采用全站仪定位；

（3）尼龙网兜在岸上进行抛石装兜，注意小块石在内，大块石在外，确保密实无松动后扎紧尼龙网兜口；

（4）抛石尼龙网兜由船机吊放，吊放时待下一个型钢框架拼接后，再进行接头部位抛石尼龙网兜的叠放；

（5）模袋混凝土采用织物模袋做软模具，泵送充灌混凝土进模袋成型，在水下铺设充灌施工，主要施工顺序：模袋加工，测量放样，模袋铺展定位，充灌混凝土；

（6）在实施圈围工程前，促淤堤地基经压重排水固结强度已有所提高，将钢框架内中空部分吹填沙充实。

本发明与传统的斜坡式抛石堤相比，在护滩砂肋软体排上安放三棱体型钢框架作为堤身骨架，骨架两侧叠放抛石尼龙网兜，抛石护底；在堤顶和堤身外海侧充灌铺设模袋混凝土护面，防止尼龙网兜老化，兼起防渗作用，相比传统抛石堤，本发明具有堤身重量轻，工程投资低，施工简便的特点。

[附图说明]

图1三棱体型钢框架抛石尼龙网兜促淤堤断面图；

图2抛石尼龙网兜钢框架断面图；

图3钢框架侧面抛石尼龙网兜布置图；

图4三棱体型钢框架透视图；

图5钢框架侧面抛石尼龙网兜叠放图；

图6顶纵梁受力简图；

图7顶纵梁弯矩图；

图8顶纵梁剪力图；

图9侧梁A点受力简图；

图中 (1)—砂肋软体排护滩  (2)—抛石护底  (3)—底横梁(4)—底纵梁  (5)—侧梁  (6)—支撑横梁  (7)—顶纵梁(8)—抛石尼龙网兜  (9)—模袋混凝土护面  (10)—吹填沙。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种制造技术对本发明的人来说是非常清楚的。

本发明的目的就是要克服传统斜坡式抛石堤的缺点，提供一种堤身重量轻，工程造价低，施工简便的促淤堤设计和施工方法。

为实现上述目的，发明一种三棱体型钢框架抛石尼龙网兜促淤堤，其特征在于：促淤堤由砂肋软体排护滩、三棱体型钢框架、抛石尼龙网兜、抛石护底和模袋混凝土护面组成。其中：

1、三棱体型钢框架特征在于：

每节长度6m，由底横梁、底纵梁、侧梁、支撑横梁、顶纵梁组成。

（1）底横梁伸出三棱体底面两侧各2m，以增加钢框架稳定性并供搁置抛石

尼龙网兜用；

（2）底纵梁位于三棱体的两条底棱边，各长6m；

（3）钢框架两侧，各布置6根侧梁、6根支撑横梁，间距1m，首、尾侧梁和支撑横梁距钢框架端部各0.5m；

（4）顶纵梁位于三棱体的顶棱边，长6m。

底横梁、侧梁、支撑横梁均为槽钢，顶纵梁、底纵梁均为工字钢。

同一横截面的2根侧梁与底横梁、支撑横梁以及底纵梁、顶纵梁焊接成三

棱体型钢框架。

2、抛石尼龙网兜特征在于：

尼龙网规格为2m×2m×1m，装满抛石单袋重约8.0t。

3、三棱体型钢框架抛石尼龙网兜促淤堤，其护滩、护底特征在于：

在促淤堤滩面铺设一层护滩砂肋软体排，在抛石尼龙网兜钢框架两侧砂肋软体排上抛石护底，抛石宽5m，厚0.5m；砂肋软体排伸出抛石护底2m。

Ⅰ、设计计算

常规的斜坡式抛石堤结构计算主要包括边坡稳定计算和护面块体稳定计算。本发明由于采用整体式钢框架作为堤身骨架，骨架两侧叠放抛石尼龙网兜（见图2），单袋重量达8.0t，足以抵抗波浪打击，因此无边坡稳定问题；但是在波浪力、内外侧水位差作用下，需进行抗滑、抗倾稳定计算和地基承载力复核。

一、抗滑、抗倾稳定计算：

1、设计标准

促淤堤可视作圈围造地工程的附属工程，为3级建筑物；《堤防工程设计规范》规定，3级建筑物在正常运行条件下的抗滑和抗倾稳定安全系数应不小于1.25和1.50。

2、计算方法

根据《堤防工程设计规范》附录F抗滑稳定计算公式进行计算。基底面与地基之间的摩擦系数取0.20。

3、计算参数和成果

根据计算成果，抗滑、抗倾安全系数均大于规范规定的允许抗滑、抗倾系数，满足抗滑、抗倾稳定要求。

二、地基承载力计算

根据《水闸设计规范》附录H，计算促淤堤的左右镇压层、左右堤角和堤身中心在1/4堤身宽度深度处满足极限平衡时所需的地基土最小粘结力C_K。

本次计算地勘资料采用《南汇东滩促淤圈围工程—促淤工程》G273钻孔地质参数。计算点处地基土体粘结力直剪快剪C=9.19kPa，固结慢剪C=9.39 kPa。

根据计算成果，传统方案不能满足地基承载力的要求，本发明的设计方案在钢框架中空部分吹填沙前后均能满足地基承载力的要求（后期吹填沙时，地基经压载固结后承载力提高了）。

三、三棱体型钢框架结构设计及计算

1、基本参数

三棱体型钢框架单体规格：高5.0m等边三角形，单体长6.0m；结构材料：Q235型钢。抛石尼龙网兜规格及重量：2.0m×2.0m×1.0m，G=80kN。

2、结构设计

三棱体型钢框架单体长6.0m，横截面为等边三角形，高5.0m，边长约5.8m；侧梁中间设一道支撑横梁，距底边3.0m；三棱体的三条棱边为两根底纵梁和一根顶纵梁。钢框架两边侧梁上叠放2.0m×2.0m×1.0m的抛石尼龙网兜，共5层，具体布置如图3。

3、侧梁计算

两边侧梁主要承受如图5所示阴影部分的抛石尼龙网兜荷载。根据受力特点对侧梁AB进行受力分析，尼龙网兜抛石荷载均匀传递给每根侧梁，侧梁纵向间距1.0m，故每根侧梁则承受一列5个尼龙网兜抛石1/2的荷载。

将侧梁所受阴影部分荷载(见图5)简化为4个集中荷载q1、q2、q3和q4，由单个尼龙网兜抛石总量为80kN可得：

（未考虑水的浮力），

（未考虑水的浮力），

（未考虑水的浮力），

（未考虑水的浮力），

侧梁截面选择采用水工钢结构常用的容许应力法计算，本结构材料拟选用Q235型钢，已知Mmax=9.7 kN.m，[δ]=160MPa。

$W_x=\frac{M\max }{\left[\mathrm{\δ}\right]}=\frac{9.7\×1000}{160\×{10}^6}=60.6{\mathrm{cm}}^3$

故初选14a槽钢，A=18.51cm²，Ix=563.7cm⁴，Wx=80.5cm³。

强度验算：

正应力： $\mathrm{\&delta;}=\frac{M_{\max }}{W_x}=\frac{9.7\&times;1000}{80.5\&times;{10}^{-6}}=120\mathrm{MPa}<\left[\mathrm{\&sigma;}\right]=160\mathrm{MPa}$

剪应力： ${\mathrm{\&tau;}}_{\max }=\frac{\mathrm{QS}}{\mathrm{I\&delta;}}=20.2\mathrm{MPa}<\left[\mathrm{\&tau;}\right]=95\mathrm{MPa}$

4、顶纵梁计算

顶纵梁简化为5跨连续梁，单跨间距为1.0m。计算简图见图6。由建筑结构静力计算手册查表知，

连续梁最大弯矩M_max=0.078qL²，

其中L=1.0m，

故M_max=0.45 kN.m，

顶纵梁弯矩图与剪力图分别见图7和图8。

根据最小工字钢10号工字钢Wx=49.0cm³,按构造要求初选14号工字钢。

5、底横梁计算

选择侧梁A点为研究对象，进行受力分析，A点主要承受的荷载有：地基支持力N，尼龙网兜抛石的总压力V_A，底横梁的水平力F，具体受力如图9所示。

由

F+V_X=0

其中V_X=V_A×cos30°，

得F=-4.3kN（受压），

又由  $\left[\mathrm{\&sigma;}\right]=\frac{F}{A}=160\mathrm{MPa},$

经计算得，A=26.8mm²，为了便于构造，底梁选取14a槽钢。

A=1851mm²，Ix=563.7cm⁴，Iy=53.2cm⁴。

由于底横梁为细长杆，故采用欧拉公式进行压杆稳定复核。

临界力 $F_{\mathrm{\&alpha;}}=\frac{{\mathrm{\&pi;}}^2\mathrm{EI}}{L^2}=\frac{{\mathrm{\&pi;}}^2\&times;2.1\&times;{10}^{11}\&times;53.2\&times;{10}^{-8}}{{(1\&times;5.8)}^2}=32.7\mathrm{kN}>F$

故底横梁满足压杆稳定要求。

6、结构布置

三棱体型钢框架单体长6.0m，高5.0m，边长约5.8m。顶棱、底棱的纵梁采用14号工字钢；底横梁采用14a槽钢，为了提高空心三棱体型钢框架稳定性，在三棱体底面两侧分别伸出2m；侧梁采用14a槽钢，距底端3.0m处设一支撑横梁，采用10号槽钢；侧梁、支撑横梁和底横梁，间距均为1.0m。三棱体型钢框架各构件均焊接连接，采用均匀连续焊缝，主要受力焊缝高度为8mm，其余焊缝高度为6mm。结构布置示意图见图4。

Ⅱ、施工方法

1、砂肋软体排采用专用铺排船水下施工：将预先缝制好的排体卷排在铺排船的滚筒上，铺排船进入施工现场就位，在排布上充填砂肋，移船使软体排铺设到位，移船、充灌速度与卷筒转速保持协调，直到铺排结束；

2、砂肋软体排铺设完后，立即进行事先焊接好的三棱体型钢框架沉放施工，采用专用船机吊放，由平板车运至作业船上，平潮时再用作业船吊机吊放到指定位置，在岸上采用全站仪定位；

3、尼龙网兜在岸上进行抛石装兜，注意小块石在内，大块石在外，确保密实无松动后扎紧尼龙网兜口；

4、抛石尼龙网兜由船机吊放，吊放时待下一个型钢框架拼接后，再进

行接头部位抛石尼龙网兜的叠放；

5、模袋混凝土采用织物模袋做软模具，泵送充灌混凝土进模袋成型，可以在水下铺设充灌施工，主要施工顺序：模袋加工，测量放样，模袋铺展定

位，充灌混凝土；

6、在实施圈围工程前，促淤堤基土经压重排水固结强度已有所提高，将

钢框架内中空部分吹填沙充实。

Ⅲ、施工顺序

1、滩面扫海，整平，铺设护滩砂肋软体排；

2、在现场焊接拼装三棱体型钢框架，吊装安放型钢框架；

3、在型钢框架两侧对称叠放抛石尼龙网兜，以防止钢支架受力不均发生水平位移，同时尽可能轻吊轻放，以防止型钢框架变形；

4、促淤堤两侧抛石护底；

5、进行堤顶和堤身外海侧0.10m厚模袋混凝土护面施工；

6、待促淤堤地基经压重排水固结强度已有所提高后，将钢框架内中空部分

吹填沙充实。

Ⅳ、施工注意事项

1、由于本工程所在地区海水中含盐分较高，防腐工作尤为重要，三棱体型钢框架拟采用热喷铝镁合金、刷涂面漆封闭的防腐措施；

2、钢框架体型较大，运输、吊放时要注意安全，轻吊轻放；

3、抛石尼龙网兜压载要两侧均匀吊放，且作业船只一定要保持与型钢框架的距离，防止碰撞移位；

4、本工程最好在平潮时施工，工程外部条件较有利；

5、所有作业船只和作业人员施工前都必须进行技术与安全交底，水上作业安全设施完备。

Claims (9)

1.一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤，其特征在于所述的促淤堤由护滩砂肋软体排、护底抛石、三棱体型钢框架、抛石尼龙网兜和护面模袋混凝土组成，三棱体型钢框架由底横梁、侧梁、支撑横梁、顶纵梁、底纵梁组成，底纵梁位于三棱体的两条底棱处，顶纵梁位于三棱体的顶棱处，钢框架两侧布置侧梁，同一横截面的2根侧梁与支撑横梁、底横梁连结，底横梁伸出三棱体底面两侧，顶纵梁与底纵梁伸出三棱体首尾，促淤堤在堤顶和堤身外海侧设有护面模袋混凝土结构，抛石尼龙网兜设置于钢框架侧梁上，促淤堤采用砂肋软体排护滩，抛石护底。

2.如权利要求1所述的一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤，其特征在于所述的钢框架每节长度为6m。

3.如权利要求1所述的一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤，其特征在于所述的侧边梁与相邻侧边梁的间隔为1m，首、尾侧梁距钢框架端部各0.5m。

4.如权利要求1所述的一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤，其特征在于所述的底横梁伸出三棱体底面两侧各2m。

5.如权利要求1所述的一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤，其特征在于所述的底横梁、侧梁、支撑横梁为槽钢。

6.如权利要求1所述的一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤，其特征在于所述的顶纵梁、底纵梁均为工字钢。

7.如权利要求1所述的一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤，其特征在于所述的尼龙网兜抛石的尼龙网规格为2m×2m×1m，装满抛石单袋重约8.0t。

8.如权利要求1所述的一种三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤，其特征在于所述的抛石护底宽度为5m、厚度为0.5m、砂肋软体排伸出抛石护底2m。

9.一种如权利要求1-8任一项所述三棱体型钢框架尼龙网兜促淤堤的施工方法，其特征在于：

（1）砂肋软体排采用专用铺排船水下施工：将预先缝制好的排体卷排在铺排船的滚筒上，铺排船进入施工现场就位，在排布上充填砂肋，移船使软体排铺设到位，移船、充灌速度与卷筒转速保持协调，直到铺排结束；

（2）砂肋软体排铺设完后，立即进行事先焊接好的三棱体型钢框架沉放施工，采用专用船机吊放，由平板车运至作业船上，平潮时再用作业船吊机吊放到指定位置，在岸上采用全站仪定位；

（3）尼龙网兜在岸上进行抛石装兜，注意小块石在内，大块石在外，确保密实无松动后扎紧尼龙网兜口；

（4）抛石尼龙网兜由船机吊放，吊放时待下一个型钢框架拼接后，再进行接头部位抛石尼龙网兜的叠放；

（5）模袋混凝土采用织物模袋做软模具，泵送充灌混凝土进模袋成型，在水下铺设充灌施工，主要施工顺序：模袋加工，测量放样，模袋铺展定位，充灌混凝土；

（6）在实施圈围工程前，促淤堤地基经压重排水固结强度已有所提高，将钢框架内中空部分吹填沙充实。

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