CN103669286A

CN103669286A - 用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋及其抛投装置

Info

Publication number: CN103669286A
Application number: CN201310651611.8A
Authority: CN
Inventors: 肖洋; 丁仲平; 陈辉; 李涛章; 田正宏; 成浩科; 张子龙; 胡宁; 宋荣华
Original assignee: Nanjing Changjiang River Administration; Hohai University HHU
Current assignee: Nanjing Changjiang River Administration; Hohai University HHU
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明涉及一种用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋及其抛投装置。大型土工布充沙袋单体沙袋长10m，直径1.2m，袋型采用无侧缝圆筒式，沙袋两侧采用包缝双线法缝制，袋布材料采用高强聚丙烯（PP）；袋体同侧设置3个直径10cm的洞口。本沙袋使用耐久，易抛投定位，防护效果明显。一种用于大型土工布充沙袋的抛投装置，包括支架、翻板弧形槽、撬棍等部件，其主要技术特征在于抛投沙袋翻板为偏心弧形槽，表面打磨光滑，槽底设有排水孔。利用该抛投装置可避免对外来动力源的依赖，减小工作面，节省能耗和工程投资，提高了施工效率，且使用方便，综合效率较高，为短时间内完成大体量抛投护岸作业提供了技术工艺保障。

Description

用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋及其抛投装置

技术领域

本发明涉及一种大型土工布充沙袋及其抛投装置，特别涉及用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋及其抛投装置。

发明背景

由于河势演变的复杂性和岸坡地质构造的多样性，长江下游河段形成多个贴岸深槽，这类贴岸深槽水深流急（水深可达50m，流速可达2m/s），水流顶冲，近岸边坡陡峭，多个断面出现比降大于1:2的陡坡，-5m以下比降有的甚至达到了1:1.6，超过长江下游1:2.5的稳定岸坡临界值。三峡工程运用后，清水下泄可能会加剧滩槽的演变，使得深槽进一步冲刷加深，岸坡更加陡峭。由于贴岸深槽岸边滩地很窄甚至没有滩地，最终将威胁到陆上堤防和人民的生命财产安全。因此对贴岸深槽水下岸坡和河床进行加固处理显得十分必要和迫切。

近岸深槽的防护难点是岸坡防护厚度大，所需防护体量大，而大宗材料（如抛石）获取越来越困难，工程造价也越来越高。沙袋护岸是一种新型的高效、经济、环保的护岸型式，具有袋布质量轻，整体连续性好，运输存储方便，抗拉强度高，抗老化性能好，能长期在水中保持稳定；袋体柔软，适应河岸变形能力强；充填沙来源方便经济，工程投资省等特点，在河道治理中得到愈来愈广泛的应用。以往的类似工程实践表明大型沙袋存在如下不足及缺陷：

1、传统沙袋袋型采用侧边和端部缝制结构形式，这种型式缝承载力有限，沙袋容易破裂，限制了高填充度大尺寸袋体的使用。

2、河道深槽处，水深流急，流态紊乱，除纵向水流外还伴有横向水流，局部存在回旋流，沙袋下沉过程中，沙袋的飘落方向、最后落在河床上的位置受水流流速、流向的影响，且沙袋越大，受水流的影响越大、着床点越分散，形成的护岸体越不均匀。

3、传统沙袋采用一端进沙、一端出水充沙方式，在充填过程中单方向压力过大，沙袋容易破裂，且充填时间长，易发生输浆管堵塞，排水不畅等问题，影响施工效率；充填不均匀会导致袋型不规整，在水流作用下发生扭曲、破裂；同时，由于充填度不足，造成袋型圆度下降导致水下抛落时产生袋体水流阻力的随机改变而带来的漂距的不确定性，增大了大型沙袋的抛投定位的难度。

4、现有的沙袋抛投装置一般是动力翻转结构，在施工船上采用卷扬机等动力设备装置进行抛投翻转，或者是通过吊机等起重设备抛投作业等方法，其工作面大、工效低、能耗大，使用不方便，综合效率不高。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，开发一种用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋及其抛投装置。

本发明所采取的技术方案是：

一种用于深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋，其特征在于：单体沙袋长10m，直径1.2m，袋型采用无侧缝圆筒式，沙袋两侧采用包缝双线法缝制，袋布材料采用高强聚丙烯（PP）；袋体同侧设置3个直径10cm的洞口，洞口外缝接同面料同直径、两端敞口、长50cm的袖袋，袖筒采用翻边双线法缝制，两端袖袋用于充沙，中间袖袋用于排水；袋体单位面积质量≥280g/m²，有效孔径O ₉₅≤0.12mm，渗透系数取10^-4~10^-3cm/s，纵向抗拉强度≥40kN/m，横向抗拉强度≥32kN/m，顶破强度≥0.5kg/cm²，沙袋两端缝制应满足充填压力达0.33kg/cm²时不产生缝口撕裂；沙袋充填完成后将每个袖带折叠后用专用绳绑扎封口。

一种用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋的抛投装置，此装置包括支架、翻板弧形槽、撬棍等部件，其主要技术特征在于抛投沙袋翻板为偏心弧形槽，材料为型钢和普通钢板，长10m，宽2.2m，深0.35m，表面打磨光滑，槽底设有间距为10cm、直径为21.5mm的排水孔，无动力抛投的实现是利用弧形槽重心与支架支点的偏心受力特点，设计成依据自重自动翻转抛投形式，偏心距的大小通过实验确定，能够自动翻转与人工复位均比较简易。

本发明的优点和效果在于：

大型土工布冲沙袋的体型为圆筒形，体积大、自重大，可减小沙袋在沉降过程中受水流流向及流态的影响；通过抛投试验确定落距，减小抛投定位的难度；袋体材料及缝制型式的选择可增强沙袋的径向抗撕裂强度和破张力，减少沙袋破裂的风险，增加了沙袋的耐久性；通过两侧冲沙中间排水，可提高填充效率，加快了施工进度，又使沙子充分流动入淤，充填均匀，避免了这类长形沙袋因为填充不均匀导致袋型不规整，在水流作用下发生扭曲，破裂，同时，由于保证了足够充填度，也避免了袋型圆度下降导致水下抛落时产生袋体水流阻力的随机改变而带来的漂距的不确定性，从而有效克服了大型沙袋的抛投定位难问题。

利用近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋的抛投装置抛投沙袋摆脱了对外来动力源的需求，大大减小了作业工作面，提高了施工效率，降低了能耗，且使用方便，综合效率较高；

本发明的其他优点和效果将在下面继续描述。

附图说明

附图1是本发明沙袋袋体立面结构图

附图2是本发明沙袋袋体俯视结构图

附图3是本发明沙袋袋体缝制形式

附图4是沙袋抛投装置弧形槽平面示意图

附图5是沙袋抛投装置弧形槽1-1剖面示意图

附图6是沙袋抛投装置弧形槽受力示意图。

具体实施方式

本发明中所涉及的大型土工布充沙袋主要用于近岸深槽岸坡防护，这就要求沙袋具有一定的体积及重量，而沙袋单体体量越大，就越容易破裂，其耐久性就会下降。本发明中大型土工布冲沙袋的技术参数在总结现有沙袋护岸在充填度、尺寸、落距等方面的研究成果结合现场试验确定：如图1.2.3所示，单体沙袋长10m，直径1.2m，袋型采用无侧缝圆筒式，沙袋两侧采用包缝双线法缝制，袋布材料采用高强聚丙烯（PP）；如图4所示，袋体两侧采用工业缝纫机，使用强度不小于150N的尼龙包缝双线法缝制，袖筒采用翻边双线法缝制，缝制型式的选择增强了沙袋的径向抗撕裂强度和破张力，大大减少了沙袋破裂的风险，可在水深5m以下紫外线照度低的水下使用30年，增加了沙袋的耐久性；通过室内袋体材性测试和现场试验，确定了沙袋物理力学性能设计指标，包括：袋体单位面积质量不小于280g/m²，有效孔径O ₉₅<0.12mm，可使沙粒有效利用率达到80%以上，渗透系数>10^-4cm/s，纵向抗拉强度不小于40kN/m，横向抗拉强度不小于32kN/m，顶破强度不小于0.5kg/cm²，沙袋两端缝制应满足充填压力达0.33kg/cm²时不产生缝口撕裂。沙袋同侧两端及中间共设3只直径10cm的袖口，可与市场现有的标径软管匹配，其直径过小，填充速率过慢，会影响施工效率，直径过大，填充速率过快，水沙不能及时分离，影响沙袋内水分排除，同时也可能因填充过快导致沙袋炸裂，两端袖口1为进（充沙）口，中间袖口2为出（排水）口，由两端沿沙袋轴线方向向中间充填，可提高填充效率，加快了施工进度，又使沙子充分流动入淤，充填均匀，避免了这类长形沙袋因为填充不均匀导致袋型不规整，在水流作用下发生扭曲、破裂，同时，由于保证了足够充填度，也避免了袋型圆度下降导致水下抛落时产生袋体水流阻力的随机改变而带来的漂距的不确定性，从而有效克服了大型沙袋的抛投定位难问题；洞口外接同面料同直径、两端敞口的袖袋长50cm。

一种用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋的抛投装置，如图4.5.6所示，包括支架4、翻板弧形槽5、撬棍6、基座7等部件。翻盘弧形槽材料为型钢和普通钢板，长10m，宽2.2m，深0.35m，利用弧形槽重心与支架支点的偏心受力特点，设计成依据自重自动翻转抛投形式，偏心距的大小通过实验确定。设计依据为L _x=1.5m，θ=60°，当撬棍撬动弧形槽时，作用力沿F方向，有效应力F _y=Fsinθ；弧形槽慢慢回移时θ逐渐增大，F _y逐渐增大，直至弧形槽复原。即θ=90°时

F _y=F，因此，在刚撬动弧形槽时所用的力最大，由力矩平行方程得：

（2）

一个普通工人使用力为：F ₁=F/3

Figure 2013106516118100002DEST_PATH_IMAGE005

当d=30mm时，得F=55.7N，每人作用力：F ₁=F/2=18.6N

同理d=40mm，

Figure 2013106516118100002DEST_PATH_IMAGE007

F ₁=24.8N；d=50mm，

F ₁=30.9N；d=60mm， F ₁=37.1N；

d=70mm，F ₁=43.3N。分力与手动作用支点间距关系如表1所示。

表1分力与间距的关系

Figure 2013106516118100002DEST_PATH_IMAGE009

沙袋从弧形槽抛落，需要满足重力沿弧形槽切线的分力F1大于沙袋与弧形槽的摩擦力f，即F ₁ >f，

F ₁=G*sin

α；f=uGcos

α （3）

则：

G*sin

α> uGcos

α （4）

因此：u<tanα

，既满足要求。

查《材料摩擦系数表》得，高碳钢与聚丙烯之间的摩擦系数u=0.3-0.35，取u=0.35，计算得

α>21.4°

满足施工要求。

为了充分利用重心自动抛投，试算了偏心距i与弧形槽倾角 α的相互关系，见表2。

表2重心位置与 α的关系

通过以上计算分析，一个普通工人在船体上的有效拉力约为300N左右。因此为保证安全作业，同时确保沙袋能够顺利地无动力抛落，经计算分析并经过多次反复沙袋模拟试验，选定偏心距，以满足施工要求。

弧形槽板在每个槽底设有间距为10cm直径为21.5mm的排水孔，以便于排水；弧形沙袋槽表面打磨光滑，以防袋体抛投下滑时，弧形槽板割破沙袋。弧形翻板槽用活动铰链分别固定在定位船的两侧。

本发明中采用的用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋抛投方法包括以下三种关键技术：

1、改进沙袋充填方法：大型沙袋体积大、充填时间长，在充填过程中易发生输浆管堵塞，沙袋滑移、破裂，排水不畅，充盈度不足等问题，影响施工效率。本发明从大型沙袋充填前准备、充填时沙袋固定、充填完成后反馈等方面入手解决大型沙袋充填中存在的问题。

1）弧形沙袋槽上平铺沙袋，要求沙袋一定要铺排均匀、摆放平整，在船体晃动时沙袋不随船体移动，充填时沙袋也不会因重心变化而移动。

2）采用吸砂泵将沙吸起通过标径10cm的软管由两端沿沙袋轴线方向从进口1送入袋中，中间袖口2出水，浆液浓度一般在25%~45%，泥浆泵出口压力宜在0.2~0.3MPa之间，充填过程中水和少量细沙从袋内析出，当含水沙袋充填达到80%时，停止充沙，施工人员可在袋体顶面人工来回踩踏，使沙浆充分流动，加快袋体排水固结速度，确保充填平整。踩踏完成后继续充填，待整个沙袋达到固结阶段，适当减少充填速度，防止布袋爆裂。

3）在充填过程中一般一次达不到理想充盈度，应采用二次充填，待沙袋稍固结后，再进行一次充填。

4）沙料充满整个袋体后（充盈度＞75%），为保证沙袋的充盈度，每个沙袋充填时间不小于10min，拔出充沙管，扎紧袖口。

2、研制快速抛投装置：通过上述非动力倾翻人工复位翻板抛投装置实现；

3、优化抛投船定位手段：依据落距，利用GPS定位仪，快速测定放样抛投船抛区位置中心点，采用船艏和船艉成顺水流的直线状态，确保达到满意的精度。沙袋落距受局部河床坡度、水流速度、袋型尺寸、抛落深度、抛投方式等因素影响，结合抛投试验修正落距公式参数为：

（5）

式中s为落距，H为水深，U为水流流速，ρ _s为泥沙湿密度，取1700kg/m³，ρ为水密度，取1000kg/m³。

表3 沙袋落距计算

通过公式计算，结合现场试验并通过经常性的水下测量检验分析抛投成果，及时调整后续抛投施工参数以满足沙袋成型断面精度。

施工流程包括：

① 施工准备，包括原材料准备、弧形槽制作调试、抛前地形测量、抛投小区划分；

② 工程施工，包括沙袋平铺固定、沙袋充填排水、沙袋充盈度检测、沙袋抛投。

本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

Claims

1.一种用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋，其特征在于：单体沙袋长10m，直径1.2m，袋型采用无侧缝圆筒式，沙袋两侧采用包缝双线法缝制，袋布材料采用高强聚丙烯（PP）；袋体同侧设置3个直径10cm的洞口，洞口外缝接同面料同直径、两端敞口、长50cm的袖袋，袖筒采用翻边双线法缝制；袋体单位面积质量≥280g/m²，有效孔径O ₉₅≤0.12mm，渗透系数取10^-4~10^-3cm/s，纵向抗拉强度≥40kN/m，横向抗拉强度≥32kN/m，顶破强度≥0.5kg/cm²，沙袋两端缝制满足充填压力达0.33kg/cm²。

2.根据权利要求1所述的一种用于近岸深槽岸坡防护的大型土工布充沙袋的抛投装置，其特征在于：此装置包括支架、翻板弧形槽、撬棍，抛投沙袋翻板为偏心弧形槽，表面打磨光滑，槽底设有间距为10cm、直径为21.5mm的排水孔。