我的助手
ARMORFLEX连锁型块体铺面系统的防浪设计
2005年05月20日 来源: 本站原创 作者: 佚名 浏览：
ARMORFLEX连锁型块体铺面系统的防浪设计
一．引起ARMORFLEX块体移动的主要波浪作用力
a=退潮引起的力
b=滤水垫层内的水引起的浮力
c=波浪前锋的到达而引起的浮力
d=流速场的变化引起的力
e=波浪冲击力
f=护坡上跌落的水引起的浮力
g=低压强引起的力
h=涨潮引起的力
图1。ARMORFLEX护坡块上由波浪引起的各种作用力示意图
以上几种作用力发生主要机理简单介绍如下：
当波浪沿着坡面爬到最高点厚开始向净水面下落。这波浪爬高过程中水经过ARMORFLEX块体内部和相邻块体之间的空隙渗透到滤水垫层里头使得滤水层里面的水位增高。根据面层和垫层的透水性滤水层里面的水位会有不同程度的提高。根据面层材料粗糙程度的不同，退潮时可能引起牵引力、惯性力和上拔力（如图1中a所示）。
根据面层和垫层的透水性的不同，滤水层里面的水对面层材料产生浮力，这种浮力可能引起单块的举起（如图1中b所示）。
发生连续的波浪时涨潮的影响范围往往比退潮要大，相应地涨潮时向护坡内的渗水范围比退潮时向外渗水要大。这样就使护坡内的水位和孔隙应力不断地增加。当波浪前锋到达坡面时由于水面的升高在护坡上引起附加的水压力，而滤水垫层又是饱和的，所以这个附加水压力转变为波锋前面护坡面层上的浮力（如图1 中c所示）。这种力集中在波浪前锋前面有限的坡面范围内。
根据波浪坡度的不同有可能发生破碎波，波浪在坡面上破碎时短暂的时间内对护坡产生很大的冲击力（如图1中e所示），这种冲击力由滤水层内的水传播到铺面层下面。发生第一次波浪冲击时坡面上落下的水股对坡面产生很大的压力，这种水压力可能传播到波浪冲击处前方对面层材料底部产生浮力（如图1中f所示）。
波浪冲击到坡面厚紧接着在坡面上出现低压强引起铺面块上的上拔力（如图1中g所示）。低压强主要是由于波浪破碎时水中产生大量气泡而引起的。
波浪在坡面上破碎厚开始向上爬，这种爬行一般对铺面系统不构成太大的破坏，但是如果坡面太粗糙或个别块体已经举起，则由可能引起牵引力、惯性力和上拔力（如图1中h所示）。
二．对抵抗波浪破坏作用的护坡铺面系统的一些要求
从以上波浪对连锁型混凝土护坡块体的作用力的分析可推断出。一个稳定的护坡系统必须具备如下一些特点：
A. 铺面块的形状和重量
护坡块体首先是靠自身的重量来维持稳定的，所以铺面块体必须要有足够的单位面积重量。研究表明块体的形状在很多情况下直接影响整个护坡的稳定性。除了有效的几何尺寸外相邻块体之间的铰接产生的磨阻力也对整个系统的稳定是非常有帮助的。
B. 铺面层的透水性
上一节的分析中多次看到铺面层上产生浮力的主要原因就是面层下面形成净水压强。所以渗透到滤水层内层内的水需要尽快地把它排出来，这样就要求铺面块体应该有较好的透水性。
C. 滤水层的透水性
整个铺面系统的稳定中滤水层始终发挥着不可忽视的作用。滤水层除了防止细颗粒流失外还可以使从面层渗进来的水较好地流通，这样可以避免发生过大的浮力。滤水层应有比基土和面层都大的透水性。
D. 钢缆索的实用
如果铺面系统中的个别块体被移动，则相邻块体也容易发生变动使得大面积护坡发生破坏。虽然大量实验研究已经证实紧靠而平整铺放的独立ARMORFLEX块体在各种波浪作用下是安全的，但是用绳索把独立块体连接起来可避免由于种种原因（施工上的差异、遭遇特殊荷载作用、偷窃等）可能出现个别块体从系统中移走。
E. 阻止波浪爬高的能力
波浪爬高的多少跟波陡和坡面材料的粗糙程度有直接的关系。每个ARMORFLEX块体表面突出来的曲面顶与其他表面平直的块体相比平均能减少15%至20%的爬高值。
F. 阻止独立块体的举起的能力
在上一节的讨论中可以看到很多情况下波浪作用可能在局部产生较大的浮力或上拔力，这都可能引起个别块体的举起导致护坡的变形。如果独立块体用牢固的绳索连接起来可有效地避免这种局部破坏的发生。由于绳索的存在，当个别块体要发生举起时一定范围内（这范围跟举起力的大小和连接方式有关）的其他块体对它增加重量。
G. 空隙内填碎石
实验表明ARMORFLEX块体内部和相邻块体之间的空隙内填级配碎石可以有效地提高护坡的抗浪能力。空隙内填碎石不但可以增强面层的整体性，而且还能阻止滤水层或基土颗粒流失。实验中，护坡经受破坏性波浪作用时只有外面一层碎石被冲刷掉而发现底部的小颗粒把ARMORFLEX块体牢牢的连在一起。这样增加面层的刚度可以降低绳索的疲劳破坏和ARMORFLEX块体的破碎，以便提高整个铺面系统的寿命。
三．ARMORFLEX块体在抗浪护坡中应用时的优点
ARMORFLEX块体是高强混凝土块，有多种型号以便在各种工况下满足设计所需的厚度、重量、表面粗糙度、开孔率等要求。在抗浪护坡中实用ARMORFLEX块体，其独一无二的几何形状和适当的开孔率提供一个可靠、稳定、耐久的生态型护坡形式。
ARMORFLEX块体外轮廓是矩形的，具有宽大的底面，能把自重比较均匀地分布到基础上。ARMORFLEX块体除中间外前后两个侧面上也有竖向孔，这样大的开孔率对面层提供非常好的渗水性，以便降低面层以下所能产生的浮力。除此之外竖向孔还可以把涨潮时的流速分散到空隙内，形成旋涡，消耗波能，降低波浪爬高。
插绳孔 曲面顶 侧面孔 中间孔
图2。典型的ARMORFLEX块示意图
四．ARMORFLEX块体在抗浪护坡中应用设计依据
为了比较客观准确的确定ARMORFLEX块体在抗浪应用中的一些计算参数并了解波浪作用下ARMORFLEX铺面系统的稳定性，在欧美国家从1981年至1984年针对同类产品总共进行过三次模型研究试验。这三个调研工作分别有美国Tetra Tech 有限公司（1981年）、荷兰代夫特水力学实验室（1983年）和美国Tekmarine有限公司（1984年）进行的。对这几个试验数据进行研究分析后美国 Ayres Associates总结出了选择ARMORFLEX块体一个完整的计算方法，并提出了一些稳定参数的取值范围。推荐采用Hudson 计算方法（稳定系数Kd）和Delft (Pilarczyk)计算方法（稳定系数φ）。Ayres Associates对ARMORLFEX铺面系统在波浪作用下的稳定性总结出了以下几点：
1. 波浪的类型很大程度上决定着铺面块体的稳定性。波浪破碎系数ξ比较客观地反映波浪的类型。波浪破碎系数
ξ<0.5 溢出式破碎波 (Spilling breakers)
0.5<ξ<2.5 跳进式破碎波 (Plunging breakers)
0.5<ξ<2.5 崩溃式破碎波 (Collapsing breakers)
ξ<3.5 汹涌式破碎波 (Surging breakers)
2. 在同样透水性基础上铺的开孔式块体与封闭式块体相比更加稳定，这主要由于开孔式块体更好地解除面层以下退潮时所产生的净水压强。
3. 基土上采用渗水性较好的土工布可以避免发生土颗粒流失。土工布上面铺一层级配良好的碎石垫层可以迅速排出涨潮时渗进来的水，大大提高整个系统的稳定性。
4. 汹涌式破碎波对系统的破坏力比破碎系数ξ较小的其他形式的波浪要大，因为波高一定的情况下ξ值大波周期长，相邻波之间铺面系统排水时间长。
5.
图3。Ayres Associates 数据整理
详细情况咨询：南京优凝舒布洛克公司技术质量部 联系电话：025-86871700
传真：025-84715631 电邮：sunking58@263.net