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新型混凝土劈離塊護(hù)岸抗沖擊性能試驗(yàn)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(hù)河堤穩(wěn)定，防止水土流失，確保河流暢通，通常需要對河堤進(jìn)行加固處理。傳統(tǒng)的處理方法就是采用漿砌石或條石對護(hù)堤進(jìn)行加固處理，但隨著經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展要求的變化，傳統(tǒng)護(hù)岸漿砌石墻結(jié)構(gòu)形式受到了愈來愈多因素的制約，如：漿砌石墻結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量控制困難；結(jié)構(gòu)形式單一；護(hù)岸的維護(hù)管理困難等。

    在嘉興市某航道邊坡護(hù)岸治理中，運(yùn)用下剛上柔，的復(fù)式斷面設(shè)計(jì)思想，采用了M型混凝土劈離塊航道護(hù)岸護(hù)面材料。為確保M型混凝土劈離塊護(hù)岸工程應(yīng)用的可行性和護(hù)岸結(jié)構(gòu)的可靠性，因此進(jìn)行了此新型護(hù)岸結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能與傳統(tǒng)護(hù)岸結(jié)構(gòu)抗沖擊性能對比研究，對新型護(hù)岸結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能進(jìn)行綜合評價(jià)。

1、抗沖擊試驗(yàn)

    1.1試驗(yàn)材料及試件設(shè)計(jì)

    本次試驗(yàn)共澆筑3組試件，每組試件包括一個(gè)漿砌石試件和一個(gè)劈離塊與漿砌石組合試件。圖l為漿砌塊石試件構(gòu)造示意圖，采用Ml0砂漿進(jìn)行砌筑；圖2為M型混凝土劈離塊+漿砌石試件構(gòu)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(xì)石混凝土連接。試件規(guī)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(xì)度模數(shù)262)用量713k咖3，碎石(最大粒徑20mm)用量l070k9/m3,立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值為21.1MPa。Ml0砂漿的水灰比0.90�；炷�土水泥用量320k#m3,砂(細(xì)度模數(shù)262)用量l458k9/m3，立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值為11.0 MPa．

    1.2加載裝置及方法

    本試驗(yàn)在河海大學(xué)結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室完成。試驗(yàn)采用的 DHR一9401型落錘式?jīng)_擊加載試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)高達(dá)11.0m，有效落程為10.0m，相應(yīng)的沖擊速度最高可達(dá)l4.0m/s，能滿足大范圍內(nèi)低速?zèng)_擊試驗(yàn)的要求。落錘質(zhì)量可在50kg、350 kg范圍內(nèi)調(diào)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(dòng)態(tài)信號測試分析系統(tǒng)采集。

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

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

    本試驗(yàn)中，落錘重量采用70k9，通過調(diào)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(chǎn)生的沖擊能量使護(hù)岸模型破壞。

2、試驗(yàn)結(jié)果及分析

    2.1M型混凝土劈離塊護(hù)岸與漿砌石護(hù)岸的抗撞擊性能研究

    表1為試驗(yàn)測得最大沖擊力時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。典型試件的沖擊力時(shí)程曲線見圖3。

    從表l的試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)重錘重量為70kg時(shí)，漿砌石試件所能承受的最大沖擊力為967kN，最大瞬間壓應(yīng)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(yīng)力為6.26MPa，為漿砌石的22倍。

    2.2各國船舶碰沖荷載計(jì)算

    抗船舶沖擊是航道結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)中必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，為進(jìn)行結(jié)構(gòu)物船舶抗沖設(shè)計(jì)，首先要估算船舶對結(jié)構(gòu)物的沖擊力。各國對沖擊力的計(jì)算大部分基于能量法計(jì)算和實(shí)驗(yàn)調(diào)查分析，但由于考慮的影響因素不同，計(jì)算沖擊力的公式有所差別，計(jì)算出的沖擊力也有差別。本文就《美國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(AA SHT0一1992)，中國(公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范)(JTCG60一2004)和《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》rrBl0002 1-99)對本次試驗(yàn)試件進(jìn)行了計(jì)算。

    計(jì)算結(jié)果與本次試驗(yàn)結(jié)果的對比分析見表l。結(jié)果表明，采用《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》的計(jì)算公式進(jìn)行船舶沖擊力計(jì)算，其計(jì)算值僅為試驗(yàn)值僅為試驗(yàn)值的l％左右。采用《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》的計(jì)算公式進(jìn)行船舶沖擊力計(jì)算，其計(jì)算值為試驗(yàn)值的50％左。因而采用《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》以及《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》所給計(jì)算公式進(jìn)行船舶沖擊力計(jì)算，結(jié)果偏低。對于漿砌石護(hù)岸。采用美國AA SHT0規(guī)范的計(jì)算公式進(jìn)行船舶沖擊力計(jì)算，其計(jì)算值為試驗(yàn)值的l.8—2.8倍；對于M型混凝土劈離塊與漿砌石組合護(hù)岸，采用美國AASHT0規(guī)范的計(jì)算公式進(jìn)行船舶沖擊力計(jì)算，其計(jì)算值為試驗(yàn)值的1.2～2倍。其結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)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(jié)構(gòu)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(jìn)一步考察單塊混凝土劈離塊抗沖擊性能，進(jìn)行了M型混凝土劈離塊與單塊塊石的抗沖擊性能試驗(yàn)，對其抗沖擊性能進(jìn)行了對比分析研究。落錘試驗(yàn)結(jié)果見表2，試件的撞擊力時(shí)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(shí)間較塊石長。塊石的彈性模量大，在短的時(shí)問內(nèi)承受較大的能量時(shí)，容易發(fā)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(shí)間吸收較多的能量,抗沖擊能力強(qiáng)。

3、結(jié)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(hù)岸的抗沖擊性能明顯高于傳統(tǒng)的漿砌石護(hù)岸。

    3.2采用美國AA SHF0規(guī)范的計(jì)算公式進(jìn)行沖擊力計(jì)算，計(jì)算值為試驗(yàn)值的l.2～2倍，兩者相對較為接近，且結(jié)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(xiàn)

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)