雷诺护垫在二公河治理工程中的设计及施工

浅谈雷诺护垫在二公河治理工程中的设计及施工摘要：雷诺护坡作为国内近年来迅速兴起的一项新型护坡技术，在防冲刷、生态河道等工程领域得到非常广泛的应用，其施工方法不同于传统的浆砌片石、预制混凝土块等护坡方法，其技术新颖而工艺要求严格。

关键词：雷诺护垫;护坡整体稳定性;最大冲刷深度abstract: the reynolds slope as a new slope protection technology in china has developed rapidly in recent years, has been widely applied in the scour, ecological river and other engineering fields, its construction method is different from the traditional mortar rubble, precast concrete block revetment method, the novel and strict technical requirements.key words: reynolds mat; the whole stability of slope; the maximum scour depth中图分类号: f407.9文献标识码a 文章编号一、工程概况黑河市爱辉区二公河下游河南屯段近期治理工程位于黑龙江右岸一级支流二公河上。

二公河此段河底平均高程119.85m，畅流期平均枯水位126.00~119.28m，20年一遇洪水位128.16~122.66m。

由于该段河道处于黑龙江河谷平原上，地质结构松散，抗冲能力差，造成水土流失，冲毁耕地。

二公河下游河南屯段规划工程总长12.0km。

本次初步设计经现场勘察，确定护岸工程总长12.295km。

二公河流域地处东亚季风气候区，属大陆性气候。

冬季受西伯利亚冷高压控制，干燥漫长寒冷；夏季则在东南季风影响下湿热多雨，冬夏温差较大。

工作区地处新华夏系构造体系第三隆起带北缘，小兴安岭隆起带西端，临近大兴安岭，为两个构造带的过渡区。

区内地形起伏较小，地貌特征明显，中生代地层发育，古生代、中生代岩浆活动频繁，中生代以后构造活动比较平稳，幅度小，形迹不明显。

二公河河岸被水流冲刷导致水土流失严重，加之河岸土质多为砂壤土，抗冲能力差。

本次所勘察的护岸段岸坡工程地质条件分类按《堤防工程地质勘察规程》（sl 188-2005）附录e规定划分为属于稳定性较差岸坡，应采取适当的护岸处理措施。

护岸段最大冻结深度内低液限粘土、低液限粉土为冻胀性土，应采取相应的防冻措施。

护岸段地表水对砼具有分解类碳酸型弱腐蚀性。

二、雷诺护坡设计2.1护岸结构形式比较本次设计比选了三种护岸结构型式，即干砌石、雷诺护垫及现浇砼板，方案比选见表2-1。

表2-1护岸结构方案比较表方案比较结果表明：现浇砼板护坡结构型式有较强的抗冲刷及抗冰推能力，但造价最高，干砌石护坡易受冰排推移，石料利用率低，造价较高；雷诺护垫护坡结构型式整体性好，柔韧度高，透水性好，抗风泿，抗冲刷，抗冻胀，可恢复自然生态，且造价最低。

故本次设计采用雷诺护垫护岸形式。

2.2护岸结构型式设计2.2.1 雷诺护垫厚度的确定雷诺护垫厚度选择一般要考虑两个因素，其一是水流流速，其二是波浪高度及岸坡的倾角。

当雷诺护垫既受到水流的冲刷，又受到波浪的作用时，需选用两者中的大值作为设计厚度。

①水流流速影响雷诺护垫厚度的计算a对于水流流速的影响情况，马克苏菲公司早在上世纪80年代就在美国的科罗拉多大学进行了大量的模型试验和对已建工程的反分析，最后得出了各种厚度雷诺护垫的抗冲流速，见表2-2。

表2-2雷诺护垫厚度与流速参照表注：临界流速指铺面保持稳定而没有因填石发生移动的流速，极限流速指尽管护垫间隔中石块的移动导致雷诺护垫部分变形而仍可接受的流速。

b另根据k.w.pilarczyk的《护岸的设计》，雷诺护垫厚度在水的流速可知的情况下，可采用下式计算：δd=0.035式中：δ—雷诺护垫的相对密度，δ≈1.0；d—雷诺护垫的厚度（m）；φ—稳定参数，对于雷诺护垫取φ=0.75；ucr—平均流速（m/s），ucr=2.0m/sc﹡——临界防护参数，对于雷诺护垫取c﹡=0.75g—重力加速度，g=9.81m/s2；kt—紊流系数，取kt=1.0；kh—深度系数，取kh=1.0；ks—坡度系数，取ks=；θ=岸坡角度，sin=；m—岸坡坡度，m=2.0φ—雷诺护垫内填石的内摩擦角，φ =41°。

经计算：d=0.09m②波浪高度及岸坡倾角对雷诺护垫厚度的影响计算根据报告的研究成果(报告号：bo—290460/18)，在波浪高度和河岸坡度作为影响雷诺护垫厚度的主要因素，其厚度计算可按下式确定：当时：式中：tm—雷诺护垫的厚度（m）;hs—波浪设计高度（m），取h1%；根据《堤防工程设计规范》附表c.1.3-1计算：设计波高h1%=h×2.24(h为波浪平均波高)；α—河岸倾角，；m—河岸边坡坡比，m=2.5；n—雷诺护垫内填石孔隙率（%）；δm—水下材料的相对单位重度，；rs—水下材料的重度（kn/m3）；rw—水的重度（kn/m3）。

在大多数情况下，（1+n）δm≈1.0，所以以上两式可简化为：当时：当时：a 风浪要素计算风速资料：根据提供的实测风速资料，计算历年四～十月份各风向最大风速平均值：护岸计算风向采用东风（e）,对应最大风速平均值为20.0m/s，设计情况采用风速为平均风速的1.5倍，即30m/s。

吹程：最大吹程为120m。

风浪计算根据《堤防工程设计规范》（gb50286—98）附录c，波浪的平均波高和平均波周期采用莆田试验站公式：式中：=平均波高（m）；—平均波周期（s）；v—计算风速（m/s），f—风区长度（m），f=240m；d—水域的平均水深（m），d=4.06m；g—重力加速度（9.81m/s2）。

按平均波周期计算的波长可按下式计算：式中：l—平均波长（m）。

将各值代入公式求得：=0.25m，=2.21m，l=7.64m。

b 雷诺护垫厚度计算本工程护坡坡比为m=1:2，按照上述公式计算，属于，则计算公式采用。

由风浪计算结果可知护岸的波浪设计高度为：hs=0.25×2.24＝0.56m，将设计波浪高度值代入厚度计算公式可得：护岸设计厚度为：tm=0.14m。

c 雷诺护垫厚度的选定由以上两种计算方法可以看出：当水流流速作为影响雷诺护垫厚度的主要因素时。

水流流速为2.0m/s时，雷诺护垫厚度达到0.09m 就可以满足要求；而当由波浪高度及岸坡的倾角作为影响雷诺护垫厚度的主要因素时，经计算雷诺护垫厚度达到0.14m就可以满足要求。

综合比较应采用两者中的较大值，但是考虑一定的安全裕度并按照雷诺护垫的规格，本次设计选用0.23m厚的雷诺护垫。

2.2.2雷诺护垫的稳定性计算雷诺护垫的稳定性计算考虑极限状态，也就是设计最大冲刷深度的情况。

一般来说，当单个的石头没有发生移动时，石护坡被认为是稳定的，护面的稳定性的极限状态发生在石头将要移动的临界点，也就是“初始移动”的状态，此时如果护坡上的产生的剪应力小于临界剪应力，那么护坡即为稳定状态。

故若要保持雷诺护垫稳定，则应有：τb≤τ c ；τm≤τs式中：τb—作用于底面的剪应力(kg/m2)；τc—“初始移动”临界状态下底面上的允许剪应力(kg/m2)；τm—作用于坡面的剪应力(kg/m2)；τs—“初始移动”临界状态下坡面上的允许剪应力（kg/m2)。

作用于底面雷诺护垫上的剪应力τb可按下式计算：τb=τw·h·i式中：τw——水的重度(kg/m3)，rw=1000kg/m3；hb—最大冲刷深度(m)，h=0.76m；i—河床坡度，i=0.002。

经计算：τb=1.51kg/m2。

“初始移动”临界状态下底面上的允许剪应力τc可按下式计算：τc=c*·（rs—rw）·dm式中：c*—临界防护参数，对于散抛石在临界状态下的防护参数可以考虑c*=0.047，而由于雷诺护垫网格对石头的约束作用可取雷诺护垫的防护参数c*=0.07；rs—石头的重度（kg/m3），rs=2200kg/m3；rw—水的重度（kg/m3），rw=1000kg/m3；dm—雷诺护垫内填石的平均直径(mm)，即50%铺面上的石头可以通过的筛孔的尺寸，dm=120mm。

经计算：τc=10.08kg/m2由上述计算可知，作用于坡面雷诺护垫上的剪应力τb小于底面临界状态下的允许剪应力τc，故河岸坡面上的雷诺护垫是稳定的。

作用域坡面的剪应力τm可按下式计算：τm=0.75rw·h·i经计算：τm=1.13kg/m2。

“初始移动”临界状态下坡面上的允许剪应力τs可按下式计算：式中：ks—坡度系数，；=岸坡角度，；m—岸坡坡度，m=2.0；φ—雷诺护垫内填石的内摩擦角，φ=41°。

经计算：τs=7.38 kg/m2。

由上述计算可知，作用于坡面雷诺护垫上的剪应力τm小于坡面上的雷诺护垫在临界状态下的允许剪应力τs，故河岸坡面上的雷诺护垫是稳定的。

⑶护坡整体稳定性验算取1.0m3护坡计算，见下图2-1图2-1 护坡整体稳定计算简图护垫重g= 23t。

受力条件:按坡前无水，岸坡湿润状态考虑，网垫与粗砾之间的摩擦系数f 取值为0.55。

垂直岸坡分力：n = g cos26.56°=20.57t平行岸坡分力：f = g sin26.56°=10.28t摩擦系数:f1=0.45f = n f1 =11.32tf≥f所以网垫护坡自身稳定。

2.3流冰期冰排对护坡网垫撞击影响冰排对护坡网垫撞击力的计算可根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》（sl211—98），按下式计算：f=0.07υδ式中：f——冰块撞击建筑物时产生的动冰压力标准值mn；υ——冰块运动速度，υ＝0.6m/s;δ——流冰厚度，取最大冰厚的0.8倍，δ=1.6m。

a——冰块面积，a=10m2。

f——冰的抗压强度，f=0.45mpa；经计算：f=0.14mn，本次护坡网垫抗压强度为27.5n/mm2，可满足冰排撞击的要求。

2.4护岸的结构形式确定护坡及压顶采用雷诺护垫填石结构、固脚采用干砌石结构，雷诺护垫护坡尺寸为600×200×23cm(长×宽×厚)，压顶尺寸400×100×23cm(长×宽×厚)，护坡及压顶下铺无纺布。

干砌石固脚顶宽150cm，底宽100cm，高100cm，固脚下铺设15cm砾石垫层。