航道护岸工程中倾斜基底护岸结构稳定性分析

【摘 要】JTJ300―2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》当中提出了一些抗滑、抗倾稳定计算方法，这些计算方法对于改良基地护岸结构具有重要的作用，能够有效的提高护岸的稳定性。在护岸结构稳定性上倾斜基地对其影响最为明显。本文根据现有的研究资料在考虑到内核航道船行波等载荷作用的前提下，运用“规范”中的计算方法对不同倾斜基地护岸进行了详细的受力分析，在此基础上形成了以分项系数法为基础的倾斜基地护岸稳定性表达式，通过实验验证得出内倾基地护岸结构的稳定性最高。

【关键词】护岸结构；倾斜基地；稳定性

随着我国经济的快速发展，对一些航道的通行能力要求日渐提高，而在航道的护岸结构设计当中，重力式护岸设计方式应用最为广泛，这种设计需要满足抗滑和抗倾覆稳定性的双重要求。多数情况下技术人员选择改变护岸结构的断面来提高护岸结构的稳定性，但在设计过程中需要减小减小作用在结构上的土压力、提高基底摩阻系数等措施，而这些措施需要一个科学的算法来计算护岸结构的抗滑、抗倾稳定系数。JTJ300―2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》当中提出了一些抗滑、抗倾稳定计算方法，对于解决倾斜式护岸结构稳定性方面的算法需求提供了一个良好的途径。这对于降低工程化造价，提高倾斜式护岸结构的稳定性具有重要意义。

1. 倾斜基底护岸结构受力情况分析

1.1倾斜基底护岸结构的作用载荷。从倾斜式护岸结构的特点来讲，它的是载荷主要有墙前的被动土压力，而挡土墙后的土地主要对护岸结构的主动土压力。除了这些之外，在倾斜式基地护岸结构作用载荷上，还包括重力、墙前墙后的水压力、航道中的船型波压力等。根据以往的护岸建设经验来看，在实际上倾斜式护岸结构发生被动土压力的几率很小，只有墙移达到墙高的2-5%才能引起被动土压力。因此，在计算护岸结构受力的时候，被动土压力乘以折减系数以后才能用于公式计算，在本研究当中根据以往的研究及笔者的经验取值0.作为作用载荷被动土压力。

1.2倾斜基底护岸结构受力分析。倾斜式基地护岸结构受力分析当中，一般来说需要保持护岸结构墙顶高度不变，这种情况下受力是墙踵下降，护岸基地会产生一个向内或者向外的斜坡。而倾斜基地与水平基地相比，如果说是向内倾斜会后踵下降，如果是外倾基地的话则是一种前踵下降。这种情况下要想进行倾斜基地护岸受力分析，可设水平力合力为 设基地的垂直力是,倾斜基底的法线和切线方向分解则可以分别求得内倾基地法向力和切向力为

（1）

在公式1当中，β表示的护岸结构基地与水平面之间的夹角,此时如果护岸垂直力与水平力EH保持相对不变，在护岸结构当中设置内倾基地可以明显的提高护岸机构的抗滑稳定性，可以说此时的基地倾角越大，护岸结构的抗滑稳定性就越高。实际上这是一个较为理想的状态，在实践当中由于在护岸结构的建设中内倾基底墙后踵加厚，这种情况下墙背土压力计算高度相比以前会有所增大，这表明如果墙后踵加厚而墙后的压力也将随之增大，而这会抵消内倾基地的抗滑稳定，影响到护岸结构的实际效果。在外倾基地情况下的护岸结构受力计算中，与上面的公式基本类似，也需要沿倾斜基底的法线和切线方向分解，由此产生的外倾基底法向力和切向力可以分别用公式（2）表示，公式（2）为：

（2）

此时如果护岸垂直力与水平力EH保持相对不变，在护岸结构设计上设置了外倾基底的情况下，护岸的阻滑力会明显下降，护岸结构的滑移力会明显的增加，从理论上讲这势必会影响整个护岸结构的稳固性。但实则不然，在设置外倾基地的情况下，其前踵加厚势必会导致墙前被动土压力迅速加大，这种情况下会抵消阻滑力变小和滑移力加大带来的力的变化，实际上更有利于护岸结构的抗滑稳定。

2. 倾斜基底护岸结构稳定性分析

2.1倾斜基地护岸结构抗滑稳定性分析。在倾斜基地护岸结构当中当护岸结构基地与水平面之间的夹角β小于或等于45°的时候，此时的滑动面也就是护岸结构的基地斜面，此时根据JTJ300―2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》相关算法和计算要求，内河航道护岸结构的稳定性分析已经使用分项系数法，在内倾基地护岸和外倾基地护岸上采用不断的数据分析方法。其中，内倾基地护岸的抗滑稳定条件应该满足公式（3）的基本要求：

（3）

而外倾基地护岸的抗滑稳定条件应该满足公式（4）的基本要求：

（4）

从上述两个公式中可以明显看出，内外请基地护岸的抗滑稳定应该满足的条件可以说是截然相反的。

2.2倾斜基地护岸结构抗倾稳定性分析。在计算护岸抗倾稳定性时，应该先假设后趾底部以上的土地对护岸结构产生的侧压力是一种主动土压力，假设后趾底部对护岸结构产生的侧压力为被动土压力，此时如果墙体是围绕前趾转动，则就可以判断到了倾覆的极限状态。此时根据JTJ300―2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》5.5.6的的计算要求，护岸结构的抗倾稳定性需满足公式（5）的要求： (5)

在这一公式当中，MEH，MEV分别表示的是护岸结构当中永久作用土总压力的水平分离标准值和竖向分力标准值对计算前趾的倾覆力矩和稳定力矩，而才是若用KN・m；MPBU分别表示船行的波谷作用的时候，此时计算面上的波浪浮托力标准值对计算面前趾的稳定力矩可以用KN・m；Mpw表示，γd表示护岸机构的的结构系数，此时若无波浪作用则可以取值1.25，有波浪作用的话则可以取值1.35进行具体的计算。

3、实例分析

3.1工程简介。某护岸工程为内地航道综合整治的核心组成部分，为内河耳机航道，水深约4m，航道底坡为5：1。该护岸工程采用重力式护岸结构，设计墙高3m，采用浆砌块石的墙体施工方法。经过测量，墙后回填土的内摩擦角约为30°，施工地点的土密度为1.9g/cm3，护岸地基与基础之间的摩擦系数誉为0.4，地基设计承载力为200kPa，所选用的石材密度为2.2g/cm3，挡土墙前面的水深约为0.5m，墙后约为0.2m，设计压顶长高位0.5m、0.3m。考虑到墙移对墙前被动土压力的影响，折减系数取值为0.3，计算过程中不再考虑土的黏聚力对计算结果的影响。

3.2计算结果分析。带入前述供述以后，可以计算出该护岸工程基地内倾=9.904kN，可见其明显的大于基底外倾时的0.299kN，这一计算结果表明，采用内倾基地的护岸设计而机构有利于提高护岸工程的抗滑稳定性。而当基底水平时，护岸工程的整体抗滑稳定性介于内倾和外倾之间，如果抗倾稳定性富裕过大所以起到的作用将非常有限，也就是说外倾基地并不利于提高护岸的结构稳定性。因此，在航道倾斜式基地护岸结构当中应该尽量选择内倾基地机构，以此为基础上进行重力式护岸结构设计，这样不仅能够提高抗倾稳定性，还能有效的降低作业成本，提高工程的总体经济效益。

参考文献

[1] JTJ300―2000，港口及航道护岸工程设计与施工规范 [S]

[2] JTJ290―98,重力式码头设计与施工规范[S].

[3] 周勇,朱彦鹏. 深基坑土钉支护结构稳定性研究[J]. 四川建筑科学研究, 2009,(01) .

[4] 赵晓春. 抗滑挡土墙在石质路堑中的应用[J]. 安徽建筑, 2003,(04) .

[5] 张晏,费世江. 高填方路堤施工期沉降变形的FLAC模拟[J]. 辽宁科技大学学报, 2010,(03) .