雷诺护垫技术在海漫工程中的应用

2011-08-30曲振会祝华威

河南水利与南水北调 2011年12期

□曲振会 □祝华威 □李季

（南阳市白河橡胶坝管理处）

在平原河流上修建水闸，作为闸下消能防冲措施的组成部分，海漫一般采用浆砌石及干砌石结构，但上述结构在受不均匀沉降或坝下水流冲刷的作用下，容易产生局部破坏。本文首先介绍了雷诺护垫结构型式及其技术特点，然后将其与传统的海漫结构型式进行对比，最后通过介绍雷诺护垫技术在白河第四级橡胶坝消能设施改造工程中的应用，表明此项技术值得在海漫工程中进一步推广。

一、雷诺护垫技术

（一）雷诺护垫技术

雷诺护垫系统源于意大利，由于在意大利雷诺河首次使用并且获得了相当满意的效果而命名。雷诺护垫系统本质上而言为传统的石笼防护系统，但是通过机械化生产以及高防腐性能的钢丝网面的采用，解决了困扰传统石笼防护的耐久性问题，并且通过规范的产品加工过程以及施工工法来提高整体防护系统的防护能力以及效应。

雷诺护垫（RENOMATTRESS）是由网孔名义尺寸为6×8的六角形双绞合金属网片，按照EN10223-3标准制成的网垫结构（图1），在工程现场用石头填充，形成兼具柔性、透水性及整体性的结构，用于诸如渠道衬砌、航道护岸、海漫等防冲刷防护工程中。

雷诺护垫所用钢丝采用镀锌、镀高尔凡（5%铝－锌合金＋稀土元素）等不同形式的防腐处理，以满足不同的工程需求。雷诺护垫单元结构为一次成型产品，隔板为双隔板，除盖板外，边板、端板、隔板及底板由一张连续不裁断的网面组成，不可采用单独的双层折叠网面通过绞合在底板上作为双隔板（图2）。其单元结构尺寸规格一般宽为2m，长度为3～6m不等，厚度为0.17m、0.23m、0.3m不等，以满足不同的抗冲要求。

图1 雷诺护垫结构示意图

图2 双隔板示意图

（二）雷诺护垫技术特点

由六边形是双绞合金属网垫结合填石组成的雷诺护垫系统具有如下特点：

1.柔性

雷诺护垫特有的柔性结构设计及高伸张率的低碳钢丝使其具有很强的柔韧性及变形能力，尤其能够适应基础的不均匀沉降，对局部沉陷的地基具有很强的适应能力。

2.透水性

雷诺护垫由金属网垫填装石块组成，填充石料具有30%的孔隙率，具有天然的透水性，使作用在结构上的水压力不至于增大，有利于河床护底结构的长期稳定。

3.抗冲刷性

多孔隙结构对比一般的防护结构具有较高的糙率，能够很好的消散水流能量。

4.整体性

雷诺护垫单元在工地现场组装成型，相互绑扎成整体，属于典型的柔性防护结构，所以既可以适应河床的变形，又可以适应地基的不均匀沉降，体现了其对工程场地的超适应性，同时所有单元绑扎成整体，具有更强的抗冲刷能力。

5.耐久性

雷诺护垫由具有优良防腐性能的钢丝经过机械编织，组装而成，优良的镀层工艺和编织技术，保证了镀层厚度的均匀性和抗腐蚀性，一般情况下，使用寿命达到50-60年，覆塑钢丝的使用寿命甚至超过100年。

6.经济性

雷诺护垫结构所需石头可以采用浆砌石、干砌石等传统结构无法利用的碎石或鹅卵石，石头成本较低，尤其在鹅卵石丰富的河流附近施工更可以大幅度降低造价，相对于混凝土等传统结构具有一定的经济优势。

7.施工便捷，效率高

雷诺护垫可按设计意图，工厂化生产制作出半成品，施工现场按施工图进行组装定型。整体工法操作简便、工序少、无需特殊的技术工人、受气候干扰小，整体施工效率颇高且效果易于保证。

二、雷诺护垫结构与传统海漫结构的对比

（一）海漫的布置

流出消力池的水流，紊动现象仍很剧烈，底部流速较大，流速分布也未恢复到正常状态，对河床仍有较强的冲刷能力，因此在消力池后，除了岩质较好，足以抵抗冲刷外，一般都要建造海漫，以保护河床不受冲刷，并在海漫末端设置防冲槽保护海漫不受破坏。

下游河床局部冲刷不大时，可采用水平海漫；反之，采用倾斜海漫，或者前面一段是水平的，后面一段是倾斜的。根据原南京水利实验处的试验资料，海漫倾斜坡度建议采用1∶6～1∶10。如果坡度过陡，虽可节省工程量，但斜坡上很容易产生漩涡，反而会影响在垂直方向上的水流扩散而造成单宽流量集中的现象，达不到增加水深、减缓流速、调整流速分布、提高防冲效果的目的。根据江苏、安徽等省的建闸经验，为了充分发挥海漫的作用，海漫宜做成1∶10～1∶20的斜坡，《水工设计手册》上建议：海漫的布置，一般接消力池宜设置5～10m长的水平段，其顶面低于消力池尾槛高程，首段应适当加厚。重要工程也可用混凝土和钢筋混凝土结构。沿水流方向，除在平面上采取向两侧逐渐扩散布置外，接水平段向下游铺设斜坡，使水流在垂直水流方向扩散，调整流速分布，使其接近河床土质的允许流速。纵坡一般采用 1∶10～1：15，如图 3所示。

图3 海漫结构布置图

通过水跃后的紊动余能是逐渐向下游衰减的，海漫结构强度也应该相应逐渐减弱。传统方案中，在前段约1/4左右，海漫通常采用浆砌块石或混凝土板结构，余下的后段常用干砌块石结构。海漫前段的混凝土厚度一般为10～20cm，块石护砌一般为30～50cm。海漫底层应铺设砂砾、碎石垫层，以防止底流淘刷河床和被渗流带走基土，垫层厚度为10～15cm。土工织物也可应用于垫层中，不仅施工方便，还可以节省工程造价。

（二）海漫的结构型式

海漫的作用就是消减水流的剩余能量，使水流均匀的扩散，调整流速分布，减小底部冲刷。根据其工程功能，海漫结构应该具有以下特点：柔性，使海漫在一定程度上能适应河床的变形；透水性，消除海漫底部的渗透压力；表面粗糙性，消除水流的余能；抗冲性，保证海漫本身不致被水流冲刷破坏，从而达到保护河床的目的。

常用的海漫结构型式：

1.干砌石海漫

一般由两层直径大于30cm的块石砌成，厚度为0.4～0.6m，下设碎石垫层10～15cm，抗冲流速为3～4m。常设在海漫后段。

2.浆砌石海漫

采用50、80号水泥砂浆砌成。抗冲能力强，但柔性和透水性差，一般设于海漫的首段，约为海漫全长的1/3，厚度为0.4～0.6m，内设排水孔和反滤层，抗冲流速3～6m。

3.雷诺护垫海漫

采用厚度为50cm的雷诺护垫作为海漫，其抗冲能力强，柔性好，具有天然的透水性能，适宜全长铺设。首段适当加厚，并与消力池钢筋混凝土连接，使消力池和海漫成为一体。

（三）雷诺护垫结构与传统海漫结构的对比

浆砌石海漫为刚性结构，在局部被冲刷破坏后，就会在破坏的局部连续扩大，反滤结构随之破坏，河床受到严重冲刷淘蚀，进而加剧海漫破坏。干砌石为散体结构，对比干砌石结构而言为柔性结构，能够一定程度上适应河床的变形，但其抗冲刷能力相对较小。相比之下，雷诺护垫防护结构采用适宜的土工布就可形成完整的反滤结构，且雷诺护垫结构可以通过选择不同粒径的块石作为填料来满足不同的糙率设计值。其粗糙的表面可起到有效的消能作用，且网垫内所填充的散体材料会由于双绞格网的约束而不被冲走，良好的整体性使其具有更强的抗冲能力，从而确保下部的反滤结构正常发挥防止水流侵蚀河床的功能。以下为各种结构型式海漫的技术性能对比(表1)。从表中不难得出，雷诺护垫海漫具有比传统浆砌石及干砌石海漫更优的技术性能。

表1 各种结构型式海漫性能对比表

三、雷诺护垫技术在白河第四橡胶坝消能设施改造工程中的应用

（一）工程概况及工程总体布置

白河是南阳的母亲河，是唐白河流域的主要干流之一，属长江水系，从南阳城区穿城而过进入湖北省，城区段长32km，河面平均宽达800m，自上而下梯级开发，布置四座橡胶坝，形成一条美丽的人工长湖，蓄水量可达2500万m3，对提高南阳防洪能力，提高地下水位、美化城市环境和促进经济发展发挥了巨大的作用，是形成“南阳外滩”的关键性枢纽工程。

白河属于砂质河床，坝址都选择在水流平顺，河床较窄，河底岸坡稳定地段，工程总体布置，力求结构简单，布局合理，安全可靠。顺水流方向依次为：抛石防冲槽、钢筋混凝土防渗铺盖、钢筋混凝土坝底板、混凝土消力池、浆砌石与干砌石海漫、下游抛石防冲槽、以及充排控制系统和观测系统组成。为了延长渗径，减少渗流量，保护坝基础，在上游抛石边沿设置水泥搅拌桩，增加基础的稳定性。

（二）消能设施改造原因分析

白河第四级橡胶坝工程，位于白河城区段的下游，建成运行已十年之余，连接该坝址的下游河道未进行综合整治，随着强水流的多次冲刷，下游河道存在较多冲坑，河床产生下切，经实测最大下切深度达2.75m，造成消力池水出流后流速增大，破坏了原消能设计的水力学条件，原设计消能工程已达不到现状河道水流条件的消能效果，使水流出池流态紊乱，在遭受洪水袭击下，浆砌石、干砌石松动冲走，基础淘刷，破坏底层反滤后淘空，造成浆砌石海漫断裂下沉并向消力池蔓延，导致第四级橡胶坝工程水毁。

（三）消能设置改造设计

由于河床下切，洪水冲击，消能段遭到严重破坏，修复设计采取拆除原设计的消能工，谨慎采用了雷诺护垫海漫技术，尾部增设水泥搅拌桩，并对下游河床进行综合整治。雷诺护垫海漫是利用钢丝网垫充填块石，其整体性好，填石在外力作用下，受箱体的限制，填石间挤压密实，抗压强度高。当地基变形和受超设计侧向外力时，能够很好地适应地基变形，不会削弱整个结构，不易产生垮塌、断裂等破坏，表面糙率较大，结构呈蜂窝状，具有很强的消能效果，抵抗浪击能力强。