护岸设计原则研究的论文

　　摘要：本文主要从美观和造型上，以构建优美的河川景观为出发点，综述了护岸的设计原则，以便为设计者方便；为了加快推广应用护岸工程技术的步伐，本文就护岸类型方面进行了综述，主要评析了各种护岸工程的特点和优缺点以及适用范围等，为设计和施工方便。
　　关键词：护岸设计护岸类型护坡护岸
　　一、护岸的最重要的因素
　　（1）不论材料和结构的形式，护岸构成了自然环境的一部分，必须按环境和工程观点就设计有效性作出判断。（2）适当的设计方法的研究与改进，需要清楚地理解影响现有岸坡稳定性的因素，或者可能影响护岸稳定性的因素。
　　二、护岸设计原则
　　1．护岸的观点场
　　在护岸的景观设计中，应优先考虑的问题是，所在眺望对象的位置，从中选择最佳位置。
　　我们将眺望河川的最佳视点场分成以下4种：（1）水流轴向景观。这是站在桥上等处，顺向水流动方向眺望河川的类型。看到的景物有纵深感，并很容易让人注意到护岸的平面形状。（2）对岸景观。这是与河水流向大体垂直地望对岸看到的景观类型。全部景物容易被看成带状重叠的平板，也容易让人注意到护岸的规模。（3）水上景观。一边乘船一边观赏不断变换的水上景观类型。由于是从近处仰望堤防和护岸形成的景物，因此可以轻易观察到护岸形态的细微之处。（4）俯瞰景观。远眺河流及其周围的广阔区域而形成的景物的类型。可以观察到河流的整体形状及其与周围的关系，但无法看清护岸的规模和细部形态。
　　2．护岸景观设计的原则
　　设计原则主要包括：（1）景观设计原则。要经常考虑河流风景的整体，不做只考虑护岸的设计。（2）日常风景原则。河川要具有安全下泻洪水的功能，但也要当做日常生活场景的设计，而不要只考虑高水位时河水的`流动状态。（3）透视设计的原则。要始终以透视图将设计对象空间确认为立体形态，不能仅凭平面图和截面图来进行护岸设计。（4）场所性原则。要充分考虑要进行景观设计的场所的特性，不能原封不动地照搬别的设计。（5）配角原则。要注意在护岸设计中不要过分渲染，避免让护岸成为风景的主角。
　　3．护岸的形态原则
　　在构思和设计护岸的平面形状时，要基本上以徐缓曲折的形状为主，使景观显得自然生动。另外护岸的平面形状要以舒缓怡人的程度作为构思的出发点，不应使其产生小圆弧式的变化，以免破坏河川景观的怡人效果。护岸的横截面形状不要拘泥于左右对称的形态，使它们看起来更接近于天然河流。
　　4．护岸的规模
　　考虑到不使护岸在河川风景整体中过分突出，在设计时，不要将混凝土护岸的视觉高度差搞的太大。为了方便人们接近水边与水亲近，在设计时应注意护岸与水面的高度差不要太大。对于护岸的坡度，从易于接近水边的角度考虑，坡度不宜超过1﹕2.5，以免使坡度更加平缓而产生单调和显眼。在护岸长度方面，应避免在很长区间连续出现同一形状的护岸，通常加入阶梯设施或运用无落差护槽和接缝等手段，以及让护岸肩部高度沿纵断面产生变化。
　　三、护岸的类型
　　护岸类型按材料分为以下三类：（1）天然材料护岸，包括草和草皮、合成材料加固的草、芦苇、柳树和其他的树、木结构、灌木、临时保护。（2）垂直护岸，有钢板桩、钢和石棉水泥沟槽板、石笼结构、混凝土和砖以及圬工重力挡土墙、预浇混凝土块、加筋土结构、其他低造价结构。（3）铺砌护岸，包括石头中的抛石、砌石、圬工、石笼沉排、灌浆结构；混凝土中的混凝土块、现浇混凝土板、土木织物沉排；土工织物和土工膜的有草复合结构、面层和栅格、二维结构（织物）。
　　四、几种护岸类型的浅析
　　1．天然材料护岸
　　（1）草皮护坡
　　采用在堤坡表面的粘土层上种植草皮进行堤防坡面保护，是保护堤防免受波浪侵蚀的有效方法。在荷兰，大部分堤防的护坡均采用草皮护坡，只有当波浪荷载太大、草皮护坡无法提供足够的护坡保护时才用硬块护坡的方法。事实上，堤防表面的草皮不仅可以抵抗波浪侵蚀，还可以在农业、生态和景观等方面起很大的作用。
　　堤防草皮护坡的作用部分是由于植草之间的相互交叠，形成了一种类似屋顶瓦片的结构，从而在坡面水流通过时，可以保护土颗粒不随水流流失。另外，草皮护坡的一个极其重要的作用是草皮根系的蔓延和根瘤的分枝固定了草根之间的土体，从而起到一种加筋的作用。
　　2．垂直护岸
　　（1）直立式半浆砌块石
　　直立式半浆砌块石是浆砌石和干砌块石混合墙身的挡土墙。为了减少水泥用量，在墙背部分占墙身30%的体积用干砌块石，能满足墙身强度要求，对挡土墙稳定也无影响。
　　直立式半浆砌块石护坡，稳定性较好，强度较强，施工方便，外形叫美观，能较充分利用河面，增加航槽有效宽度，在河面较狭窄的内河航道上尤为适宜。维修工程量较小，但造价较高。
　　（2）立式混凝土空箱护坡
　　直立式混凝土空箱护坡是一种新型的结构型式。它基于采用50号水泥沙浆砌块石，混凝土空箱系用140号混凝土预制，80号水泥沙浆砌筑，箱内填以实土。考虑到抬运和砌筑方便，预制件不宜过大。
　　这种型式外型整体美观，施工砌筑简便，稳定性较好，工程造价较低，并解决了大量石料采购及运输的困难，但水泥用量较多。混凝土空箱护坡与浆砌块石护坡相比优点较多。现为江苏内航道护坡采用的主要形式。
　　（3）钢筋石笼和混凝土异形块护岸
　　钢筋石笼和混凝土异形块护岸特别适用于迎流顶冲的崩岸强度大的河段，用块石加固后仍发生崩岸的迎流顶冲段以及块石缺乏的地区。
　　钢筋石笼和混凝土异形块护岸优点是：（1）漂距小、精度高。实测混凝土异形块及钢筋石笼的漂距最大的仅有10m左右，而抛石时漂距达30m左右，故其施工抛投到点的精度较抛块石要精、要准。（2）虚方少、数量足．抛混凝土异形块及钢筋石笼能有效地杜绝虚吨位，这是抛石无法做到的。（3）失效少，作用大。符合粒径要求的块石少，较小的块石漂距大，易冲走，起不了防冲作用；而混凝土异形块和钢筋石笼落点准，覆盖河床严实，固冲作用显著。其缺点是施工难度大，一次性投资相对较高。
　　（4）石笼
　　石笼护岸具有很好的柔韧性、透水性、耐久性以及防浪能力等优点，而且具有较好的生态性。它的结构能进行自身适应性的微调，不会因不均匀沉陷而产生沉陷缝等，整体结构不会遭到破坏。由于石笼的空隙较大，因此能在石笼上覆土或填塞缝隙，以及微生物和各种生物，在漫长岁月的加工下，形成松软且富含营养成分的表土，实现多年生草本植物自然循环的目标。
　　①石箱（箱形石笼）。石箱是使填石固定就位的铁丝或聚合物丝的网格式制作物。铁丝笼是由铁丝编织的网格或者是焊接而成的结构物。这两种结构可以是电镀的，编织的铁丝箱可另外涂上PVC（聚氯乙烯）。
　　编成网格的石箱比焊接的石箱柔性更大，因此适应沉陷和荷载的性能是不同的。尽管装填石料要仔细以保证将快石装填得很密实，但有时认为刚性石箱比较容易填装。对于非标准形态，例如急弯处，或者可能产生大的沉陷的地方，当编织铁丝或聚合物格形结构发生变形，而不损失强度时，宁选用这类结构。
　　②石笼格网挡墙。石笼格网挡墙是由厚度为0.5—1.0m的钢丝格网网箱叠砌而成的挡土墙结构。用于代替浆砌石及混凝土成为河流护岸挡墙，亦用于陡峭岸坡的保护，同时实现植被绿化、生态环境保护。
　　③六角网石笼。六角网石笼防护工程由钢丝箱笼加上填充料构成，用作护坡或挡墙工程。具有较好的抗冲性、结构整体性好、价格低廉以及施工方便等优点。六角网石笼防护工程的防冲系数是一般抛石防护工程防冲系数的两倍，石笼网垫防护工程中的块石即使产生位移，此时变形后的护垫结构将调整，达到新的平衡，而整体不会遭到破坏，从而有效保护岸坡土壤不遭破坏。六角网石笼的一般造价低于混凝土价格，低于或接近浆砌块石价，特别是在土质地基基础较差地段修建防护工程。使用六角网石笼结构可以免去地基处理的麻烦。在方便施工、缩短施工工期和避免(刚性结构)产生裂缝的同时，可以缩减地基处理的大笔费用，更加体现其价格低廉的优越性。六角网石笼箱体可按设计意图，工厂化生产制作出半成品，施工现场则按设计图进行组装定型。操作简便，受气候干扰小，且适宜于机械化操作，既可保证施工质量又可加快工程进度。
　　3．铺砌护岸
　　（1）抛石
　　抛石具有容易抛投，可置于水下，具有可变形性，具有很高的水力糙率，减小波浪和水流作用和维修要求低，便于修补以及耐久性强等优点。
　　抛石护岸的最大好处是其可变形性很大，以致破坏是缓慢发生的，当一块石可相对于另一块石移动时，抛石有一定的自愈能力，这样可以允许维修工作按常规实施。由于在块石流失或已发生变形的区域表面不平整，一般会遭受高于平均水动力的作用，因而实施维修仍然是重要的。
　　抛石护脚工程设计有控制稳定坡度和控制抛石范围和厚度两种方法。一般而言，在受水流顶冲的急歪段，深槽近，深泓线离枯水位岸边抛至深泓，并以控制稳定水下边坡为原则，边坡一般在1:1.5 1:2.0为宜。枯水位以下近岸坡度叫陡、向下逐渐变缓，应以控制抛石范围和厚度的方法来设计，抛石范围一般至河床横向坡度1:3 1:4处或一定深槽高程处，相应抛石宽度约70 100m。抛石休止角（约等于内摩擦角Ф）基本范围一般在35 42 间，对于有尖角的压碎岩石的休止角会更大些。
　　（2）石笼沉排
　　石笼沉排是一种较薄的、较柔软的石笼，其典型的平面尺寸为6m2m，厚度为50mm300mm。一般是用铁丝编织而成的。也可以进行电镀和涂上PVC。
　　（3）石笼格网护垫
　　石笼格网护垫是厚度为0.15—0.30m的网箱结构。主要用作河道、岸坡护坡。既可防止河岸遭水流、风浪侵袭而破坏，又保持了水体与坡下土体间的自然对流交换功能，实现了生态平衡；既保护了堤坡，可增添绿化景观。
　　（4）土工模袋混凝土面板
　　土工模袋混凝土面板是由灌入模袋内的混凝土凝固后形成的一种刚性面板护岸，它可使堤岸免遭水流的直接淘刷。模袋是由上下两层土工织物缝制成的袋状体，上下两层之间按一定间距设有固定长度的绳索，用来控制成型后的模袋混凝土面板厚度。可根据工程设计要求，加工成不同厚度、不同规格的模袋。
　　土工模袋具有透水不透浆的特点，可将充灌进模袋内的混凝土中的多余水分从模袋的孔隙中排走，使混凝土的水灰比显著降低，加快混凝土凝固速度，从而提高混凝土的强度和耐久性。土工模袋混凝土面板具有抗冲能力强、成本低、不需要模板、施工机械化程度高、工期短、能够在各种复杂的地形上铺筑和无需铺设反滤层等特点，可以在水上及水下同时施工，并能大面积一次铺筑成型。由于水下施工时不需要修筑围堰，因此可用于临时抢险。
　　（5）土工织物软体排
　　土工织物软体排是以土工织物作为基本材料缝制成的大面积排体，可代替传统的柴排。软体排分单片排和双片排两种。单片排是用土工织物缝接成所需尺寸的排体，一般在排体四周和中间每隔一定间距布置绳网，这样既加大了排体强度,又便于施工。排体上抛填块石、石笼等压重材料或铺设混凝土连锁板。双片排是用土工织物缝制成的袋状体，其中充填透水材料作为压重。
　　土工织物软体排具有良好的柔韧性，适应河床变形的能力强，连续性、整体性及抗冲性能好，造价比传统的柴排低。所以，用它完全可以代替传统的柴排。
　　（6）土工网罩
　　土工网罩是用高强度的土工合成材料制成的网片，将固脚用的散抛石罩在一起，使散抛石形成一个整体结构，以避免抛石大量走失，提高防冲能力。土工网罩可以避免散抛石大量走失，且具有适应河床变形能力强、施工方便、费用低等特点
　　（7）土工网垫草皮护坡
　　土工网垫草皮护坡是将草的根系固土作用和土工网垫固草防冲作用相结合而形成的一种复合型护坡技术，比一般草皮护坡具有更高的抗冲能力，适用于任何复杂地形，多用于堤坝护坡及排水沟、公路边坡的防护。
　　土工网垫是一种类似于丝瓜瓤网络的三维结构，由加入炭黑的尼龙丝经过一定的工艺处理，并在接点上相互熔合粘接而成。网垫疏松柔韧，90％的孔隙可以充填土、砾石或其他适宜材料。草的根系与尼龙丝互相交织在一起，形成一层坚韧的表皮，牢固地贴在土壤表层。为了使草皮得到良好生长，草种要选择适宜当地生长的优良品种，一般要求草对土质、环境的适应性要强，并且要耐盐碱、耐寒、耐旱、耐涝、根系发达。土工网垫草皮护坡具有成本低、施工方便、恢复植被、美化环境等优点。黑色土工网垫不仅可以延缓网垫老化，而且还可大量吸收热能，促进植草生长，延长其生长期。
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