Page 55 - 2023年第54卷第10期

ρ 水 Δ ｔＳｖ ＝ Ｆ Δ ｔ （３）
ｖ
冲
考虑石笼中存在孔隙渗流以及水力损失，则推算石笼所受的水流冲击力计算公式为：
２
Ｓｖ （４）
冲
Ｆ ＝ φ １ ρ 水
式中：Ｆ 为石笼受到的水流冲击力；ｍ为冲击石笼的水体质量；ｖ为水体流速，根据实测取 ９．０９ｍ?ｓ；
冲
２
Δ ｔ为水体冲击石笼的时间；Ｓ为石笼受水流冲击的面积，取 １ｍ ；φ １ 为考虑石笼孔隙渗流以及水力损
３
３
为水的密度，取 １ × １０ ｋｇ?ｍ 。
石
失的水压力折减系数，其与石笼密实度 Ｄ 相关，取 ０．７５；ρ 水
考虑到涵洞底部平整光滑，没有凸起物阻拦、稳固石笼，石笼仅依靠其与涵洞底面的摩擦力对抗
水流冲力 ［１５］ ，摩擦力计算公式为：
ｆ ＝ μ Ｎ （５）
式中：ｆ为涵洞底部对石笼的摩擦力；μ为接触面的摩擦系数；根据 《港口及航道护岸工程设计与施
工规范》 取 ０．６；Ｎ为石笼对涵洞底板的压力。
则石笼所受的水平方向合力计算公式为：
Ｆ ＝ Ｆ － ｆ （６）
合
冲
经计算，石笼所受水流冲击力为 ６１．９８ｋＮ，摩擦力为 ５．７３ｋＮ，合力为 ５６．２５ｋＮ，方向为顺水流方
向，冲击力远超摩擦力。石笼无法在该水力条件下于涵洞内稳定，抛投的石笼进入涵洞内即会被高速
水流冲走，无法产生预期的堵漏效果。
３．２ 大型沙石钢丝网笼抛投材料受力分析 经过
一段时间 的 调 度 后， 大 型 施 工 机 械 开 始 参 与 抢
险，此时 抛 投 材 料调整 为：编织袋 内 混 装 沙 子、
石子，将装有沙石的编织袋集中放在柔性钢丝网
笼内，形成体积与涵洞口尺寸相当或略大于涵洞
孔口的大型沙石钢丝网笼，用长臂挖掘机吊于闸
前抛投。由于网 笼 由 细 钢 丝 网 等 柔 性 材 料 制 成，
成不规则形状，可以变形将涵洞填满。为方便计
算，将其简化为一个长宽高为 ２．２ｍ× ２ｍ× ２．２ｍ
的立方体沙石网笼，其受力简图如图 ３所示。
此时，上下游水位基本未变，沙石网笼进入
涵洞内相对密实，假设可将洞口完全封堵，则可
图 ３ 戴家湖涵闸抢险沙石钢丝网笼抛投材料受力分析简图
以用水静力学理论对其进行受力分析，沙石网笼
竖向受力由式（ １）计算，其中 Ｄ 取 ０．９５。沙石网笼侧向水压力计算公式为：
石
ｈｂ ｇ（ｈ ＋ ｈ ）?２ （７）
Ｆ ＝ φ ２ ρ 水 顶 底
为考虑沙石网笼孔隙渗流的水压力折减系数，取 ０．９０；ｈ为沙石网笼高，
式中：Ｆ为侧向水压力；φ ２
取涵洞高 ２．２ｍ；ｂ为沙石网笼宽，取涵洞宽 ２ｍ；ｈ 为沙石网笼顶部水深，左侧和右侧分别取 １．８ｍ
顶
和 ９．８ｍ；ｈ 为沙石网笼底部水深，左侧和右侧分别取 ４和 １２ｍ。由于沙石网笼使用软性材料制成，
底
其中的沙石子会体现出与砂砾石相似特性，向两侧挤压涵洞壁，所以沙石网笼所受的摩擦力分为底面
摩擦力和侧面摩擦力，其中沙石网笼的侧向压力参考静止土压力公式计算，计算公式如下：
ｆ ＝ μ （Ｎ ＋ ２ Ｅ） （８）
０
２
ｈｌｋ （９）
０ ０
Ｅ ＝ ０ ．５ γ 浮
－ ）ｇ （１０）
γ 浮 ＝ Ｄ （ ρ 石 ρ 水
石
式中：ｆ为涵洞底部对沙石网笼的摩擦力；μ为接触面的摩擦系数，根据 《港口及航道护岸工程设计
为沙石网笼的
０
与施工规范》 取 ０．６；Ｎ为沙石网笼对涵洞底板的压力；Ｅ 为沙石网笼的侧向压力；γ 浮
浮重度；ｈ为沙石网笼高，取涵洞高 ２．２ｍ；ｌ为沙石网笼长，取 ２．２ｍ；ｋ 为侧向压力系数，取 ０．４０。
０
经计算，沙石网笼所受右侧水压力 Ｆ为 ４２３．０１ｋＮ，左侧水压力 Ｆ为 １１２．５４ｋＮ，底面摩擦力为
１
２
８１．１１ｋＮ，侧面摩擦力 ３５．６９ｋＮ，水平方向合力为 １９３．６７ｋＮ，方向为图 ３中从右侧向左侧，受力面平均压强
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