水利水电工程土工合成材料应用技术规范.pdf

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1、中华人民共和国行业标准水利水电工程土工合成材料应用技术规范条文说明目次总则术语 符号材料及其性能测试反滤 排水防渗护岸和防冲土体加筋与加固总则年代初 我国即开始土工织物等土工合成材料的应用和研究据不完全统计 应用这种材料完建的工程迄今已超过七八千项材料与技术的优点愈来愈为工程界所认可 尤其是近几年来在防洪抢险中的大量应用及其成效 引起了广大岩土工程人员的高度重视但是该技术还没有被设计 施工人员深入掌握 限制了它的进一步发展各方强烈要求制定出一本标准 为设计与施工提供正确应用的方法 故制定本规范土工合成材料技术只是工程中的组成部分 施工中的许多要求与一般工程中的规定基本相同 这里仅为这种新技术提

2、出补充规定土工合成材料只是主体工程中的一个组成部分 其设计 施工理应符合其它有关规程 规范的规定术语 符号参考美国资料土工合成材料工程应用手册 和中华人民共和国国家标准土工布术语 等材料及其性能测试一般规定按分类法编写相关特种材料产品甚多 这里只列出了本规范中提及的几种性能指标及其测试土工织物在工程实际压力作用下被压薄 透水性及等效孔径降低 故应注意到其对设计的影响式在国际上普遍采用普遍的工程经验反滤 排水一般规定用粒状材料建竖向或斜向反滤或排水体质量很难保证采用土工合成材料 不仅能保证质量 而且施工方便可以采用土工织物作反滤和排水体的工程项目很多 这里列举的只是其中的一部分 它们的设计方法在

3、原理上基本相同反滤准则这是任何反滤材料必须遵守的要求水利水电工程土工合成材料应用技术规范 条文说明对于编织型土工织物保土性准则可以采用以下规定粘粒含量大于的粘 壤土 在覆盖保护层块大缝隙小 如预制件 的条件下 可采用粘粒含量小于的砂性土 在覆盖保护层块大缝隙小 如预制件 的条件下 可采用浪高小于时 取大值 否则取小值注表示编织土工织物的等效孔径通用设计方法材料尚须符合 垂直 透水性要求 否则水量不能进入织物而排走材料用作排水体时 有大量水需要排走 主要靠织物的平面排水能力 需要验算土工织物与坡面的摩擦系数较小 有滑动的可能性 对其稳定性应予以核算为保证土工织物正常工作 必须加以保护其端部应予以

4、固定 防止位移下端更应妥加保护 不允许冲刷破坏坝内竖式排水体设计竖式排水体是坝内排水的一种型式以往采用砂砾等透水材料 现以土工织物取代该设计方式应与传统设计方式类似按传统方式估算来水量由堤坝底垫层排出的水量应为竖向排水体的来水和地基流入垫层的水量两者之和 后者可按传统方法估算施工要求有往复流时 织物后面的土料不易形成天然滤层 需要铺薄砂层予以改善土工织物是聚合材料 紫外线直接照射会引起降解等破坏作用 故应尽早覆盖保护防渗土工膜防渗结构设上 下垫层是为了保护土工膜和提供膜下排水所列防护层材料皆是已建工程中大量应用的类型土石坝的防护层及上垫层的做法可参考表土石堤 坝防渗设计土工膜厚度是根据国内坝工

5、实践经验确定的防渗铺盖设计铺盖下地基总不免产生局部裂缝 为安全计 假设裂缝宽度达到时 验算在水压力作用下 土工膜的抗拉强度及应变是否能接受 据此计算膜所需厚度这里只是用土工膜代替传统的粘土 故对土工膜要求的尺寸应符合现行规范膜下积水 积气会造成土工膜破坏 必须将它们排除 建议的方法在实践中已用过水利水电工程土工合成材料应用技术规范 条文说明表土石坝的防护层及上垫层防护层型式土工膜类型建议上垫层型式防护层做法预制混凝土板复合土工膜与无纺织物复合不设上垫层混凝土板直接铺在膜上土工膜喷沥青胶砂或浇厚约的无砂混凝土板铺在上垫层上 接缝处塞防腐木条或沥青玛王帝脂 或块料等 留排水孔现浇混凝土板或钢筋网混

6、凝土板复合土工膜不设上垫层板直接浇在膜上土工膜膜上先浇厚约的细砾无砂混凝土垫层在垫层上布置钢筋 再浇混凝土分缝间距约缝间填防腐木条或沥青玛王帝脂或块料等 留排水孔浆砌石块复合土工膜铺厚约粒径小于的碎石垫层在垫层上砌石应设排水孔 间距土工膜铺后约细砾混凝土垫层干砌石块复合土工膜铺厚约粒径小于的碎石垫层在垫层上铺干砌石块土工膜铺厚约的细砾无砂混凝土或无砂沥青混凝土垫层本节所述的防范措施的具体作法如下 根据膜下土层渗透性的高低 在膜上每隔设一逆止阀即在膜上开一直径为的孔 焊上一块直径为的针刺无纺土工织物在约深度处预埋一直径为的混凝土块 块上系尼龙绳多根 向上穿过土工织物 并和其上铝盖板连接地面以上的

7、绳长约则铝板将随膜下水气压力的大小而上浮或下盖 如图所示对蓄泄次数少 水位变幅不大的浅水水库 亦可采用简易逆止阀 在土工膜上每隔一定距离开一孔洞 贴上比孔洞稍大的针刺无纺土工织物 其上放置比洞大些的泥饼 其成分为粉砂加的膨润土或沥清乳液泥饼作用与上述铝盖板的作用相同排水排气盲沟在土工膜铺盖下部设置纵横盲沟 使水气集中到几条沟内 排往下游盲沟可在沟内以土工织物包裹卵碎石而成目前我国主要采用的开槽设备与方法有种 钻孔造孔冲槽 链条带抓斗挖掘和梯形锯槽机挖掘后两种方法在粘性土层中作业较慢在远离电力的地方 应自备发电设备我国用土工膜作垂直防渗体首创于福建省水利系统 山东省予以改进 江苏省的开槽深度现已

8、达到辽宁省水利科学研究院研制成功了锯槽机 深度可达仍在发展之中开槽的关键是泥浆围壁 泥浆配合比应通过试验确定护岸和防冲一般规定与传统的防护工程如帚枕 柴排 抛石等相比 土工织物有反滤功能 能在水流作用下保护土粒不致流失 而水流畅通 这样就保证了土体的稳定性另外 这种材料由工厂生产 比天然材料的来源多 质量稳定三维防护网是一种新型防护材料将它固定在坡面上 植草后 它能保护草籽生长 而草的水利水电工程土工合成材料应用技术规范 条文说明根系又发挥固坡作用此外还可以美化环境将土工织物作成各种规格的制品 可随时调用 免得在现场制作 耽误时间对土工织物材料的要求有动力作用和往复水流时 在土工织物后面不能形

9、成天然滤层 为 保证细土粒不流失 对织物孔径应有较高要求软体排设计与施工要点软体排覆盖在有水流冲刷处 既能削减水流冲击能量 又借其反滤作用 使土粒不被水流冲走 从而保证了土体的稳定性单片排和双片排在我国都曾应用过 这里是工程实践的经验条文中褶皱系数和收缩系数都是过去实践经验的数字国内目前还没有统一 配套的沉排机具与规程 皆是根据已有条件 因地制宜地组织施工这里介绍的是国内较普遍的方法在我国东北 尚有进行冰上沉排的 即先在冬天河流的冰面上制作好排体 并压盖好 待春融时 利用凿冰技术 四周开沟 助其下沉土工模袋护坡设计与施工要点国内利用模袋护坡的工程已较多 表所列为其中的一部分 可供参考表国内模袋

10、护坡使用型号举例工程地点工程性质模袋型号充填料混凝土 砂浆充填厚度日期备注江苏南官河口岸内河道护坡有过滤点江苏无锡锡澄运河内河道护坡无过滤点 另装渗水管江苏常州南运河内河道护坡混凝土无过滤点 另装渗水管上海淀浦船闸引航道护坡混凝土无过滤点 另装渗水管上海南汇县海堤护坡混凝土上海川沙县海堤护坡混凝土内蒙古巴盟排灌渠道防护有过滤点江苏镇江港长江港口引航道口门无过滤点江苏泰州船闸船闸引航道防护天津尔王庄河堤防护有过滤点江苏泰兴航道护坡无过滤点江苏南通长江春渡停泊区防护有过滤点上海嘉定海堤护坡无过滤点在推导公式时 坡顶模袋长范围内的摩阻力未予考虑 作为安全储备使用无过滤点模袋时 如果需要排出袋下渗水

11、则需在模袋充填后及时装设排水孔排除灌料故障的经验系由模袋生产厂家和施工队伍提供充灌砂浆和混凝土的配合比可参考表和表水利水电工程土工合成材料应用技术规范 条文说明表水泥砂浆标准配合比 日本编号灰砂比水灰比流量值单位用量水泥砂水备注水下水上混合剂剂减水剂抗压强度表混凝土配合比 南京水利科学研究院编号水泥 砂 石估计水泥用量备注以含气量水灰比计号普通硅酸盐水泥骨料最大料径为坍落度砂率植被防护设计与施工要点植被必要性的经验系由美国公司提供该公司是一家国际知名的厂家 专门生产防冲席垫 利用该产品完成的工程甚多草籽应根据当地气温 降水和土质条件进行优选中国科学院植物研究所的专家提供的草籽可供参考 如表所示

12、表可供草籽参考表 中国科学院植物研究所地区草籽名称地区草籽名称华北 东北 西北野牛草 无芒雀麦 冰草 高羊茅 沈阳以南华南雀稗 假硷草 两耳草华中 华东狗牙根 高羊茅 黑麦草青藏高原老芒麦 垂穗披碱草西南扁穗牛鞭草 园草芦 黑麦草新疆无芒雀麦 老芒麦土体加筋与加固一般规定加筋土技术是一项应用较广的技术 我国已在多项工程中应用我国加筋土大多采用机织土工织物和加筋带 国外用土工格栅居多国外有一些低堤坝也曾应用无纺土工织物 这类材料强度较低 伸长量较大软土地基加固设计与施工稳定计算的实用方法仍是传统的极限平衡法 虽然也有采用有限元法的 但不确定因素较多 成果的可靠性难以保证 目前只能作为辅助方法用园

13、弧滑动法验算深层抗滑稳定性 目前已发现理论上加筋的效果并不显著 事实上对工程却起到了良好的作用 说明此法偏于保守其实际效果可能是地基中的应力场发生了改变 应变场也有变化 并且加筋使地基土的侧向位移受到限制 但这些正面效应迄今尚未能定量计及本法是一种偏保守的 有待进一步研究的课题水利水电工程土工合成材料应用技术规范 条文说明筋材是一种抗拉材料 发挥的拉力随其应变增大施工时应始终保持其具有一定的应变否则不能利用其拉力故铺设筋材时 往往要给予预拉 使效果更好文中所述步骤就是为了这一目的加筋陡坡设计与施工本规程所制定的方法 取材于美国联邦公路局出版的该法与以往方法的最大不同 是认为安全系数最小的滑弧并

14、不代表需要最大筋材拉力的那个滑弧故需要针对给定陡陂 按不同滑动圆心与半径 通过试算 找出各个滑动圆心时的一系列最危险滑动圆弧 再按楔体法找出不同滑动圆的安全系数将上述所有安全系数恰好等于要求安全系数的滑动面绘在同一张纸上 它们的外包线即为有待布筋的范围另外再针对不同滑弧 按附录中的公式求出相应于每一滑弧 为使其安全系数达到要求值 一般可取所需要的总加筋力 其中的最大值即为最终加筋的依据显然 这样的布筋方法更为合理加筋土挡墙设计与施工当加筋材刚度不同时 实测的破坏面形状不同 如图所示初始核算墙断面尺寸是根据经验确定的考虑刚性筋式挡墙的加筋带抗拉模量较大 与位移相关的土压力将有变化 故校核筋材强度时 土压力计算应按附录图中的规定但两种加筋土挡墙的设计基本相同只是二者的潜在破坏面有所不同 故破坏面以内的筋材长度亦有不同外部稳定性计算时 墙背土压力应采用库仑土压力对刚性筋式挡土墙内部稳定性计算 筋材上的拉力应按图所示土压力计算对柔性筋式挡墙 仍按库仑土压力计算水利水电工程土工合成材料应用技术规范 条文说明