《堤防工程土工合成材料应用技术》第四章 防护.doc

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1、堤防工程土工合成材料应用技术第四章 防护第一节 概 述水利工程的防护包含多方面的内容，概而言之，凡是防止水流或其他外界作用的有害影响，保护结构物或天然河岸不受破坏而采取的各种工程措施都属于防护工程的范畴。本章仅就应用土工合成材料防止水流和波浪对堤岸基土的冲蚀以及防治基土的冻胀对建筑物的破坏两方面加以论述。一、堤岸防护江河湖海岸坡和堤防岸坡的防护主要是防止水流和波浪对岸坡基土的冲蚀和淘刷造成的侵蚀、塌岸等现象。堤岸防护应根据防洪规划和河流治导线的要求，并按因势利导的原则，根据具体条件确定工程布局、形式和适宜的材料。护岸工程一般是布设在受水流冲刷严重的险工险段，其长度一般应从开始塌岸处至塌岸终止点

2、，并加一定的安全长度。坡式护岸工程一般以枯水位为界分为两部分，枯水位以上称护坡工程，以下称护脚工程。枯水位的标准通常取多年平均最低水位。护岸工程的原则是先护脚后护坡。堤岸护坡工程的形式一般可分为以下几种：坡式护岸，或称平顺护岸，即顺岸坡及坡脚一定范围内覆盖抗冲材料，这种护岸形式对河床边界条件改变和对近岸水流条件的影响均较小，是一种较常采用的形式；坝式护岸，即修建丁坝，顺坝将水流挑离堤岸，以防止水流、波浪或潮汐对堤岸边坡的冲刷，这种形式多用于游荡性河流的护岸；墙式护岸，即顺堤岸修筑竖直陡坡式挡墙，这种形式多用于城区河流或海岸防护；复合形式护岸，如护岸与丁坝、墙式与坡式、打桩等相结合的形式。本章主

3、要介绍土工合成材料在前两种护岸形式中的应用技术，土工合成材料在墙式护岸中的应用可参阅土工合成材料加筋挡墙和墙后排水等有关章节。江、河、湖、海堤岸护坡的传统结构形式有砌石护坡、堆石护坡、现浇或预制混凝土板护坡等，并在其下设置砂砾石垫层。堤岸和闸坝底脚冲蚀的防护，几百年来的传统方法是采用梢料、竹、木等材料作成的埽枕、柴排、抛石、铁丝石笼、打木桩等。这些材料护底(脚)的主要不足之处是无反滤保护层或反滤效果差，以及块体间无整体连结，因而，水流仍常常淘刷基土，甚至出现跑坝或破堤的险情。此外，这些材料用量大，料源日益紧缺，难以满足工程需求，也使工程造价提高。土工合成材料的出现为堤岸的防护开辟了一条新的途径

4、。这种材料用于江河岸坡和闸坝底脚防护具有如下的突出优点：(1) 土工织物具有良好的透水保土性能，从而有效地保护基土不被冲刷，保证了护底工程的稳定性和可靠性。(2) 土工织物具有良好的整体性、强度和变形能力，因而可以适应地形的变化，而且可以做成足够大尺寸的沉排，加速护岸工程建设的进程。(3) 质量轻、运输和施工简便，可以根据具体条件采取水上、水下、冰上、冰下或旱地施工。(4) 造价低，一般可比传统柴排节省工程费用l/41/3或更多，还可解决梢料一类原材料的短缺问题和保护生态环境。(5) 延长工程使用寿命，大大节省维修工程量和费用。二、冻胀防治在我国东北、西北和华北广大的季节性冻土地区，由于地基土

5、冻结过程中的冻胀产生的冻胀力作用，使许多水工建筑物遭到破坏，例如涵闸上抬和开裂、桥梁和渡槽桩基的冻拔、挡墙被推移、护坡和渠道衬砌体的隆起和裂缝等现象相当普遍。形成土冻胀的基本因素是负温、土质和水分。三者缺一不可，就是说，只要消除或削弱其中的任何一种因素，即可防止或减轻土的冻胀作用。土工合成材料中的硬质聚苯乙烯泡沫塑料板具有质量轻、强度高、吸水性低、隔热性能好、运输和施工方便等优点。国外如日本、加拿大等国家已较早用作水工结构的保温防冻层，我国黑龙江、山东、山西、宁夏和其他一些地区亦已开始用于涵闸、挡墙和渠道衬砌等工程中作为防止或减轻地基土冻结和冻胀的一种保温措施。第二节 堤岸护坡工程近20年来，

6、随着土工合成材料的应用和发展，堤岸护坡结构也发生了重大改进，其中应用最广的是用非织造土工织物代替传统的砂砾石作为滤层，其次是混凝土模袋护坡技术的应用。一、块石和混凝土板的土工织物滤层护坡这种滤层护坡的结构一般包括三层，最上一层为块石或混凝土护面层，最下一层紧贴土体的为土工织物滤层，二者之间视具体情况所需，可设置垫层。(一) 块石和混凝土护面层在波浪作用下，干砌块石护面的厚度可按下式计算：式中：t为干砌块石护坡厚度，m；Kl为系数，一般干砌石可取0.266，方石和条石可取0.225；b为块石的容重，kN/m3；为水的容重，kN/m3；H为计算波高，m(d/L0.125时，取H4；d/L0.125

7、时，取H13。d为堤前水深，L为波长)；m为坡率，mctg(为斜坡坡角)。采用抛石或人工块体护面，当边坡系数m1.55.0时，在波浪作用下，单个块体的质量和护面层厚度可按下式计算：式中：Q为单个石块质量，t为护面层厚度(当护面由两层块石组成时，块石质量可在0.751.25Q范围内，但应有50以上的块石质量大于Q)；H为计算波高(当平均波高与水深的比值H/d0.3时，宜取H5；当H/d40.3时，宜采用H13)；n为块石的层数；KD为稳定系数； C为系数，可按表4-1取值。混凝土板整体稳定所需的板厚度可下式计算：式中：t为混凝土板厚度，m；为系数，一般开缝板可取0.075；H为计算波高，m(取H

8、1)；c为混凝土容重，kN/m3；B为顺坡方向的混凝土板长度，m。混凝土板护坡除预制板和现浇混凝土板外，还有不同形式的联锁混凝土板。(二) 护坡垫层护面块石与土工织物层之间宜设置垫层，其作用一是防止块石棱角在施工和护坡运行过程中刺破土工织物，二是可以均布面层的压力，减少块石空隙，防止织物受波浪力作用局部与基土脱离，此外还可减免阳光穿过块石空隙直射土工织物。垫层的材料以不带尖角的碎石为宜。砌石垫层的厚度不宜过厚或过薄，一般可取10cm左右。抛石护坡垫层的厚度宜适当加厚。其粒径可按下式确定：d1001/2D50 (4-5) d501/4D50 (4-6) 式中：d100、d50分别为垫层材料的最大

9、粒径和平均粒径；D50为护面块石的平均块径。(三) 土工织物滤层护坡土工织物滤层在侧向或斜向水流和正向波浪作用下工作，因此，土工织物的水力特性应根据基土土质按第二章所述的紊流动力作用下的透水保土准则确定等效孔径和渗透系数。当护面层为混凝土板的情况下，用作滤层的土工织物应采用非织造织物，而且宜全面铺设。这是由于非织造土工织物具有良好的平面透水性，而且有一定厚度，有利于基土的排水，如图4-1所示。如果基土的渗透系数较大(如大于A10-3cm/s)，可考虑顺板间分缝呈条带状铺设。对于块石护坡和基土渗透系数较大的混凝土板护坡，在确认满足透水保土要求、不至严重淤塞的条件下亦可用织造土工织物作滤层。对于特

10、殊土如分散性粘土，用作滤层的土工织物应通过专门试验确定。土工织物的厚度和强度与工程条件、施工方法有关。从构造要求考虑，采用非织造土工织物时，其单位面积质量一般不应小于400g/m2，抗拉强度不小于10kN/m。织物的原材料以聚酯(PER)和聚丙烯(PP)为主。(四) 土工织物滤层护坡的抗滑稳定按极限平衡法计算护坡沿土工织物层的抗滑稳定安全系数：Fsf/tga (4-7)式中：Fs为安全系数，土基按GB5028698规定的土堤抗滑稳定安全系数(表4-2)取值；f为垫层材料(或混凝土板)与土工织物或土工织物与坡土之间的摩擦系数；a为堤岸坡角。(五) 土工织物的铺设、连接和锚固土工织物幅间的连接方法

11、有缝接、搭接或粘接。一般应尽量采用缝接。缝接方式可根据具体情况取图4-2中的一种。搭接宽度不宜小于30cm，搭接方式应采取上游幅的下游边压下游幅的上游边。土工织物的铺设方式有顺坡全长铺设和顺水流方向铺设两种。前者往往受施工速度限制，暴露时间过长，后者则需在顺坡方向进行布幅间的连接。因此，应根据具体情况确定铺设方式。当采取顺水流方向铺设时，顺坡方向的幅间缝接强度应大于母体强度的80。土工织物在坡顶的一端必须锚因，以加强护坡沿土工织物与基土面之间的抗滑稳定，同时防止堤顶雨水或其他作用对基土的冲蚀和破坏。锚固方式可在护坡顶部挖槽，沿槽边和槽底将土工织物端头铺好，再填土或加石夯实，必要时在槽底中加打短

12、桩。槽深和宽不宜小于40cm。护坡与下部护脚部分必须连接良好，表面平顺，底部严实，使两部分构成整体护岸结构。护坡段土工织物的坡脚端应与软体排的土工织物排布缝接，并埋入软体排的锚固槽内压紧。无护底软体排的护坡，土工织物在坡脚一端必须压紧在护坡齿墙下面。(六) 土工织物滤层护坡施工要点(1) 平整和夯实坡面，清除树根和尖刺物。(2) 铺设宜在无大风天进行。铺设时顺卷打开，不要牵拉过紧，但也不宜过松，以适应坡面地形变化和紧贴坡面为度。(3) 不得在坡面上穿硬质带钉鞋行走。(4) 铺好土工织物后应尽快铺设垫层和面层，不得长时间在阳光下暴露，否则应加覆盖保护。(5) 块石不得沿土工织物坡面下滚，铺块石时

13、尽可能轻放。(6) 护面块石应平面朝下，必须砌筑紧密，咬合良好，填缝密实，以保护土工织物和护坡的稳定。二、混凝土模袋护坡(一) 模袋的类型和适用条件混凝土模袋按其充填材料不同分为充填砂浆型和充填混凝土型两种。前者适用于一般坡面、渠道、江河和水库的护坡以及码头工程等，后者适用于有较强水流和波浪作用的岸坡、海堤等。模袋的类型已如第一章所述，即按所用的材质和加工工艺不同可分为机织模袋和简易模袋。机织模袋主要由锦纶、涤纶和丙纶长丝织物制成，强度高，孔径均匀，充填时基本不漏水泥，可以制成带反滤点形式，可以用泵充灌砂浆或细砾混凝土。简易模袋系我国东北某些省份创造的一种群众性护坡形式，目前均用聚丙烯编织物缝

14、制，袋体本身不具备反滤功能，需在坡面上加铺非织造织物滤层，袋内只充灌砂浆和采取人工自流灌填方式。机织模袋混凝土护坡可在最大坡度1:1甚至更陡的条件下应用，较佳的坡度为1:1.5，在水中充灌时允许水流流速一般小于1.5m/s。简易模袋混凝土较适于坡度1:1.51:3.0的水上或较浅的静水下护坡，其施工设备简单，工程造价较机织模袋低。国外机织模袋已基本定型化。国内的混凝土模袋技术是从日本引进和研究发展起来的，其种类与国外的相仿。表4-3为国内部分模袋产品及其与日本产品的对照。简易模袋目前只有一种形式，类似于FP型。(二) 模袋混凝土的配合比设计机织模袋混凝土护坡采用泵送方法施工，要求所用混凝土或水

15、泥砂浆除具有可泵性外，还要具有适宜的流动性，使之在模袋内能顺利流淌扩散，充满整个模袋，不发生分离。因此，对其材料的配合比和外加剂的应用比一般泵送混凝土要求更高。必要时应根据具体工程情况通过试验确定。表4-4和表4-5为日本蝶理公司提出的泵送充填料配合比，可供参考。由于充填料灌入模袋后，其中多余的水分可以从模袋的孔隙中渗出，从而水灰比可降至0.4或更低，使混凝土或砂浆的凝固速度加快，强度大大提高。如表4-4中的M一2砂浆在标准养护条件下，模袋混凝土R2854MPa，比普通混凝土强度高50以上。表4-5中细砾混凝土R28比普通混凝土强度高30以上。表中所列的AE剂为复合减水剂，具有引气和减水双重作

16、用。国内有些单位采用PC一2型松香热聚物引气剂，掺量4.5，含气量5左右，外加减水剂0.6左右，视减水剂的具体性能而定。对于抗冻要求较低的护坡工程，可以考虑掺粉煤灰以降低水泥用量，但要通过试验，且掺量一般不得大于20。(三) 模袋混凝土护坡结构设计1模袋形式的选择用于堤岸护坡的混凝土模袋应根据工程等级、施工条件、风浪和水流状况、所能提供的资金和施工设备以及外观要求等确定选用机织模袋或简易模袋。模袋的形式宜选用带排水点型。2厚度确定模袋混凝土护坡主要承受风浪荷载。在寒冷地区还有冬季冰推力作用。抗波浪稳定要求的板厚可按式(4-4)计算。从构造上要求，混凝土护坡的厚度不宜小于10cm。抗冰冻稳定计算

17、可按护坡混凝土体顺坡整体上报情况和有无配筋两种情况。为加强混凝土的整体性和抗冰推能力，常常在混凝土中加入一根纵向钢筋。此时，抗冰推计算简图如图4-3所示，稳定按下式计算：当混凝土中无配筋时，可按式(4-9)计算：3抗滑稳定性校核按前述块石和混凝土板的抗滑稳定计算方法进行。计算时取模袋与坡面土之间的界面为滑动面进行校核。4排渗核算机织模袋的每个排水点面积仅4cm2，其排渗能力应满足下式要求：qgFsq (4-10) qgnaKgi (4-11) 式中：qg为每延米宽度模袋排水点的单宽排水量，m3/s；Fs为安全系数，可取Fs1.2；q为每延米坡长的单宽出流量，m3/s；n为每延米有效排水的排水点

18、个数；a为排水点的面积，m2；Kg为排水点的渗透系数，m/s；i为排水点处的作用平均水力比降。当排水点的排水能力不足时应加设排水孔。排水孔的间距可取34m，孔径可取50mm，孔底应设土工织物滤层。5顶部和底脚结构模袋混凝土护坡的顶部应牢固封顶，以防止水流冲蚀坡土，并增加护坡的稳定。封顶形式可采取平封或锚封。平封延伸长度可取0.51.0m，锚封入土深度不宜小于0.5m。封顶形式如图4-4(a)所示。底脚必须埋入士中，入土深度不应小于冲刷深度以下0.5m，如图4-4(b)所示。护坡与软体排之间的连接必须平顺整齐，紧密牢固，可按图4-4(c)所示方式将模袋混凝土伸入软体排锚固槽内或贴紧软体排的顶部平

19、台。护坡范围内上下游两侧与不护坡段之间的接头必须处理良好。接头处理可采取顺坡开槽，将模袋混凝土埋人槽中的方式。接头分界处的坡面必须连接平顺。开槽埋入深度上游端不小于0.5m，下游端不小于0.7m。(四)简易模袋的设计和制作1编织物的选择模袋宜用抗老化聚丙烯织造(编织)型土工织物制作。在保证强度损失不大的条件下，也可选用一般聚丙烯织造土工织物。渗透系数宜为K110-210-3cm/s。为了防止漏浆，等效孔径要比细骨料的d85，即允许有少量水泥渗出而不允许砂粒流失。一般取O900.50.9mm。织造土工织物强度T视护坡平均厚度及一次充填高度大小而定。厚度及一次充填高度越大，模袋所承受的压力越大，要

20、求织造土工织物的抗拉强度越高，可以用下式估算：Tch1h2 (4-12) 式中：为混凝土或砂浆的侧压力系数，0.8；c为混凝土或砂浆的容重，kN/m3(砂浆c21.7kN/m3，细砾混凝土c22.7kN/m3)；h1为护坡的最大厚度，m(取平均厚度的1.5倍)；h2为lh内护坡充填高度，m(h2应控制在45m)；T为织造土工织物的允许抗拉强度，kN/m对于平均厚度0.15m的模袋护坡，编织布的要求强度大约在20kN/m左右(应变10)。2模袋的加工首先是通过排水点的间距和形状来控制灌填后的平均厚度，其次是考虑织造土工织物的幅宽、纵横向收缩率及边界处理要求，确定每片模袋的总体尺寸，解决总体布局与

21、材料充分利用问题。灌填后模袋的纵向收缩率约为1，横向收缩率约为5。排水点尺寸、间距及上下片横向长度差，可按薄膜克胀成形原理计算或现场充灌和室内试验确定，表4-6为参考尺寸。排水点按空心“十”字花缝合，空心宽2cm，每个排水点的排水面积约2040cm2。每片模袋在顶都要设一组进料口，进料口处缝上15cm、长50cm的由织造土工织物缝制的软进料管。当模袋长度大于10m时，应在中间加设进料口。每组进料口不少于3个。(五) 模袋混凝土护坡施工要点1施工准备包括备足所需材料和设备、平整坡面、现场就位、放线定位、开挖顶脚基槽、测量水下施工水深和流速等。泵送施工主要设备是混凝土(砂浆)搅拌机和混凝土(砂浆)

22、泵等。2铺设模袋机织模袋应在各片连接的底面铺非织造土工织物。各片间连接底面的非织造土工织物采用缝接或搭接，搭接宽度2030cm，土工织物在坡顶处可用8号铁丝制成的n形钉固定。顺水流方向铺土工织物时，搭接带亦应固定。简易模袋先铺设非织造土工织物滤层，然后在其上铺模袋。一次铺设土工织物面积的大小根据充灌施工进度确定。按预定位置顺坡准确展开模袋，扎紧下口，上下两端设桩固定。机织模袋上沿连接松紧器，挂在固定桩上，如图45所示。若有配筋时，则在模袋铺开后按要求插入袋内。插筋时应防止刺破模袋。3充灌搅拌机的内壁和模袋内事先宜用水适当润湿，再按要求的配比装料搅拌。拌和好的混凝土应测定坍落度，砂浆应测定流动度

23、，合格后才能灌入模袋内。机织模袋混凝土(砂浆)用特制的灌料泵充填。简易模袋则采用输浆管(5cm塑料薄壁软管)插入模袋进料口将拌好的合格砂浆从出料台灌人模袋内。充填按自下而上和左、右、中的顺序进行。模袋内有钢筋时，在充填过程中应不使钢筋沉底。充填过程中机织模袋的收缩可由松紧器控制，简易模袋则在灌上部2m模袋时松开上端的固定桩，让模袋沿坡面充分收缩，然后再灌至坡顶。如果设有排水管，可在充灌完成1h后将排水管按设计要求插入。模袋混凝土充灌过程中主要应注意和解决如下几个问题：(1) 为防止堵塞事故，应随时检查混凝土级配和坍落度；防止过粗骨料进入和堵塞管道；防止泵人空气，造成堵管或气爆；充灌应连续，停机

24、时间一般不得超过20min。(2) 泵与充灌操作人员之间应随时联系，紧密配合，充灌到位后及时停机，以防充灌过程产生鼓包或鼓破。出现鼓胀时，应及时停机，查找原因并处理。(3) 随时检查坡顶钢桩是否牢固，以防充灌过程中模袋下滑。灌完一片后，移动设备，按上述步骤进行下一片的充灌施工。应特别注意两片间的联接、靠紧。施工过程中应做好记录和取样、成形，然后进行强度测定。4养护全部护坡施工完成后，进行坡顶、坡脚和上下游两侧接头的回填处理，同时进行护面混凝土的养护。一般养护朗为7天，要求在此期间护坡表面处于润湿状态。三、土工织物草皮护坡在第一章已有叙及，草皮依靠其良好的根系而具有一定的固土、抗冲能力，因而广泛

25、用于各种草坪和草地，在水利工程中亦有不少应用，尤其是在水土保持工程中用于防止山坡地雨水冲蚀。土工织物草皮护坡(或称土工织物加筋草皮护坡)是土工织物与植草相结合形成的一种护坡形式。由于二者结合发挥了土工织物防冲固草和草的根系固土的作用，因而这种护坡比普通草护坡具有更高的抗冲蚀能力，如图4-6(a)(英国建筑工业研究与情报协会原型试验结果)和图4-6(b)(英国奈特龙公司资料)所示。根据上述情况和已有工程经验，这种护坡目前可在各级堤防和土石坝的背水坡、3级堤防及其以下级别堤防的临水坡采用，这种护坡的优点是造价低，而且具有美化环境的独特效果。目前，用土工织物加筋草皮有两种基本形式。一是在草籽上覆盖一

26、层薄型土工织物，国外多用非织造土工织物。为加强护坡稳定和抗冲能力，还可加设混凝土或块石方格。草籽发芽生长后通过织物孔眼穿出形成一个抗冲体，茂密的草还可起到保护织物的作用。另一种是采用三维织物网垫，待草生长后形成整体(图4-7)。三维网垫空隙大，可往网垫内充填小石子起防冲作用，用于植草护坡时，由于它不像土工织物与坡面紧贴，在未形成草皮前有水流作用的情况下，坡面易受冲蚀。从造价来看，用三维织物网比用土工织物要高。因此，在一般情况下，以采用薄型土工织物作加筋草皮为宜。土工织物草皮护坡对所用土工织物的要求主要是：应具有一定的强度，以提高抗冲能力；抗老化性能较高，以延长在外露应用条件下的使用年限。一般可

27、采用单位面积质量为150g/m左右的非织造土工织物，也有用织造土工织物的，如卫运河护岸工程的生物护坡。土工织物草皮护坡的施工主要应注意如下几点：(1) 尽可能选择良好的植草期。一般情况下，暖季型草宜在春末至初夏种植，冷季型草宜在夏末种植，不应在入伏或入冬后种草。(2) 坡面处理。适当平整坡面，当土质适宜时，可直接在坡上植土，松土厚度20cm左右；若坡面土不宜于植草，应铺土质适宜的种植层，厚度一般在50cm左右，并适当压实，同时表层应为松土。(3) 播种和覆盖。人工直播时，草种宜拌适宜细砂，撒种应力求均匀。播种后压实坡面，再覆盖土工织物，固定在坡面上。采用三维土工网时，先铺网，再播种。(4) 养

28、护。播种后及时洒水养护，坡土干燥时应连续数天浇水，以保持土中适宜的水分为度。洒水时间应在早晨和日落期间，不得在中午酷热时浇水。四、实例实例4-1半拉山嫩江堤防段护坡工程半拉山堤防段位于内蒙古自治区扎赉特旗内蒙古东部劳改农场附近的绰尔河进入嫩江处，保护农田200多万亩，草原60多万亩，村屯和城镇近700多个，人口20多万，以及平齐铁路23.5km和公路300多km。所以，大堤安全极为重要。1护坡结构此段堤防高3.5m左右，平均坡长约13m，迎水坡比为1:3。堤身为轻壤土，粒径分析结果见表4-7。土工织物直接铺设在土坡上。根据风浪计算确定表层单层干砌块石的厚度为3540cm。为防止阳光透过块石缝隙

29、照射土工织物，并使土工织物与土面接触均匀紧密和减弱风浪对被保护基土的作用，在护面块石与土工织物之间铺设了10cm厚的砂砾石垫层。为防止护坡底脚淘刷，坡脚设有50cm深的齿槽，土工织物铺设在槽底，再砌筑大块石护至顶部，土工织物的固定是将它埋入深30cm的沟内。用砂砾石填塞，护坡结构如图48所示。2土工织物的选择孔径按O90d90。的原则，并考虑到块石护面与土工织物之间有砂砾石垫层，有利于减轻淤堵，孔径适当选大一些。本工程护坡坡比为1:3，经计算，满足护面层沿土工织物垫层的抗滑稳定要求。护坡运行期间，只要护面层不被破坏；则工织物层基本处于不动状态，因此，对土工织物的抗拉强度要求不是很高，但为了满足

30、施工应力和防止意外情况，要求不低于8kN/m。根据上述各点，选用了4种涤纶短丝非织造土工织物和一种日本尼奇卡长丝非织造土工织物，各项指标见表4-8。3护坡施工先将坡面上的冲坑分层夯实填平，然后削坡，清除坡面的尖刺物，土工织物直接铺在整修好的坡面上，然后铺砂砾石，最后砌筑块石和用小石块塞紧块石问的空隙。为施工方便和及时挡水，土工织物自坡脚向上呈横向逐条铺设，条(幅)问用折叠方法缝接。4护坡运行情况试验段1988年施工，经过冬季最低气温一36，以及洪汛期最大风力78级条件下运行，情况正常。1989年汛后曾作部分取样检查，未发现异常现象，土工织物内的淤土量不大，分别为26g/m2(2号试样)和51g

31、/m2(5号试样)。实例4-2深圳罗湖桥模袋混凝土护坡罗湖桥位于深圳河与梧桐河交汇处，1995年进行桥下河底和上下游河岸加固，防护范围全长329.5m，防护结构有两种形式，如图4-9所示。施工期河流水深3.8m，共铺设模袋混凝土5520m2。模袋采用无锡久安土工布厂生产的机织高强土工模袋，其基本性质见表4-3模S和模C系列产品。模袋充灌成型过程中的纵、横向收缩系数和整体收缩系数控1.07计算，整体为1.15。每单元成型后的宽度为3.5m。模袋混凝土的配合比为水泥：砂：碎石1:2:2，水灰比为0.60.65，坍落度为232cm。材料采用425号普通硅酸盐水泥、中砂和粒径0.51.0cm的碎石。混

32、凝土充灌用泵送能力大于10m3/h的混凝土泵，充灌袖口处的喷嘴压力为2kg/cm2左右。护坡施工首先是精确测量水上水下的坡面地形，划分充灌区和放样，然后铺设模袋和充灌。模袋的铺设定位选在晴朗无风天和潮水位较低、水流速度小于1.5m/s时进行。铺设前仔细检查模袋质量，用7080mm的钢管穿人模袋两端的穿管于孔，卷好后运至现场。在预定坡顶每隔2m打设型钢或20mm钢筋桩。钢桩与上端钢管之间用钢丝绳或双股8号铁线通过倒链(12t)相联接。用倒链可调节模袋的松紧度和充灌时的伸缩长度。然后，用船只配合将模袋沿一岸滚铺至另一岸。水下由潜水员配合展平模袋，并用块石或砂包将模袋压伏在河底碎石垫层上。铺设方式见

33、图4-10和图4-11。两块模袋搭接时，未充灌的模袋留10cm左右的宽度余量，以便充灌后搭接紧密。各项准备工作就绪后，将混凝土输送管路前端的软管插入充灌袖口内，并扎紧袖口，然后开机充灌。同时，把稳袖口，不断用脚踩袖口处堆积的浆液，并注意充实边角。通过倒链随时调整松紧度，使充灌后紧贴坡面。充灌过程中随时检查配比和出现的各种不良现象，如堵塞鼓包等，并及时处理。该工程模袋混凝土造价为664.1元/m3，比原计划的半边导流施工费用降低39.57，工期缩短一个月。实例4-3卫运河土工织物结合生物护坡卫运河是海河流域典型的婉蜒型河流，海河水利委员会利用土工织物和生物工程各自的优点，于1986年开展了土工织

34、物与生物工程措施相结合的护岸工程试验研究。试验工程位于卫运河祝屯闸下险工段内，长170m。1工程断面设计试验段滩地高程28.30m，河底高程18.63m。在高程24.0m处设lm宽平台，平台以上设计边坡1:2.5，坡长10.5m，采用深栽柳护坡。柳树株行间距各为1.5m，中间加一坐地柳(柳撅)，柳间栽爬根草。平台以下设计边坡1:2.0，坡长10.5m，采用土工织物排体护坡、护基。护基按局部冲刷深度23m、冲后坡角45考虑，排体向河底延伸6m。排体上面用混凝土预制构件组成的框格压载。为保护排体，防止土工织物老化，增加排体稳定，同时达到缓流促淤目的，在框格内填土0.2m，深栽柳，铺草皮，压载200

35、03000N/m2，柳树株行距各1.5m。混凝土预制件长度有两种，分别为1.4m和1.5m，横截面尺寸相同，均为0.1m0.2m,工程横断面如图4-12所示。2土工织物的选择试验段土的d500.028mm，d850.085mm，不均匀系数Cu2.83，渗透系数Ks1.3910-4cm/s。按090d85，Kg5Ks要求，选用了防老化聚丙烯织造土工织物，其厚度0.61mm，0900.05mm，Kg1.1810-2cm/s，经、纬向抗拉强度分别为11.76kN/m和9.14kN/m，延伸率分别为20和30。3栽柳与种草在24.0m高程以上的坡面上，按设计间距栽柳，栽深2.0m，外露0.2m，每两棵

36、树之间种一墩坐地柳。在24.0m高程以下，每个框内按工程要求定位，栽一棵柳树，方法是用火或烧红的铁器，在栽柳树的地方将排体烧出或烙出一个58cm的洞，然套在柳杆上，这样可避免洞的四周织造土工织物脱丝而破坏其保土性。每个框格内填土厚0.2m，踏实后植爬根草皮。4使用效果及经济分析工程于1987年5月完工。经过两个汛期400m3/s流量的考验，框格内的草皮长满，且生长繁茂，柳树的成活率在95以上，高23m。草皮和柳树有缓流作用，坡面已普遍落淤。据1988年10月的现场调查，过水后的坡面上落淤10cm左右，加上原来填土、土工织物理深2030cm。护基部分发现有局部淘刷象，但土工织物排体随着冲刷而下沉

37、、并将冲刷坑包裹住，护坡护基效果很好。实例4-4天津市海挡海堤工程天津市海挡北起河北省涧河村，南至大港区沧浪渠入海口北堤，全长139.62km，其中有41.826km的海挡与滨海公路至海防路相结合。海挡自1941年修建，标准较低，又经多次风暴潮的侵袭，特别是受1992年16号台风的影响，海挡遭受很大破坏，部分海挡已失去防潮能力。因此，自1996年起进行险工险段的加固工程，力争到2000年使全线一般地段海挡达到防御50年一遇潮位标准。自1996年至1999年汛前已完成加固段50.9km，其中挡、路结合段占22.5km。海挡的加固设计是在老挡基础上进行的，结构形式受老挡高程低、堤身单薄的制约，因此

38、设计上必须因地制宜地采取不同的设计方案。从1996年海挡加固设计以来就开始采用了土工合成材料。1997年冬施工的工程以及以后的加固工程又均采用了“三面光”的设计，即迎海面、顶面、背海面均加以防护，这些设计中，在护面、堤顶和坡脚部分大量采用了土工织物做反滤层或垫层，如图4-13所示。另外，在滩地上的新筑堤的地基面上先铺设土工织物以增加地基承载力。海挡修筑时有2.6km的大断面吹泥筑挡，其施工围堰也用了大量土工织物。土工织物的设计要求采用300g/m2的非织造织物，幅宽4.0m，纵横向平均抗拉强度应大于400N/5cm。结合对筑堤土料的颗分试验分析，其等效孔径确定为0.06mm。第三节江河岸坡与丁

39、坝护脚工程目前国内在江河岸坡和丁坝护底或护脚(根)中所用的土工合成材料防护结构形式和方法较多，概括起来有如下几种：(1) 土工织物软体排。(2) 土工织物土枕(袋)。(3) 土工合成材料石笼。在施工方式上有旱地施工、水上施工、水下施工和冰上施工等。不同的施工方式有各自不同的施工方法和要求。一、土工织物软体排设计(一) 软体排设计的内容和基本资料(1) 根据SL/T22598的规定，软体排设计内容包括：结构形式、排幅、结构稳定性校核、护底结构及锚固方式等。(2) 设计所需的基本资料有河势及其变化，深泓线的位置；防护区域的地形，特别是水下地形图；防护区域的纵、横断面图；岸坡及河床土的物理力学性质；

40、河流流速、流量、水深、水位等。(3) 软体排应进行下列验算：抗浮稳定；排体边缘抗冲刷稳定；抗滑稳定；软体排需要的压载量等。(二) 软件排的结构形式土工织物软体排是以土工织物为基本材料作成大片排体形式的防冲护底结构。所用的土工织物大多是织造土工织物。目前所用的软体排主要可分为如下两类：1压载软体排这种软体排是用土工织物缝接成一定尺寸的排布，在排布上加一定的压重形成的一种防冲结构。根据被保护基土的颗粒组成、土工织物的孔径大小、抗拉强度以及受力的大小，徘布可以采用单层、双层、单层加网绳或双层加网绳。压载材料和形式有块石、土枕、土袋、铁丝石笼、联锁混凝土板块、土工网格石笼、石笼网格充填土袋混合压载等。

41、这种软体排是目前国内应用最广的土工合成材料护底结构形式。根据压载方式的不同，还可将压载大致分为散抛压载软体排和整体压载软体排。前者是将排布沉入水中，然后抛填块石或混凝土压载；后者是压载与排布形成一体，整体沉放。由于排布轻，在水流中沉放和准确就位有一定困难，特别是水深流急的情况下，根据现有施工经验，散抛压载软体排宜在静水或流速较缓，水深不很大，同时水下边坡缓于1:2.5的条件下应用。2充砂软体排充砂软体排是以织造土工织物为基本材料制成袋体充填砂土形成的大片防冲排体。目前国内使用的充砂软体排的基本形式有两种：一种是用两层织造土工织物按一定的间距缝合形成相互成排的模袋，通过每个模袋预留灌砂口灌人砂土

42、；另一种是织造土工织物缝制成长条形封底的管袋，再将管袋并排与大片织造土工织物连结成一体，然后从袋口灌入砂土。这种充砂软体排模袋制作简便，砂土充填可实现机械化，可利用排体的自重沉放，无需另加压载，而且充灌材料可充分利用河滩地的砂土。但在通航河道，特别是码头附近有船只抛锚停靠，以及有流冰撞击和其他尖刺物作用等地段不应采用。国外如荷兰在东席尔德闸墩保护中曾用4层织造土工织物充砂石反滤料做成软体排。(三) 土工织物与网绳的选择制作软体排的排布一般采用聚丙烯织造土工织物。排布应具有较高的强度、耐久性、一定的变形能力和满足透水保土的孔径。软体排的土工织物排布的主要功能是保土和排水，即在铺设软体排后被保护的

43、河床基土不再被冲蚀，而土中的水分又能排出，因此要有适宜的孔径。由于在软体排护底的条件下，水流与土工织物平行，而且在排布上又有一定厚度的压载，从而水流对河床基土的冲刷作用将大大减弱。因此，对排布孔径的要求不像一般反滤用途中所要求的那样严格。根据辽河护岸中所做的现场试验，护底软体排土工织物的孔径可考虑如下取值：O905d90(砂性土) (4-13) 09010d90。(粘性土) (4-14) 土工织物的渗透系数一般大于110-2cm/s，可以满足透水性要求。排布的强度要求主要取决于施工时所受的拉力。软体排的形式不同和施工方法不同，排布承受的拉力亦不同。例如，在旱地施工和压载具有整体性(如铁丝石笼、

44、联锁板块压载)等条件下，排布受力较小。对于用双片编织物制成的充砂软体排，采取船上放排时，所受的拉力较大，并取决于悬吊高度和充砂排体的质量。此时，织造土工织物的强度可按下式计算：TFs(h1G1+h2G2)/ (4-15) 式中：T为织造土工织物的抗拉强度，kN/m；h1为船舷至水面的距离，m；h2为沉放点的水深，m；G1为单个砂袋水上部分单位长度的重力，kN/m；G2为单个砂袋水中部分单位长度的重力，kN/m；Fs为安全系数，一般应大于1.2；为排体的计算宽度，m。由于施工中除自重产生的拉力外，还可能有水流和不均匀受力等作用，在沉排正常运行中也可能因局部冲刷变形产生局部集中拉力，因此，排布材料

45、应选择强度较高和抗老化的产品，这也有利于延长工程的使用寿命。为适应施工和运行过程中排体的变形，排布材料伸长率宜大于15。为加强排布承受拉力的能力，压载软体排的排布一般在一侧或两侧设置加筋网绳。筋绳的间距在顺水流方向一般可取80120cm，垂直水流方向密些，一般取4060cm。其他形式的软体排根据受力情况确定是否加设筋绳。由于筋绳的伸长率比排布伸长率小，故设计时应考虑筋绳承担的荷载较大，并以此计算网绳的直径和间距。筋绳的材料目前多用聚乙烯绳，直径多用6mm。排布周边的边绳一般较粗，多采用8mm、12mm或14mm不等。网绳与排布必须牢固地连结在一起，纵横向筋绳交叉点必须拧紧，以免窜动错位，还可采

46、取在排布上缝套筒将绳穿入其中的方法定位。排布结构如图4-14和图4-15所示。(四) 排体宽度和长度的确定排宽是指沿防护线方向的宽度。无论是哪种软体排，其总宽度都等于防护范围。由于河岸险工段的长度往往很大，因此，沉排常常分成多块，需要确定单块排体的适宜宽度。单块排体的宽度大小与水流条件、施工方法、排体质量、设备等有关。排体宽度大，则排间搭接少，可以省料和加快施工速度，但施工较复杂，所需施工设备亦较多，反之则搭接多，费料，沉排整体性较差，施工时间亦长。因此，单块排体宽度应根据具体条件确定。冰上和滩地施工时，排宽可以大至数百米；在动水中施工的单块排宽则小些，一般在1050m之间；静水中施工时排宽则

47、可大些。各块排体之间搭接宽度的大小与水流条件、水深、沉排就位的准确度等因素有关，一般应不小于0.5m，在水深流条件下宜取l2m。设计中还须考虑排体沉放时产生的收缩，种收缩量的大小与排型、水下地形、流速、水深、波浪、施工位和控制因素有关，例如，江都西闸抛载软体沉排实测收缩率为0.090.180；辽河护岸工程中得出静水条件下为0.0150.024，动水条件下为0.0250.040。排体间的搭接应顺水流方向，上游徘的下游端压在下游排的上游端上。排长是指自岸边排首至伸人河中排尾的长度。徘体的长度由枯水位(或施工水位)以下伸入河中的长度和枯水位(或施工水位)以上与护坡连接的长度(包括排首锚固长度)两部分组成。水下部分的长度按以下两种情况计算：(1) 主流靠近岸边时，按深泓线以上的坡面长度计算。(2) 河床不固定时，按冲刷坑底以上的坡面长度计算，同时应满足河床发生最大冲刷时，排体下沉后仍保持1:2.5的坡度。排长的计算式为:式中：L为排体长度，m；上L1为枯水位以上的连接长度和锚固长度之和，m；L2为枯水位以下的边坡长度，m；L3为考虑排前冲刷的安全长度，m；H为枯水位时深泓线或冲刷坑底处的水深，m；m为枯水位以下的边坡坡率；a为考虑水下地形变化等的条件系数，按排体的形式和现场的具体情况确定。当采取水上或水下展铺排布再补抛压载的施工方法时，水下排布