堤岸护坡技术专辑

科技信息资料2011年第6期总第9期堤岸护坡技术专辑湖南省水利厅科技信息中心站湖南省水利水电勘测设计研究总院信息档案馆2011年6月8日编者的话为了防护雨水及风浪对岸坡的冲刷和河渠水流对堤脚的淘刷，传统的防护措施是采用混凝土或浆砌石刚性护坡，采用抛石或铅丝笼块石护脚。随着科学技术的进步，传统的护坡技术随之有了新的发展。例如，在挡土墙护坡方面，由传统的被动防护，涌现出了利用水流自身的作用力保护堤脚，减浅冲深的裙台护岸技术；在护脚技术方面，涌现出了更为耐久、有效的四面六边透水框架和雷诺护垫等新技术。大约自上个世纪80年代以来，随着土工合成材料的面世，用土工膜代替以往的反滤料进行防渗或排水的技术，已越来越多的见之于堤坝护坡防渗工程。例如阿尔巴尼亚的波维纳（Bovila）碾压式砂砾坝，高91m，就用土工膜防渗，是迄今为止世界上用土工膜防渗的昀高土石坝（该工程已于1996年建成投产）。为增强混凝土护坡的整体性和消浪作用，近年来已有越来越多的工程采用膜袋混凝土护坡。它的施工速度快，造价较低，且能水下施工，所以受到设计、施工方面的青睐。传统的混凝土或浆砌石刚性护坡的缺点之一是截断了护坡体与下伏土体之间的水汽交换，不利于生物的生长，从而给环境质量带来负面影响。随着社会的发展和人们环境意识的增强，堤岸护坡逐渐向生态化发展，从而涌现了多种多样的生态混凝土护坡和生态护坡技术，即令在开挖的石质边坡上，也多采用生态护坡对其修复。如今，土工格栅、土工网在水利水电工程、公路和铁路工程中，也大量应用于控制坡面水土流失、加固软土地基或堤坝、道路硬化和防渗排水等诸多方面。鉴于护坡技术应用须因地制宜，且种类繁多，各地各类的技术经验丰富，难以全面推介，因此本专辑仅就常见的一些护坡技术的原理作一般简介，并摘选收集一些典型案例供研究参考，不足之处，敬请莅正及见谅，谢谢合作！2011年6月目录传统护坡技术的新发展1、堤岸防护裙台——挡土墙护坡的新思维……………………………12、土工合成材料的工程特性及其在水利工程中的应用………………23、块石和混凝土板的土工织物滤层护坡………………………………44、注滋口扩卡工程复合土工膜防渗设计与施工………………………95、雷诺护垫在河道护坡中的应用及生态意义………………………11膜袋混凝土技术6、混凝土膜袋护坡………………………………………………………147、土工膜袋混凝土在石狮江护岸工程中的应用………………………198、膜袋混凝土护坡的技术要求………………………………………229、捞刀河膜袋混凝土施工组图…………………………………………23生态混凝土10、生态混凝土护坡在河堤加固中的应用………………………………2511、镇江滨江堤岸生态护坡工程设计及植被效应研究…………………2812、铰接式生态护坡块简介及工程照片…………………………………32生态护坡13、用于抗滑护坡、防冲护岸的香根草生物工程技术…………………3314、淮河堤岸生态加固与修护技术初步研究……………………………3915、青岛绿维柔性生态边坡系统简介及工程照片………………………47岩石边坡护固16、中国岩石边坡植被护坡技术现状及发展趋势………………………4917、吉林省东部高速公路岩石边坡植被恢复效果研究…………………55土工格栅及土工网18、土工格栅………………………………………………………………6519、土工格栅技术在某灰渣坝填方土坡中的应用………………………71其他20、四面六边透水框架……………………………………………………321、混凝土透水砖…………………………………………………………2722、香根草根系的工程力学特性…………………………………………6423、阿尔巴尼亚波维纳碾压土石坝采用土工膜防渗……………………741堤岸防护裙台——挡土墙护坡的新思维堤岸防护裙台是西北农林科技大学（原水利部西北水利科学研究所）张志恒教授级高工于1993年开始研究应用，1994年6月获国家专利（专利号93221775.3），并于1997年获“陕西省专利一等奖”，1998年12月经国家科技部批准列入《“九·五”国家科技成果重点推广计划指南项目（五）》（编号99070210A）中。1、基本原理堤岸防护技术是一个既古远而又现代的水工科技课题。就国内外发展现状而论，防护材料虽有较大更新，但主导策略却仍囿于被动防护的发展水平上，即依靠材料的强度来抵抗水流的冲击，是一种被动的防护策略。“堤岸防护裙台”专利技术的突出之点在于一改长期以来被动防护的传统思想为对水流因势利导，借助水流自身的力量形成自动保护堤岸基础，免受冲深，是防护工程治理策略的一种创新。上述两类防护设施的不同水力特征及冲淤效果示意于图1。图1常规护岸和护岸裙台的水流结构及冲淤形态示意图2、工程应用实例及效果1993年以来，此项专利技术已先后应用于多个工程，一般可使堤岸基础洞减浅冲深50～80%。（详见本馆编辑的科技信息资料2010年第三期，总第3期）3、推广应用前景我国是一个洪涝灾害频发的国家。每当汛期，国家要投入大量人力物力来进行防洪抢险，以保证经济建设的正常运行和人民生命财产的安全，而防洪安全的关键在于确保各级各类堤坝的稳定，避免淘底崩岸造成堤防失事。“堤岸防护裙台”专利技术正是变被动为主动，变应急防护为长治久安，从而确保岸坡稳定的重要措施。若在大江大河治理、城市防洪以及各类水利水电工程下游岸坡防护中推广应用，将会取得巨大的经济和社会效益。3（接上页）4复合土工膜目前国内PE膜生产幅宽范围较大，最宽可达18m。因为宽幅施工方便，速度快，市场应用相对来讲使用PE膜材（包括复合土工膜）较为广泛。目前水利工程中常用的为二布一膜，一布一膜、或单一PE膜，一般按工程设计和工程造价等实际情况考虑选用。这类产品在山东省土工合成材料示范工程单县浮岗水库、德州丁东水库、济南市玉清湖水库等都采用了这种产品。其中单县浮岗水库坝基截渗做垂直铺塑，插入坝基粘土隔水层，坝体在砼护坡下铺设单一复合土工膜之间用水平铺塑连接，形成完整的封闭防渗体。通过性能测试，经计算，可减少渗漏量99.4%，防渗效果良好。仅坝基截渗一项就节约投资726万元，占工程总投资的14%，经济效益显著。（作者单位：●山东省水利科学研究院□德州市水利局）*********************************************************************四六边透水框架是一种新开发的堤岸护脚形式和材料，可以混凝土或简易地以毛竹为框架，内填充砂石料、两头以混凝土封堵构成（见下图）。目前已在长江九江东升堤和彭泽金鸡堤段运用，取得了较好的成效。四面六边体透水框架能局部改变水流流态，降低近岸流速，达到落淤效果。四面六边透水框架图4块石和混凝土板的土工织物滤层护坡近20年来，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，其中应用昀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。这种滤层护坡的结构一般包括三层，昀上一层为块石或混凝土护面层，昀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：(1-1)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；γb为块石的容重，kN/m3；γω为水的容重，kN/m3；H为计算波高，m(d/L≥0.125时，取H4％；d/L＜0.125时，取H13％。d为堤前水深，L为波长)；m为坡率，m＝ctgα(α为斜坡坡角)。采用抛石或人工块体护面，当边坡系数m＝1.5～5.0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：(1-2)(1-3)5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0.75～1.25Q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/d＜0.3时，宜取H5％；当H/d4≥0.3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1-1取值。表1-1抛石护面的KD和C值构造型式KDC块石抛填两层4.01.0块石安放（立方体）一层5.51.3~1.4四角椎体安放两层8.51.0扭工字块体两层18（H≥7.5M）24（H7.5m）1.2（随机安放)1.1（规划安放）混凝土板整体稳定所需的板厚度可下式计算：(1-4)式中：t为混凝土板厚度，m；η为系数，一般开缝板可取0.075；H为计算波高，m(取H1％)；γc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：6d100〈1/2D50(1-5)d50≈1/4D50(1-6)式中：dl00、d50分别为垫层材料的昀大粒径和平均粒径；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1-1所示。如果基土的渗透系数较大(如大于A×10-3cm/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。l一混凝土板；2—砂砾垫层；3一薄型土工织物；4一厚土工织物；5—基土图1-1混凝土板下不同织物垫层时的水流形态对于特殊土如分散性粘土，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。7(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：Fs＝f/tga(1-7)式中：Fs为安全系数，土基按GB50286—98规定的土堤抗滑稳定安全系数(表1-2)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。表1-2土基上织物滤层护坡安全系数工程等级防洪标准（重现期，年）运行条件正常非常11001.351.22100且≥501.301.15350且≥301.251.10430且≥201.201.05520且≥101.151.05(五)土工织物的铺设、连接和锚固土工织物幅间的连接方法有缝接、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1-2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。(a)平缝；(b)折叠缝图1-2土工织物缝接方式8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