理论教育 使用合适护坡厚度,增强坡身稳定性

使用合适护坡厚度,增强坡身稳定性

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据长江中下游河道情况,计算求得t=0.2~0.3m,因此干砌块石护坡的护坡厚度一般取0.3m。

使用合适护坡厚度,增强坡身稳定性

坡身指脚槽以上至滩顶的整个护坡体,其坡度一般为1∶2.5~1∶3.0。当岸坡坡度陡于1∶2.0或岸坡由沙粒含量很高的土层或淤泥质土壤组成时,应对岸坡的稳定性进行分析计算。

在坡身高度大于6m时,在中部宜设置马道(或齿槽)。马道宽1m,齿槽深0.3~0.5m,其结构为浆砌石或混凝土预制块。坡面一般每隔100m左右修一条排水沟,断面为0.4m×0.6m。

坡面防护是护坡工程的主体,包括导滤沟、垫层和面层。

坡面导滤沟是保证护坡工程稳定的重要措施之一,是护坡工程排水设施的重要组成部分。在岸坡土质为透水性差的岸段,坡面设置垫层、导滤沟、排水沟和滩顶截流沟等组成的排水系统更为重要,否则在施工过程中和实施后均可能影响岸坡的稳定。

导滤沟根据地下水逸出点及渗流量大小、岸坡土质条件设置,其形式一般采用Y 形(也有设置T 形导滤沟),纵向间距10m,起点可以设在地下水出逸点以上1m左右,分汊点在沟长1/2处,断面尺寸一般为0.6m×0.5m,沟内填筑二级或三级导滤材料,层间系数为8~15;也可选用2~30mm的砂石混合料,按体积计算,其中5~30mm的卵、砾石占80%左右,2~4mm的粗沙占20%左右。有反滤要求的垫层,对重要工程或岸坡抗渗强度较低的沙土地段,其下宜设土工布。对于存在淤泥质类软弱夹层基础的岸坡,由于软弱夹层含水量高,承载能力低,施工扰动后难以稳定,需采取加密加深导滤沟等措施。如2000~2001年度荆南长江干堤章华港段护岸工程在施工过程中,削坡完成后数次出现滑塌,采取加深导滤沟(导滤沟间距5m、尺寸为0.5~1.0m) 和减载反压等措施后才得以稳定。

坡面砂卵石垫层厚一般为0.10~0.15m,对于由粉细沙、淤泥、沙质壤土等组成的岸坡,垫层可适当加厚。垫层可采用砂、卵石(或碎石)混合或分层铺设。砂、卵石(或碎石) 混合垫层的组成可与导滤沟相同;分层铺设的垫层,下层为粗砂,厚0.05~0.08m,上层为卵、砾石(或碎石),厚0.10~0.15m。对于沙层深厚的岸坡,垫层下宜设土工布,其等效孔径O95(mm)应满足O95≤0.5 d85,其中d85为被保护土的特征粒径(mm)。

护坡工程面层材料应根据工程重要性、河岸土质、近岸水流、风浪、船行波以及材料来源等因素分析比较选择。可采用干砌石、浆砌石、混凝土预制块(正六边形或矩形)、混凝土浇筑板、模袋混凝土、钢丝网石垫及植物等生态护坡。干砌石、钢丝网石垫和混凝土预制块排水性能较好,适用于土质渗透性较大(渗透系数K ≥10~5cm/s)地段;浆砌石、混凝土浇筑板、模袋混凝土整体性好,一般用于土质渗透性较小(K <10~5cm/s)、抗御较强波浪作用的河岸;生态护坡具有保护环境的作用。以往长江中下游护坡工程主要有干砌石护坡、浆砌石护坡和混凝土预制块护坡,模袋混凝土护坡和钢丝网石垫护坡尚处于试验阶段,植物护坡主要应用于堤坡。

干砌石护坡具有取材容易、施工简单、维修方便、排水性能好、能适应变形,工程造价低等优点,但垫层容易被水流和风浪掏刷而出现局部跌陷破坏;浆砌石护坡具有干砌石护坡的优点,外形美观,整体性强,可以防止较大风浪的拍击破坏,但工程造价较高,施工相对较难;混凝土预制块护坡具有取材容易、可工厂化生产、施工简单、施工速度快、不破坏垫层、外形美观等优点,但混凝土预制块护坡适应变形能力较差,对块与块之间灌缝技术要求高,造价也较高;模袋混凝土护坡具有整体性好、防水流冲刷和防浪、不破坏垫层、外形美观等优点,但造价较高,排水困难,适应变形能力差;植物护坡造价低、施工简单、外形美观,但防水流冲刷和防浪能力差,多用于堤坡防护;钢丝网石垫是采用耐腐蚀、高强度、柔性好的钢丝编织成网笼,其内充填石料而成,具有整体性和透水性好、可适应变形、耐久、防水流冲刷和防浪、不破坏垫层、网垫内充填物选材范围广等优点,而且还可在网垫上铺土种草,有利于环境保护,是一种有发展前途的护坡形式,目前尚处于试验阶段。

9.1.3.1 干砌块石护坡

1. 块石厚度

根据《堤防工程设计规范[41],在波浪作用下,斜坡堤干砌块石护坡的护面厚度t(m)可按下式计算:

式中 K1——系数,对一般干砌石取0.266;

γb——块石的重度,kN/m3

γ——水的重度,kN/m3

H——计算波高,m,当d/L ≥0.125,取H4%;当d/L <0.125,取H13%

d——堤前水深;

L——波长,m;

m——斜坡坡率,m=ctgα,α 为斜坡坡角,(°)。

根据长江中下游河道情况,计算求得t=0.2~0.3m,因此干砌块石护坡的护坡厚度一般取0.3m。

2. 护坡块石防冲粒径

水流作用下护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径(折算粒径) 可按下式计算[41]

式中 d——折算粒径,m,按球型折算;

V——水流流速,m/s,取3.0m/s;

g——重力加速度(9.81m/s2);

C——块石运动的稳定系数,水平底坡C=0.9,倾斜底坡C=1.2;

γs——块石的重率,可取2.65kN/m3;(www.daowen.com)

γ——水的重率,取1kN/m3

9.1.3.2 混凝土预制块护坡

混凝土预制块护坡由边长0.3m的正六边形混凝土预制块灌浆勾缝组成。

面层混凝土预制块厚度(t)按下式计算[41]

式中 η——系数,取0.075;

H——计算波高,取H1%

γb——混凝土块的重度,kN/m3

γ——水的重度,kN/m3

m——斜坡坡率,m=ctgα,α 为斜坡的坡角,(°);

L——波长,m;

B——沿斜坡方向的混凝土块长度,m。

混凝土预制块护坡面层需设置变形缝。其中坡面横向一般设置3 条变形缝,分别位于马道两边,坡面与封顶交界处。纵向每隔20m设置一条变形缝。变形缝宽2.5cm,用沥青灌缝。

9.1.3.3 石垫护坡

目前石垫在公路、铁路、堤防等护坡工程中正在推广使用,并已在长江护岸工程中使用。钢丝网石垫护坡与混凝土预制块和干砌石护坡相比,不设垫层、脚槽、截流沟、排水沟,结构与混凝土预制块护坡相同。石垫厚0.2~0.3m,平面尺寸有多种规格,以6m×2m和4m×2m两种规格较为常用。为防止石料滑动沿长边方向每1m加装钢丝网隔板,采用铝锌合金低碳钢丝编制成六边形网,网格钢丝和绞边钢丝直径为2.2mm,边端钢丝2.7mm,钢丝直径约2.2mm,网目80mm×60mm,内装粒径为7~10cm的块石。将石垫直接铺在开挖形成的坡面上,在沙质和粉沙坡面上加铺250g/m2 土工布,四周用钢丝绑扎在一起形成一个整体。钢丝抗拉强度大于350MPa,伸长率大于10%,镀层量大于220g/m2,铝含量5%。

土工格栅石垫除织网材料为土工格栅外,其他结构同钢丝网石垫。规格为2m×4m,高0.23,网目39mm×39mm,炭黑含量大于2%,单位质量大于0.3kg/m2,质控抗拉强度大于30kN/m。内装粒径为7~10cm的块石。

9.1.3.4 生态护坡

生态型护岸工程是基于河流泥沙运动力学水力学、现代水利工程学、环境学、生态学和景观学等学科的基本原理,利用植物或植物和其他土木工程材料相结合,在河道岸坡上构建具有生态功能的防护系统,实现岸坡的抗冲蚀、抗滑动和生态恢复,以达到维持河岸稳定、营造或维持河岸带生态系统平衡功能,同时还具有一定的景观效果。

国外生态型护坡技术研究与应用较早,20世纪50年代,在莱茵河的治理工程中就提出了“近自然河道治理工程”,认为河道的整治要符合植物化和生命化的原理[89]。加拿大、日本曾采用芦苇进行生物护坡,均取得了较好的效果[90]。美国和欧洲一些国家较为常用的技术是“土壤生物工程” 护岸技术,美国新泽西州曾采用该生物护岸工程,用可降解生物纤维编织袋装土,形成台阶岸坡并种植植被,实际洪水的考验证实了其可靠性[91]。随着社会与经济的发展,人们的环境意识不断提高,生态型护岸已成为目前国外护岸型式的发展方向,在护岸工程的设计和实施过程中更加注重对环境的影响,尽量避免破坏自然生态系统的平衡[92]

在吸收国外河道整治和其他领域生态护坡研究成果的基础上,河道生态型护岸工程在我国也得到了初步的应用[93]。如上海市的河道生态绿化护坡将岸坡防护和景观设计进行了有机的结合;永定河、潮白河等进行了生态护坡示范工程研究;广西漓江进行了生态护坡试验等[46]

目前国内外使用较多的生态型护岸工程,大概可归纳为以下三种,分别应用于不同的河道和水流条件。

(1)植被护坡技术。通过在岸坡种植植被(乔木灌木草皮等),起到固土护岸的作用。这一技术主要是利用植被根系网络固结土壤的作用,提高坡面表层的抗剪能力以及对渗透水压力的抵抗能力,增强迎水坡面的抗蚀性,减少坡面土壤流失;利用植物的地上部分形成坡面的软覆盖,减少坡面的裸露面积,增强对降雨溅蚀的抵御能力。该技术常用于中小河流和湖泊港湾处,河道岸坡及道路路坡的保护,在一些城市的亲水景观设计中也有采用。

(2)植被加筋技术。通过土工网、生态混凝土现浇网格、种植槽或使用预制件、土工织物或编织袋(纤维袋)填土等方式,对植被进行加筋,增强岸坡抗侵蚀的能力,起到更好的防护功能,适用于大中河流水流条件。例如河道护岸工程中采用的三维植物网技术,就是通过土工合成材料在岸坡表层形成覆盖网,再按一定的组合与间距种植多种植物,通过植物的生长达到根部加筋的目的,从而大幅提高植物的抗冲刷能力和岸坡的稳定性。

(3)网笼或笼石结构的生态护岸。柔性结构的网笼或石笼,能适应基础不均匀沉陷而不导致内部结构遭受破坏,基础处理简单,施工方便,笼石本身十分透水,不需另设排水,厚层镀锌以及用于腐蚀环境中的外加PVC 涂层可延长网笼的寿命。网笼结构既能够抵御水流动力冲刷、牵拽,又能够适应地基沉降变形,还可提供植物生长的条件、维护自然生态环境,改善生态和景观。大型河流以及中等河流中水流流速较大或河道深泓近岸的情况,可采用网笼或笼石结构的生态型护岸工程。

9.1.3.5 其他护坡工程

除上述几种护坡工程外,还有浆砌石护坡和模袋混凝土护坡等。浆砌石护坡与干砌石护坡结构基本相同,不同的是砌石之间用水泥沙浆匀缝。模袋混凝土护坡结构与模袋混凝土护脚工程类似,详见后面模袋混凝土水下护脚工程设计。

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