生态石笼网防护结构设计与施工应用.docx

生态石笼网防护结构设计与施工应用刘坚强1 ,程启开2(1 . 华东交通大学 ,江西 南昌 338000 ;2 . 江西省煤田地质局 ,江西 南昌 330000)摘 要 :传统防护结构多采用刚性结构或半刚性结构 ,这种结构色调生硬 、工程维护频繁且影响环保 。因此多年来工程建设者一直在探索新结构 、新材料 、新工艺的防护结构型式 ,本文重点介绍了一种新型柔性防护结构 生态石笼网的特点、 设计原理及施工方法 。关键词 :生态防护 ;柔性结构 ;石笼网 ;设计 ;施工中图分类号 : TU753 . 8文献标识码 :B文章编号 :1006 - 2572 (2009) 04 - 0072 - 03Design and Appl ication of Ecological Protective Structure with StonemeshLi u J ianqia ng1 , Cheng Qi kai2(1 . East China Jiaotong Univer sit y , School of Civil Engineering and Architect ure , Nanchang , Jiangxi , 338000 ;2 . J iangxi Coalfiel d Geolo gy Bureau , Na ncha ng , J ia ngxi , 330000)Abstract : Rigid st r uct ure o r Se mi - rigid st r uct ure i s of t en applied i n t he t raditio nal p rot ective st r uct ure , which may ea sily re sult i n f requent engi neeri ng mai nt ena nce and enviro nment al eff ect s . Thi s paper i nt ro duce s a new -t yp e flexi ble p rot ective st r uct ure wit h ecolo gical sto ne - mesh , i ncl udi ng it s charact eri stic , de sign p ri nciple and co nst r uctio n met ho d .Key words : ecolo gical p rot ectio n ; flexi ble st r uct ure s ; sto ne - me sh ; design ; co nst r uctio n引言进入 21 世纪以来 , 我国水利工程、水土保持工程、公 路铁路工程、江河湖海工程、市政工程等建设工程任务十 分艰巨。同时 ,随着经济建设的快速发展 , 随之而带来的 环境问题 ,使越来越多的人们意识到经济建设必须与生态 环保紧密的结合起来 , 这就需要我们考虑如何在水利建 设、土木建设等工程建设中兼顾维护生态环境。为此 , 本 文介绍一种融工程结构与生态环保为一体的新型柔性防 护结构 生态石笼网防护结构。程等领域中获得不断的成功。与传统防护结构相比 ,石笼网防护结构具有以下显著特点 :( 1) 安全性。石笼网防护结构属于柔性结构 , 即变形 结构。此结构会因为拉力因素的发挥而增加它对荷载的 抵抗能力 ;能适应土层性质与土层结合 , 能很好的适应地 基变形 ;能吸收来自外部的动荷载所产生的能量 , 具有很 好的抗震性能以及抗冲击能力。(2) 持久性。网状物因为氧化而产生的腐蚀是一个非 常缓慢的过程 ,它不会比任何其它结构的老化作用来得严 重。再加上高品质的 10 %Al + Zn 合金保护及涂上一层优 化树脂膜 ,更增加了持久性。( 3) 生态性。石笼网防护结构具有天然的透水性 , 不 会隔断生态环境的循环系统 , 可以导入自然生态环境 , 结 构内可以由里而外的产生植生层 ,由于植物根系对土壤的 加筋作用 ,因而提高了结构的安全性和耐久性 , 真正做到 结构与周围环境的和谐统一。( 4) 透水性。石笼网防护结构安装后、护垫后的水头 不会增加。同时能够保证天然水体与地下水的自然交换 , 进一步加强了环保效果 ,具有自然透水性。( 5) 整体性。石笼网防护结构由独立的单元构成 , 但0石笼网防护结构简介11 . 1石笼网防护结构的特点45传统的防护结构大多采用混凝土结构、浆砌石结构 等 ,均为传统的刚性或半刚性结构 , 在地震力以及地质因 素作用、墙体后填土排水不畅、地基不均匀沉降、局部土坡 失稳滑坡、挡土墙施工缝处抗剪强度不足、挡墙局部应力 集中等诱因下 , 容易发生倾覆破坏、滑移破坏、折断破坏、 淘刷破坏、地基变形等失稳隐患。生态石笼网防护技术实现了工程结构与周围生态环 境的和谐统一 ,在水利堤防工程、水土保持工程及市政工72 同时每个相邻单元间都由钢丝绞合 ,所以还具有很好的整体性。(6) 经济性。石笼网防护结构填充料为碎石或卵石 ,成 本较低。不需要排水系统。使用寿命长 ,且基本无需维护。1 . 2石笼网防护结构形式 石笼网是指用专用机械将经过防腐处理的低碳钢丝双拧向编织成金属网 , 按设计意图把网片裁剪、拼装成矩 形或方形的网箱。典型的石笼网如图 1 所示。动土压力不予考虑 ; 由于墙与土之间的摩擦很小 , 所以认为= 0 。计算目的 :评估该石笼网防护结构的稳定性。计算分析13( 1) 土压力计算2 . 2)根据公式 K = t a n2 (45-,主动土压力系数为 :a2Ka = 0 . 27土压合力的作用高度 : H = 5 . 0 CO S6= 4 . 97 m 。h2所以由公式 Pa = ka ( r s 2h) ,可得主动土压力为 :2Pa = 0 . 27 ( 16 . 667 4 . 97 / 2 + 16 . 667 4 . 97)= 77 . 97 kN/ m根据公式 Ph = Pa CO S,可得土压力的水平分量 := 77 . 94CO S6= 77 . 51 kN/ m根据公式 , 可得土压力的作用点距墙趾的垂直距离Ph图 1 典型的石笼网网箱石笼网防护结构是指在石笼网中填入适当的填充料 或者加人植被元素 ,并将这些网箱按照一定的排列方式组 装而成的一种重力式防护结构。根据石笼网防护结构的不同力学特点 ,可以将其分为 如下四种不同的形式 : 重力式挡土墙防护结构 ; 半重 力式挡土墙防护结构 ; 稳定路基的结构 ; 加筋锚固防 护结构。这几种结构形式各有其优势 ,需要结合工程特点 灵活选用。为 :4 . 97 ( 4 . 97 + 3 16 . 667/ 16 . 667)+ 3 . 0 si n (26)da =3 ( 4 . 97 + 2 16 . 667/ 16 . 667= 1 . 58 m( 2) 滑动校核 单位长度石笼网防护结构重量 :5Wg = r g ( 1 - n) Aii = 1= 24 . 525 0 . 7 (1 + 1 . 5 + 2 + 2 . 5 + 3)= 171 . 675 kN/ m在本例中 ,不考虑主动土压力的垂直分量对滑动的影 响 ,根据公式 ,可得该石笼网防护结构的抗滑安全系数 :石笼网防护结构设计22 . 1设计资料如图 2 所示的石笼网防护结构 , 墙高 5 . 0 m , 整个石 笼网结构的倾斜角= 26,均布荷载为 16 . 677 kN/ m2 ,施 加于平行覆土的顶端(= 0) 。t a n35171 . 6753 = t anWg / Ph =( 3) 倾覆校核= 1 . 55 1 . 577 . 51石笼网结构重心至墙趾的水平距离 :55dg = ( Ai xi ) / Aii = 1i = 13 (1 . 5cos6= 0 . 5sin6) + 2 . 5 (1 . 75cos6+ 1 . 5sin6) + 2 (2cos6+ 2 . 5sin6)= + 1 . 5 ( 2 . 25co s6+ 3 . 5 si n6) + 2 . 5co s6+ 4 . 5 si n6) = 2 . 07 m10所以 ,根据公式 ,抗倾覆力矩为 : Mr = Wg 171 . 675 2 . 07= 355 . 367 kN m/ m根据公式 ,倾覆力矩为 :Mo = Ph da = 77 . 51 1 . 58 = 122 . 46 kN m/ m根据公式 , 可得该石笼网防护结构的抗倾覆安全系图 2 石笼网防护结构示意图 (单位 : m)计算参数 :3填石单位重 : r g = 24 . 525 kN/ m ;墙后填土单位重 : r s = 16 . 667 kN/ m填土内摩擦角为 :s = 35;3;数 :t = Mr Mo = 355 . 367/ 122 . 46 = 2 . 90 2 . 0凝聚力 C = 0 ;格网填石孔隙率 : n = 0 . 3 n ;网孔的尺寸 :8 12 的网孔 ;线径为 :2 . 70 mm 。 计算假定 :为了提高结构的安全性 , 作用于墙趾的被( 4) 基础承载力校核由公式 ,基础垂直压力的偏心距 :e = 3/ 2 - ( 355 . 367 - 122 . 46 ) / 171 . 675 = 0 . 14 m 所73 1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 以 ,基础最大压力 : = 73 . 248 k Pa 200 k Pa所以 ,结构稳定。( 3) 上层网箱的底部与下层网箱的顶部每平方米应均匀 4 点双股绑扎。( 4) 多层网箱施工时 , 放置、绑扎上方网箱时 , 必须与 下方网箱面层框线或网片绑扎在一起 ,使整个结构体连成 一体。3 . 6 箱体植被施工( 1) 依土壤、气候和景观要求 , 按设计要求 , 做好植被 草种或灌木的选择。(2) 网箱封盖后 ,空隙处填满壤土 ,壤土面宜高出网箱 顶约 5 cm 。( 3) 宜依据草种或灌木的特性 ,加强植被的后期养护。4结语 国外石笼网防护结构在水利工程中的应用十分广泛 ,包括水堰、丁坝、护岸、防波堤、渠道等 , 技术上也相当成 熟 ,属柔性防护工程技术 , 主要用于解决刚性防护结构存 在的不生态、不环保、不透水性、结构易裂缝等防护工程中 的棘手问题。既能达到保护河道、堤防岸坡安全稳定的目 的 ,又可实现水与土体自然交换 ,增强水体自净能力 ,保护 和改善水质 ,亦可实现墙( 坡) 面植被绿化、美化景观 ,最终 实现工程建筑与生态环境的有机结合。由于该防护结构 工艺产品自国外引进国内年景不长 ,目前国内尚未制定相 应的行业设计规范、规程 ,仅有相关行业施工标准 ,因此工 程完工后 ,进行了以下观测 :石笼网防护结构施工2333 . 1一般规定(1) 组合体网箱挡墙的基底土质及土的密实度、基础 层网箱入土深度和轮廓线长度及宽度、基础底高程均应满 足设计要求。(2) 防渗土工膜的铺设施工应符合 SL 260 - 98 标准的 有关规定。(3) 每层组合体网箱施工结束 ,应及时回填土方 ,填土面 与网箱面平。回填土必须夯实 ,夯实度应达到 85 %以上。3 . 2组装、铺设组合体网箱(1) 组合体网箱的间隔网片与网身应呈 90 , 才可进入 绑扎工序 ,组装绑扎成网箱。(2) 组装网箱时 ,绑扎用的组合丝、螺旋固定丝及水平 拉力丝必须与网丝( 编织网片用的钢丝) 同材质。(3) 组装网箱时 ,组合丝绑扎必须是双股线并绞紧 ; 螺 旋组合丝绑扎必须绞绕收紧。(4) 组装完成的网箱( 组) 必须按设计图示位置依次安 放到位。(5) 网箱裸露部位的网片 ,必须设置水平拉力丝 ,水平 及垂直间距为 25 cm35 cm ,呈“8”字形向内与边网片或 临土面网片连接并拉紧 ,拉筋在每次分层填筑石料完成后 设置。3 . 3石笼网箱填充料施工(1) 网箱填料时必须依次、均匀、分批向各网箱内投 料 ,严禁往单个网箱一次投满填充料。(2) 以人工填充料施工时 , 应控制每批投料厚度在 35 cm 以下。(3) 以机械化填充料施工时 , 要控制在 1 m 高网箱分4 次均匀投料。(4) 每批投料后 ,应用小碎石填满空隙 ,宜采用捣实措 施 ,确保结构体内填充料的密实度。(5) 组合体网箱内填充料的容重必须 1 . 70 t / m3 。3 . 4网箱封盖施工(1) 封盖前须将顶部的填充料铺砌整平。(2) 应先使用封盖夹固定在相邻单元组的框线后 , 再 加以绑扎。(3) 盖片与网箱顶部边框线必须采取螺旋组合丝绑扎 方式连结。3 . 5层与层间的网箱施工(1) 层与层间的网箱应纵横交错或“丁字形”叠砌 , 上 下联结 ,严禁出现“通缝”。(2) 将安放到位的网箱边框线与下层交接处每 20 cm双股绑扎。( 1)( 2) ( 3) ( 4)防护结构沉降情况观测 ;防护结构堤前冲刷深度观测 : 防护结构完整性和耐久性观测 ; 防护结构环境亲和性观测。以上观测经广东某市开发区河道工程等多个工程的运营状况验证 ,工程运用