高速公路边坡防护技术研究.doc

石家庄铁道学院毕业论文 1 专专 业业 学学 号号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 完成日期完成日期 年年 月月 日日 The Study of Slope Protection Technology on Highway 高速公路边坡防护技术研究 石家庄铁道学院毕业论文 2 第1章 绪论 1 1 土工合成材料的古今应用 土工复合材料的应用 古已有之 远在新石器时代 我们的祖先就已使用稻草 来改善土砖性能 用棍棒和树枝加固他们的泥房 如在陕西半坡村仰韶遗址的简单 房屋 这种土中加稻草的加筋技术 至今仍在使用 在国外 17世纪和 18世纪 法国移民沿加拿大的Fundy湾用棍棒加固泥堤 在 英国等国家采用木桩来控制侵蚀 和滑坡 还用竹子或铁丝网以控制护岸工程的侵蚀 在现代 土工合成材料的应用与塑料 合成纤维和合成橡胶等的生产紧密相关 自20世纪30年代或40年代初 将聚氯乙烯膜用于游泳池防渗以来 目前土工合成材 料已广泛地用在各个土木工程领域 其中类和应用范围也在不断发展充实 并逐渐 形成一门新的边缘性科学 它以岩土力学为基础 与石油化学工程和纺织工程有密 切联系 应用在土木工程的各个领域 1 2 土工合成材料的种类 土木合成材料是土木工程应用的合成材料的总称 按 土木合成材料应用技术 规范 GB50290 98 将土木合成材料分为土工织物 土工膜 特种土工合成材 料和复合型土工合成材料等类型 特种土工合成材料包括土工格栅 土工膜袋 土 工网 土工垫 土工格室 土工泡沫塑料等 复合型合成材料是由上述各种材料复 合而成 如复合土工膜 土工复合排水材料等 见图 1 1 1 3 土工合成材料的工程特性 土工合成材料的工程特性有物理特性 力学特性 合成材料与填料相互作用时 的临界摩擦特性 水力学特性及耐久性 1 4 土工合成材料的工程应用 土工合成材料所以能在各项工程中得以广泛的应用 主要是由土工合成材料本 身的功能所决定的 根据土工合成材料的特性和分类 其主要功能有 过滤作用 排水作用 隔离作用 加筋作用 保护作用 这几种作用实际工程中应用时 往往 石家庄铁道学院毕业论文 3 是一种功能起主导作用 而其他功能也相应地不同程度地在起作用 1 4 1 过滤作用 把土工织物置于土体表面或相邻土层之间 可以有效地阻止土颗粒通过 从而 防止由于土颗粒的过量流失而造成土体的破坏 同时允许土中的水或气体通过织物 自由排出 以免由于孔隙水压的升高而造成土体的失稳等不利后果 有纺型 土工织物 针织型 无纺型 沥青土工膜 土工膜 聚合物土工膜 塑料类 土工格栅 土工合成材料 玻璃 土工膜袋 特种土工合成材料 土工网 土工垫 土工格室 超轻型合成材料 复合土工膜 复合型土工材料 复合排水材 图1 1 土工合成材料的分类 1 4 2 排水作用 无纺织物是良好的透水材料 无论是织物的法向或水平向 均具有较好的排水 能力 能将土体内的水积聚到织物内部 形成排水通道 排出土体 土工合成材料 现已广泛应用于土坝 路基 挡土墙以及软土地基的排水固结等方面 如图1 2所示 石家庄铁道学院毕业论文 4 图1 2 排水与反滤工程示意图 1 4 3 隔离作用 将土工合成材料放在两种不同的材料之间或不同粒径的同一材料之间以及土体 表面与上部建筑结构之间 使其隔离开来 当受外部荷载作用时 虽然材料受力互 相挤压 而由于土工合成材料在中间隔开 不便互相混杂或流失 保持材料的整体 结构和功能 隔离用的土工合成材料必须有较高的强度 以承受外部荷载作用时产 生的应力 保证结构的整体性 土工合成材料作为隔离材料已广泛应用于铁路 公 路路基 土石坝工程 软弱地基处理以及河道整治工程 如图1 3 1 4 4 加筋作用 土工合成材料可作为软弱地基的加固补强材料 由于土工合成材料具有较高的 抗拉强度 将其埋置在土体之中 可增强地基的承载力 同时可改善土体的整体受 力条件 提高整体强度和建筑结构的稳定性 较多地应用于软弱地基处理 陡坡 挡土墙等边坡稳定方面 如图1 4 图1 3 高速公路软土路堤工程示意图 石家庄铁道学院毕业论文 5 a 加筋土档墙 b 加筋陡坡 c 加筋路堤 图1 4 加筋土工程示意图 1 4 5 防护作用 土工合成材料可以将比较集中的应力扩散开 也可将应力由一种物体传递到另 一物体 使应力分解 防止土体受外力作用破坏 起到防护作用 主要应用于河道 整治 护岸 护底工程 以及海岸防潮 道路坡面防护等工程方面防护分两种情况 一是表面防护 即是将土工合成材料放置于土体表面 保护土体不受外力影响而破 坏 二是内部接触面保护 即是将土工合成材料置于两种材料之间 当一种材料受 集中应力作用时 而不使另一种材料破坏 1 4 6 防渗作用 将土工合成材料表面涂一层树脂或橡胶等防水材料 或将土工合成材料与塑料 薄膜复合在一起形成不透水的防水材料即土工膜 目前土工膜已广泛应用于水利工程的堤 坝 水库中起防渗作用 以代替粘土 心墙 防渗斜墙等 同时也应用于渠道 蓄水池 污水池 游泳池 房屋建筑 地 下建筑物 环境工程等方面 作为防渗 防漏 防潮材料 上述土工合成材料的六个功能并不是绝对独立的 有时一种土工合成材料应用 于某一项工程中 同时具备上述的几种功能 有的是主要的 有的是次要的 因此 充分结合各种材料的不同特性 做到合理应用 石家庄铁道学院毕业论文 6 第2章 边坡防护 近年来我国公路交通建设发展迅速 大批国家级公路主干道和各地区公路工程 的开挖回填路基边坡如果不及时有效的处理 不仅容易造成破面的水土流失和岩崩 碎落 严重时还会危及工程安全 而且对于自然环境造成植被生态的破坏以及汽车 噪音 尾气的污染 因此 公路路基边坡防护一直是公路工程人员要解决的问题 土工合成材料用于公路路基边坡坡面防护 是近些年发展形成的一门新技术 主要用于土质边坡防护和岩质路堑边坡防护 土质边坡防护的边坡坡度宜在 1 1 0 1 2 0之间 岩质路堑边坡坡度宜在缓于1 0 3 2 1 土质边坡防护 土工合成材料除了防护土质边坡坡面 相比于其他防护措施 更能突现出环境 方面的优势 配合植物坡面防护技术 应用土工合成材料防护土质边坡 形成一种 所谓土工复合植被技术 可有效地进行土质边坡防护和改善环境景观 2 1 1 土工复合植被防护机理 土工复合植被防护作用包括土工合成材料直接防护和植被防护双重作用 在路基边破坡面覆盖土工织物可以直接防止降雨冲刷 目前在土工复合植被防 护系统中主要采用土工网或土工垫材料 他们可以将分散在坡面上的土颗粒拢拉在 一起 并为土壤表面加筋 保护坡面的表层土 从而防止土壤的侵蚀和移动 植被护坡防护作用 植被形成后在防止坡面遭受水冲刷时能够有效地利用植被 的枝叶消除雨滴的冲击能量 植被根系使土的透水性能增加 一旦遇有雨水能迅速 渗透 植被的覆盖能对雨水沿地表流动造成更多的障碍 降低径流的速度 植被根 系使土体在根系的延伸范围内形成整体 而对坡面起到浅层加筋的作用等 2 1 2 土工复合植被防护形式 土质边坡防护可采用拉伸网草皮 固定草种布 网格固定播种三种护坡形式 拉伸网草皮护坡是在草皮生产基地 将平整的水泥地坪上铺3 5CM的种植土层 将土工网或土工垫布置在种植土层中间 然后播种 养护 待草苗旺盛 土体 土 工网或土工垫与草系固定后 成捆送到施工地点进行铺设 草皮宽度宜为 石家庄铁道学院毕业论文 7 1 5 2 5M 每捆长度宜为4 6M 固定草种布护坡方法是在土工织物纺织时 将草种固定于土工织物中 然后到 现场铺筑 使草皮生长 形成防护坡层 网格固定播种护坡方法是先将土工网固定于需要防护的边坡上 然后散播草种 形成草皮 2 1 3 草种及播种期选择 目前我国一些地区选择小冠花和香草根作为坡面防护的主要植物 辅以其他植 物品种 选草应注意草的适应性 成长期 根系 绿期长短和价格等因素 试验工程和有关资表明 对于植草播种时间须避开寒冷低温与多雨高温季节 2 1 4 三维土工网垫护坡 2 1 4 1 三维土工网垫简介 三维土工网垫是由单层或多层塑料凹凸网和高强度平面网经热熔后粘结而形成 的一种稳定的立体网结构 采用高分子材料聚乙烯及抗紫外线助剂加工而成 无毒 且化学稳定性可靠 使用寿命长 物理性能见表3 1 在多层网交接点处 经热熔粘 接 形成稳定的三维空间网垫 其面层外观凹凸不平 材料疏松柔韧有合适的高度 和空间 可充填并储存泥土 沙粒和草籽 植物的报系可以穿过网孔 舒适 整齐 均衡的生长 长成后的草皮使网垫 草皮 泥土表层牢固地结合在一起 具有极强 的固土作用 表2 1 三维土工网垫的物理性能 耐酸碱性极高吸水性无 单位面积质量 260g m2 纵向最大拉力 1 4KN m 厚度 12mm 横向最大拉力 1 4KN m 2 1 4 2 三维土工网垫的护坡原理 三维土工网垫利用表面自身凹凸不平的独特结构缓冲水流保护坡面免受冲蚀 由于网垫表面粗糙不平 使风 水流在网垫表面产生无数小涡流 起到消能作用 促进其携带物沉积在网垫中 网垫一般与植被结合 在草皮未形成前 可保护草籽 或幼草因被风吹雨冲而散失 经测试 当坡面斜角为45 时 三维土工网垫的固土 阻滞率高达97 5 当斜面为60 时 其阻滞率也高达84 即使坡面铅直时 阻滞 率仍可达60 三维土工网垫具有的固土作用 远远胜于平面网 而当植被形成后 三维网的表层 中间及网下土可被植被的根系盘错 连接 坡土回上下穿接 左右 石家庄铁道学院毕业论文 8 相连 集点成面 整坡一体 形成坚固的绿色复合保护层 其强大的固土效果更为 显著 工程试验表明 这种防护结构在经受持续两天流速为3m s 4m s的水流冲刷 后 或者经受4 5小时流速为5m s 6m s的水流冲刷后 均不会产生变形 损坏 实 际上 上述的环境 条件是较少出现的 同时 这种复合体系具有较好的柔性 当 边坡出现沉降时可随之沉降 不会出现松动 塌陷或架空等缺陷 是各种砌石护坡 方法所无法比拟的 2 2 岩质路堑边坡防护 在高等级公路建设施工中 岩质路堑边坡由于原有岩石层走向 页理 缝隙及 岩层水等不利因素 经常发生侵蚀 岩崩 甚至失稳坍塌等病害 土工合成材料用 于岩质路堑边坡防护 主要针对易碎岩面的侵蚀和少量的岩崩病害 可采用土工网 或土工格栅材料进行防护 现在应用较多的是柔性防护 2 2 1 防护方式 防护的方式可采用裸露式和埋藏式两种 裸露式是指将土工格栅直接固定并裸 露于岩面 埋藏式是指将土工网或土工格栅固定于岩面后再用水泥砂浆喷护 裸露 式防护方法适用于临时性工程边坡的防护或永久性工程边坡的临时防护 对永久性 工程的边坡 在更换土工网或土工格栅较方便的场合 也可采用这种方式 裸露式 防护应采用强度较高的土工格栅 埋藏式防护可采用土工网或土工格栅 2 2 2 土工格栅护坡 2 2 2 1 土工格栅的特性及工作原理 土工格栅是经一次挤压成型的非编织整体网格结构 它不存在焊接或编织点薄 弱环节 具有高抗拉强度 低应变 小徐变量的力学特性 以及抗生物 化学 紫 外线腐蚀等的生化特性 土工格栅与它周围土体之间存在着可靠的相互作用 土颗 粒央挤在格栅孔隙内形成机械咬合 从而产生丁土与格栅相互之间极有效的应力传 递 网格性的肋条可为荷载提供一个系统性的支撑点 因而 应力传递不单单是通 过颗粒间的表面磨擦 颗料材料嵌实在网格中 产生 定相对稳定的状态 能起到应 力传输作用 石家庄铁道学院毕业论文 9 使大大地提高了植被覆盖率 当植草生长茂盛时 草根均匀地穿过格栅 深入 地下达半米以上 与格栅 泥土三者形成一个牢固的复合整体 植被根系可增加土 壤的运水性能 旦遇到雨水可迅速渗透 植被的覆盖可使地表土壤免受雨水的直接 冲击 并缓冲雨水流速 阻止水流的形成 即使形成水流也几乎是清澈而不合任何 泥土的 同时格栅及植物根系还可起到浅层加筋的作用 因此这种复合体系具极强 的抗冲刷能力 能够达到长期有效防护边坡的目的 这一点与三维土工垫护坡很相 似 2 2 3 SNS柔性防护系统在边坡防护中的应用 公路对边坡问题无论从设计还是施工都给予了高度的重视 尤其在高边坡开挖 地段 边坡的防护形式多种多样 目前在我国公路边坡防护系统中大致有两种防护 系统 一种是刚性圬工建筑为主的工程防治措施 且尤以浆砌片石或喷混凝土护坡 锚固和浆砌片石拦石埔等最为常见 其中特别是锚固技术在70年代给边坡治理带来 了一次革命 它一改过去单一的圬工防护措施 为治理边坡问题提供了一种非常有 效的技术措施 然后在设计施工上己日趋科学化 防护技术措施亦愈来愈多样化的 滑坡治理问题而言 其防治技术还十分落后 且刚性防护效果常难满足安全要求 为此 引入另一种新的防护方法 柔性防护系统 它不仅节省防护投资 达到防 护的目的 更重要的是保护生态 净化空气 绿化环境 故柔性防护方法正在公路 铁路 水利等工程领域中逐步替代传统的砌石护坡 骨架护坡 砂浆封面等防护形 式而得到越来越广泛的应用 下面就对SNS系统的特点 原理及施工方法作如下介绍 2 2 3 1 SNS系统简介 SNS Safety noting system 系统是瑞士布鲁克公司开发研制的一种边坡防护系 统 它是利用钢绳作为主要构成部分来防护崩塌落石危害的柔性安全防护系统 与 圬工结构为代表的传统方法相比 SNS系统具有柔性和高强度 更适用于抗击集中荷 载或高冲击荷载 该系统安全可靠 施工作业具有快速和标准化的特点 此外 该 系统设置后视觉干扰较小 可最大限度地维持原地貌和植被 甚至可进行人工植被 绿化 美化环境 其在环保方面的社会效益是其它方法所无法比拟的 2 2 3 2 SNS柔性防护系统的应用范围 SNS柔性防护系统一般用于山区公路路堑边坡的防护 尤其适用于山岭重丘区沟 堑纵横 相对高差几百米 坡度大于500的路堑 这样的路堑边坡为岩石 可能是 同类 也可能是不同类岩石 且坡面的整体性差 甚至岩体有松动 滑坍的可能 石家庄铁道学院毕业论文 10 还可能造成崩岩 除个别稳定性稍好的地方可采用护面墙防护外 其余均需要用SNS 柔性网防护系统大面积防护 用以拦截落石与落物 以消除公路安全运营中的隐患 2 2 3 3 SNS防护系统原理 SNS系统包括主动系统和被动系统两大类型 1 SNS主动防护系统原理 SNS主动系统通过固定在锚杆或支撑绳 张拉绳 上并施与一定预张拉的钢绳网对 整个边坡形成连续支撑 其预张拉作业形成了阻止局部岩块或土体移动的预应力 从而阻止落石现象的发生 系统的传力过程为 钢绳网 张拉绳 钢绳锚杆 稳定地 层 系统在作用原理上类似于喷锚支护和锚钉墙 但其柔性特征能使系统承受较大 的下滑力 并将局部集中下滑力向四周均匀传递 以充分发挥整个系统的防护能力 2 SNS被动防护系统原理 SNS被动防护系统是一道被动式拦截系统 是能够拦截和堆存崩岩的金属柔性栅 栏式拦石网 以具有足够高强度和柔性的钢绳网为主体 以最少量的锚杆和最少量 的开挖来实现最快速的施工安装 整个系统由钢绳网 减压环 支撑绳 钢柱和拉 锚5部分组成 系统的柔性来自于钢绳网 支撑绳和减压环等结构 当坡面上落石冲 击到钢绳网时 其冲击能量很快通过钢绳网的各个节点传递到系统钢柱 因钢绞基 座是一活动铰 绝大部分能量通过钢柱上端传递给支撑绳和设置在岩体上的钢绳锚 杆 该部分能量主要通过设置在支撑绳上的减压环的伸缩使钢柱及钢绳网一起做往 复运动进行削减 能量削减后剩余小部分能量通过钢绳锚杆传递给岩土体 2 2 3 4 SNS柔性防护系统特点 SNS柔性防护系统具有安装方便 快捷 防护耐久性好 防护效果好 降低工程 成本 改善沿线景观的特点 1 由于SNS柔性网防护系统材料性能稳定 安装方便快捷 施工简单 易操作 防岩崩效果好 所以它适宜在开挖成台阶的高大外边坡上使用 2 SNS柔性网防护系统采用的是一种开放式的防护方法 如按照设计正确组织 实施 较之传统的全坡面防护方法可节约大量资金 降低工程造价 同时又可增添 公路景观的美感 3 可根据施工现场的实际情况 配合挂网喷浆 锚杆防护 植草防护等方法 从而保持高大外边坡的稳定 保证道路安全畅通 2 2 3 5 SNS网安装技术要点 石家庄铁道学院毕业论文 11 1 主动防护系统 在防护范围内从中部开始 从下向上及向两侧按设计放线测量 确定锚孔位 置 锚孔间距4 5m 4 5m 测量要准确且应以坡面长度为准 按设计深度钻孔 钻孔应较设计锚杆长5cm 孔口处要开凿深度不小于锚杆 外露环套长度的凹坑 注浆并插入钢绳锚杆 用52 5普通硅酸盐水泥和中砂制成M25水泥砂浆 先 将锚杆孔注满浆 锚杆插入后转动几下 使锚杆充分与浆液接触 若浆液不满或有 渗漏 应补注 注浆体养护3d后 才能进行下道工序施工 安装纵 横向支撑绳 纵 横向支撑绳是SNS网主动防护系统的骨架 安装 时应张拉紧 防止钢绳网安装后松弛 影响防护效果及美观 可用紧线器张拉 纵 横向绳均穿过位于交叉点的钢绳锚杆 这样便形成了钢绳网的框架 拉紧的支撑绳 在两端各用两个专用绳卡与锚杆外露环套固定 安装钢绳网 钢绳网与支撑绳间用 8钢绳缝合 缝合绳的下料长度应视坡面 平整情况而定 一般区选用28m 缝合绳沿网四周与支撑绳缝合 缝合好每一个网 片后对缝合绳进行预张拉 选用紧张器将网拉到方正 平整无鼓包为度 最后用钢 绳卡把缝合绳两端固定在一起 检查 安装完好后 应对各道支撑绳及每个网片进行检查 不合格处应重新 处理 2 被动防护系统 现场测量定位 首先应对现场地形 岩石情况进行勘察 在满足设计意图的 情况下 尽量选择基岩作钢柱和锚杆基础 基岩处可直接钻锚杆孔 并用M30砂浆浇注 在有覆盖层处 应先开挖覆盖 层 按地形确定锚杆进入基岩的深度 外露部分用混凝土灌筑 待锚杆安装2d后 将钢柱基座套人地脚螺栓 拧紧螺帽 钢柱放置于基座上 将上拉锚绳的挂环分别挂于钢柱顶端挂座和锚杆上 最 后调整钢柱方位并与基座固定 拉紧上下锚拉绳并最终固定 侧拉锚绳安装与上相 同 安装上下支撑绳 上下支撑绳均为2根 先安装上支撑绳 再安装下支撑绳 第二根下支撑绳与第一根安装同法反向 最后在距减压环约40cm处用一个绳卡将2根 底部支撑绳相互联结 形成2根相互交错的双支撑绳结构 安装钢绳网 先将钢绳网在各钢柱之间展开 再用绳卡把钢绳网暂时松动与 上下支撑绳联结 缝合时缝合绳按单张网周边长的1 3倍下料 从防护系统的一端开 始 从中点开始用一半缝合绳向左逐步缝合 缝合绳的另一半向右缝合 直到与另 石家庄铁道学院毕业论文 12 一张网交界的地方将两张网缝合在一起 当达到下支撑绳时转向另一张网并与支撑 绳缠在一起 最后使左右侧缝合绳端头重叠1m 安装格栅 格栅铺挂于钢绳网的内侧 并应叠盖钢绳网上缘折到网的外侧 15cm 用扎丝固定在网上 格栅底部沿斜坡向上敷设0 5m 格栅网间应叠加0 1m 用扎丝固定于钢绳网上 结点间距不大于1m 2 2 3 6 结束语 该防护方法在施工中具有坛工量少 施工简便快捷 工期短等特点 其防护效 果可与同样防护级别的方案相媲美 SNS网主动防护系统对存在崩塌岩石隐患 高陡 边坡的防护及环保效果尤其明显 该方法对既有线路高边坡进行加强防护更具有推 广价值 a 使用寿命长 三维土工网垫采用高分子材料四及抗紫外线助剂加工而成 化 学稳定性可靠 能在整个交通工程设计年限里充分发挥作 b 绿色植被能吸收机动车尾气 降低噪音 引导司机视线 解除司机视觉疲劳 降低交通事故发生率 c 美化公路 铁路及河道沿线 既美化景观又保护环境 石家庄铁道学院毕业论文 13 第3章 冲刷防护 为了防止流水直接危害沿河 滨海路堤堤岸边坡和坡脚 必须采取一定的 防止冲刷的措施 冲刷防护直接措施 包括植物防护 石砌防护或抛石 石笼防护以及必要 时设置的支挡 驳岸等 边坡的防冲刷主要原因是洪水急流 水位变迁不定 水流速度较大 相应的要求更高 盛产石料的地区 当水流速度达到或超过 3 0m s时 植树与石砌防护无效时 可采用抛石防护 当水流速度达到或超过 5 0m s时 则改用石笼防护 也可就地取材 用竹笼或梢料防护 但这些传统 的冲刷防护做法普遍缺乏有效的滤层 在水流的冲刷下 基土细粒仍不断被带 走 以至岸坡继续坍塌不止 需要逐年维修加固 而土工合成材料由于质轻 强度高 耐腐 柔性强 价廉 施工简单 与土体相互作用有滤土排水作 用 紧贴地面 吸收水流冲击能等优点 可以有效用于抗冲刷和防渗漏 在 土工合成材料应用技术规范 JTT T019 98 中 用于基冲刷防护的 土工合成材料主要是土工织物软体沉排和土工膜袋护坡 3 1 土工织物软体沉排防护概述 土工织物软体沉排是在土工织物上以块石或预制混凝土块体为压重的护坡 结构 它一般适用于水下工程及预计可能发生冲刷的河床和岸边土面上 软体 沉排具有良好的柔韧性可适应不同的地基形状变化 紧贴于土面 并且具有良 好的连续性和整体性以及较高的抗拉强度 软体沉排中的土工织物垫或土工织 物片 除了整体连接作用外 主要起反滤层作用 具有高的抗冲刷能力 较传 统的粒状材料反滤层优越 排上的压重使土工织物垫紧贴被保护土面不会在水 流和波浪作用下浮起或移动 3 1 1 防护类型 土工织物软体沉排用于冲刷防护其主要有单片垫和双片垫两种结构形式 单片垫是利用土工织物拼接成大面积的排体 双片垫是将两块单片垫重叠后按 一定距离和型式将两片垫连接在一起而构成管状或格状空间 其中再填充透水 性土石料 如砂卵石等 起到防冲与反滤的作用 石家庄铁道学院毕业论文 14 3 1 2 相关计算原理 土工织物软件沉排的排体材料可采用聚丙烯编织型土工织物 其等效孔径 应满足式 3 1 和式 3 2 的要求 为了加固排体和施工时便于牵引定位 排体 材料每隔 30 50cm应设一根聚乙烯绳 1 排体宽度与长度 垂直于水流方向的排体宽度以枯水位为界分水上部分B1和水下部分 B2 两段 水上护坡段宽度应按整平后的坡面和用于固定的余幅确定 水下段 1 B 宽度应由式 3 1 确定 2 B 3 1 212 bbB 式中 与水上排体连接和固定所需的排体宽度 1 b 主体宽度计算如下 2 b 3 2 1 max 2 02112 HHmCCFb 3 3 1 2 max m m R B HH 其中 和 排体的折皱系数和收缩系数 一般取 1 4 1 05 1 C 2 C 1 C 2 C 安全系数 取 1 2 1 F 枯水位时的平均水深 m H 河床最大冲刷深度 m maz H 水下冲刷稳定边坡坡度 m0 2 0 2 5 0 m 计算断面冲刷前平均水深 m m H B 对应造床流量时的河流宽度 m R 弯曲段河流曲率半径 m m 2 排体稳定性计算 对土工织物软体沉排 应验算排体抗浮 排体压块抗滑 排体整体抗滑三 方面的稳定性 排体抗浮稳定性应满足式 3 4 的要求 3 4 cos m w m g th 式中 排体上下的水头差 m g h 排体连同压块在水下的浮密度 m 3 KN m 水的密度 KN m3 w 土坡坡角 排体垂直于土坡的厚度 m m t 石家庄铁道学院毕业论文 15 排体与压块间的摩擦系数 应满足式 3 5 的要求 3 5 2 tan Ffcg 式中 安全系数 取 1 2 2 F 排体整体抗滑稳定性应满足式 3 6 的要求 3 6 3 sin cos F t fht cmcm sgwgcmcm 式中 安全系数 取 1 2 3 F 排体连同压块的平均浮密度 cm 3 KN m 排体连同压块的总厚度 m cm t 排体与坡面的摩擦系数 在水下应采用水下值 sg f 3 1 3 土工织物软体沉排的施工要点 1 平整坡面 保证沉排与坡面宜接触良好 将坡面整理成无凹凸的平面 保证土工织物与坡面接触良好 2 将排体按要求缝合 每块排体搭结宜不小于0 5m 将土工织物切割成规定大小的片块 如系双片垫 则应按设计要求先缝成 格袋状 然后运输到现场 最好在坡顶先临时堆放 堆放时应有一定的防老化 措施 格栅的缝合有针线缝合 热粘合和胶粘合等方法 缝合后每块排体搭结宜 不小于 0 5m 3 沉排铺放 水上沉排 单片排可采用顺坡滚下的摊铺方式 土工织物垫摊铺后应及 时压重块 防止其移动 双片排的铺放应作准确的位置测量 并应考虑土工沉排垫在充填时会出现 横向收缩 同时双片垫的质量大 底部纤维可能会因拉力过大而损坏 应进行 事先验算 充填方法有水力 压缩空气和溜槽充填等三种 充填材料有砂 碎 石 多孔混凝土等 施工中应注意 对于水力充填法通常要排出大量的水 可 能引起岸边的侵蚀和冲刷 应采取保护措施 对于用压缩空气充填时 伴随高 速气流 万一出料口操作不慎 可能引起夹砂气流冲破土工织物 甚至可能危 及人体生命安全 应采取一定的预防措施 沉排铺设完成后 应用块石压载 水下沉排 土工织物单片沉排由于其质量轻 在水下会浮起 尤其在波 量和流速大的情况下可能被掀起和冲动而难以到位 必须采取压载下沉的措施 石家庄铁道学院毕业论文 16 对双片沉排由于其质量大 可采用自重下沉法 4 排面压重可采用人工施工或机械施工 3 1 4 软体沉排的锚固 1 顶端和周边锚固 软体排顶端一般应锚固在路基顶肩内 使其在施工 期和整个运行期内不产生滑动而保持稳定 锚固方式有下列几种 桩锚法 在路基顶肩稍向里处 用桩或钉将沉排固定 这种方法适用于 比较平缓 高度较小 下滑力不大的情况 沟漕锚固法 将沉排顶端埋在沟漕中 再用块石或砾石回填压实 镇块或镇梁法 将沉排顶端埋在一定深度的沟漕中 其上压以镇块或镇 梁 对稳定性要求较高或岸坡较陡时 采用此法较多 2 坡面锚固 为了保证沉排的稳定 在整个沉排平面上尚应按一定间距 设置锚钉 锚钉一般间距为 坡陡于1 3时 采用 0 5 0 6m 坡度为 1 3 1 4 时 采用 1 0m 坡度缓于 1 4时 则采用 1 5m 当沉排不会产生沿坡面滑动或 移动时 锚钉间距可酬情增大 甚至不设 护坡垫应延伸到平均低水位以下 防止由于水流作用便岸坡受冲刷 垫的 搭接方式 通常顺水流方向按叠瓦式铺放 且上游块应搭在下游块上 接头至 少应重叠 0 3m 当岸坡承受波浪冲击时 常规施工实践是使垫块沿岸坡垂直向 下铺放 上面的垫块搭在下面的垫块上 3 2 土工膜袋护坡的概述 土工膜袋是一种采用合成纤维机织而成的双层织物 其内灌注具有一定流 动度的混凝土或砂浆成型 由于膜袋自身具有透水性 加之灌注时的压力 使 混凝土或砂浆中的部分水分被挤压而流出膜袋 从而降低混凝土或砂浆的水灰 比 加速其凝固速度 获得高密度和高强度的混凝土或砂浆的硬结体 可用于 土坝上下游边坡 渠道和河道岸坡 公路和桥台坡面及港湾等工程 土工膜袋是护坡的一种形式 它是在工厂按照施工现场的地形条件缝制而 成 从而给铺设带来极大方便 使用土工膜袋进行护坡 具有以下优点 便于 水下施工 在河道流速小于 1 5m s时 可直接将膜袋铺设于整坡后的坡面上 由灌注孔注入混凝土或砂浆 无需排水或修筑施工围堰 可缩短施工工期 提 高工效 可适应变化复杂的地形 达到均一厚度的混凝土或砂浆的块体 且外 形整齐美观 质轻便于运输 土工膜袋内的混凝土或砂浆的早期强度较高 石家庄铁道学院毕业论文 17 7d的抗压强度可达 28d抗压强度的 60 70 而且比同龄期的混凝土或砂浆 的抗压强度高 养护也方便 同时土工膜袋材料应满足表 3 1的技术要求 袋内可充填混凝土或砂浆 充填混凝土时 粗集料最大粒径应符合表3 2的要求 塌落度不宜小于 200m 其强度等级不低于 C10 充填砂浆时 其强度等级不低于 M2 表3 1 土工膜袋材料要求 指 标 内 容指 标 要 求 顶破强度 N 1 500 渗透系数 cm s 3 10 0 86 10 等效孔径 mm 95 0 0 07 0 15 延伸率 15 表3 2 混凝土集料的最大粒径要求 土工膜袋厚度 mm 集料最大粒径 mm 150 250 20 250 40 3 2 1 土工膜袋的厚度确定 土工膜袋的厚度应考虑抵 抗弯曲应力 抵抗浮动力两方 面要求确定 对存 在冰推力 的情况 还应考虑 抵抗冰推 力的要求 见图3 1 图3 1 膜袋稳定性分析 1 抵抗弯曲应力所需厚度应按式 3 7 确定 石家庄铁道学院毕业论文 18 3 7 2 32 5 0 287 0 a R Ft c g 式中 t 土工膜袋所需厚度 m 砂桨或混凝土浮容重 c 3 KN m 充填料的抗压强度 R 3 KN m 假设膜袋底架空面积为正方形的边长一般取0 1 0 2ma 安全系数 取 3 g F 2 抵抗浮动所需厚度应按式 3 8 确定 3 8 m m B L HCt WC WW wm 2 3 1 07 0 式中 面板系数 对无滤点板取 l 有滤点板取 1 5 m C 分别为设计坡高和坡长 m WW LH 垂直水边线护坡面长度 m B 水的密度 W 3 KN m 土坡坡角的余切 m m 2 5 m tanC 3 抵抗冰推力土工膜袋所需厚度应按式 3 9 确定 3 9 GSc GSGSg ii mfH mCHfmF m tP t 1 1 1 1 2 1 2 式中 水平冰推力 设计时可取 150 i P 3 KN m 3 KN m 冰层厚度 m i t 冰层以上护坡面的垂直高度 m 1 H 护面与坡面之间的粘结力 kPa GS C 护面与坡面之间的摩擦系数 可取0 5 GS f 3 2 2 土工膜袋稳定性 土工膜袋不允许在沿坡面的分力作用下产生滑动 安全系数应满足式 3 10 的要求 3 10 5 1 sin cos 2 23 GS S R ts f L LL T T F 式中 膜袋沿坡面的抗滑力与下滑力 kN SR TT 石家庄铁道学院毕业论文 19 膜袋在坡面 坡脚处的长度 m 32 LL 3 2 3 土工膜袋的边界处理和构造要求 1 顶部 宜采用浆砌块石保护或填土覆盖 对于有地面径流的坡顶 应 设截水沟或其他防止地表水侵蚀膜袋下部基土的措施 2 底部 海岸斜坡护岸 土工膜袋底端应设压脚棱体或块体 河岸斜披 护岸宜使土工膜袋下端伸过设计冲刷线以下0 5m 并用块石保护 以防冲刷 3 侧翼 应开沟槽 将两侧土工膜袋埋人沟槽中 4 相邻两块土工膜袋接缝处 应垫设土工织物 土工织物与土工膜袋搭 接长度不应小于 50cm 5 膜袋铺设前 应对坡面进行处理 对土坡应按设计要求进行修坡或挖 泥 坡面应平顺 无明显凹凸 表面无树枝 植被 块石等杂物 并开挖好上 下锚固沟槽 对抛石坡面 先应按设计断面进行理坡 在理坡后的块石表面上应 用片石 碎石进行整平 要求水下部分表面平整度不大干15cm 陆上表面平 整度不大于 10cm 3 2 4 膜袋铺步骤和方法 1 卷膜袋 平地上层开膜袋 在其上 下缘管套中穿入钢管 以下缘钢管为轴 将膜 袋卷成 卷材 2 设定位桩及拉紧装置 定位桩宜打设在坡顶距膜袋上缘1 5 2 0m处 其间距宜为 1 2m 且每 块膜袋不小于 4根 每根定位桩上均应设紧拉器或滑轮 3 铺展膜袋 用定位桩及紧拉器拉住膜袋上缘钢管 预留膜袋纵向收缩富裕量 膜袋的纵向收缩量宜通过试验确定 用绳系住下缘钢管两端 利用人力或绞车控制膜袋卷向下滚铺到位 铺设后的膜袋应平顺 水下部分铺设应由潜水员配合并进行检查 4 膜袋铺展 压稳后 应拉紧上缘固定绳索 并防止膜袋下滑 5 膜袋铺设后应及时充灌混凝土或砂浆 充灌应符合以下要求 水上部分的膜袋在充灌前应洒水润湿 石家庄铁道学院毕业论文 20 充灌应从已充灌的相邻块处开始 沿自下而上 从左向右的次序进行 充灌过程应及时调整膜袋上缘的拉紧力 充灌速度应控制在 10 15 范围内 出口压力以 0 2 0 3MPa为hm 3 宜 每一充灌口的充灌应连续 灌满撤管后应将充灌口扎紧 混凝土充灌将近饱满时 应暂停约5min 待膜袋中水分析出后 再充 灌至饱满 6 充灌完成后 应及时用水将膜袋表面和滤点孔内的灰渣清理干净 设 渗水孔管 并进行养护 7 施工中应注意以下 事项 膜袋的长度方向必须 垂直于坡面方向 膜袋铺设以及混凝土 或砂浆的充灌应按照先上游 后下游 先深水后浅 水 先 标准断面后异形断面 的次序 图3 2 渗水孔布置 相邻两块膜袋的接缝 应尽量缩小 在铺设后一块膜袋时 前一膜袋宜 预留一定富裕量 搭在后一块膜袋之下 在充灌混凝土时辅之人工使之挤严 后 一膜袋应平压在前一膜袋的上面并将扎带扎牢 受潮汐影响的封闭式护岸 堤身的土工膜袋护坡 施工时应考虑内外水 头差的影响 并采取相应措施 膜袋表面应设渗水孔 见图3 2 孔的间距为 1 1 5m 石家庄铁道学院毕业论文 21 第4章 地基加固 利用土工材料的高强度 韧性等力学性能 分散荷载 增大土体的刚度 模量 改善土体或作为筋材构成加筋土以及各种复合土工结构 4 1 土工材料用于加固补强地基 当地基可能产生冲切破坏时 铺设的土工材料将阻止破坏面的出现 从而 提高承载能力 当土工材料受集中荷载作用时 在较大的荷载作用下 高模量的 土工材料受力后将产生一垂直分力 抵消部分荷载 当很软的地基可能产生很大的变形时 铺设的土工材料由于其承受拉力和 与土的摩擦作用而增大侧向限制 阻止侧向挤出 从而减小变形特别是侧向变形 增大地基的稳定性 以土工材料加筋垫层为例 用公式 4 1说明土工材料承受拉力而产生的支 撑和减小侧向挤出的效 果 4 1 2 sin a ccqfq T pacN bTN bD N b R 式中 第一项原地基的极限承载能力 第二项为地基在荷载下沉降使土工材料承受拉力所产生的效应 第三项是土工材料阻止隆起而产生的平衡镇压作用效应 第四项为隆起产生的埋深效应 每延米荷载 KN a b p 地基的形状系数 一般 1 0 0 5 C 土的粘聚力 p kN 与内摩擦角有关的承载力系数 c N q N B 基础宽度 m T 土工材料的拉力 kN m 基础边缘与土工材料的倾斜角 一般取 10 R 假想圆的半径 m 一般等于3M或软土层的厚度的一般 但不 超过5m 土的容重 3 kN m 石家庄铁道学院毕业论文 22 填土下沉及侧向隆起量 m f D 第二 三 四项均为由于铺设土工材料而提高的承载力 第四项有时可以省略 4 2 土工材料用于加筋 加筋土是一种由土和抗拉力筋材的组合体 通过土与加筋之间的摩擦力使 之成为一个整体 对于一般的无加筋的无粘性水平半无限土体 随着横向变形的逐渐增大 土楔体从静止状态为主动状态而破坏 如果在水平方向埋置有拉筋 则拉筋之间 的土层上下 被拉筋压紧 土和拉筋之间的摩擦充分作用 如果拉筋非常接近 则横向变形就和拉筋的变形相等 一般拉筋的弹性模量要比土的大几倍 所以横 向变形甚小 可以忽略不计 只要拉筋不发生破坏 土体内部应力状态几乎不变 于是无粘性土 在加筋方向获得和拉筋的抗拉强度相适应的表现粘聚力 如对应 于荷载条件 适应地配置加筋 加筋土就成为能够同时支撑外力和自重的结构体 实际应用中加筋提供的补强和稳定作用主要是侧向应变 加筋的刚度和土的类型 的函数 土工材料作为加筋一般要求有一定的刚度 新发展的土工格栅能够很好地与 土相结合 是一种好的加筋材料 与金属材料相比土工材料不会因腐蚀而失败 在桥台 挡土墙 海岸 码头支护建设中得到拉成功的应用 石家庄铁道学院毕业论文 23 第5章 土工材料的应用实例 5 1 工程实例一 1 工程概况 萧山市通惠路建于1994年 当时因建路将位于城区的北干山开 成路堑 两侧边坡形成既高又陡的陡崖且岩体较为破碎 边坡稳定性极差 通亮路 边坡高处距道路地面有70m 边坡坡度1 0 5左右 达坡形态起伏较大 局部有悬岩 分布 边坡岩性为岩屑石英砂岩 两例边坡除上部为少量强风化外 其余主要由弱 风化 微风化岩屑石英砂岩组成 两侧边坡面积达4 104m2 通惠路建成通车后对 两侧边坡多次进行排险处理 但最终未形成稳定 边按上虽已长有野草杂树但时常 发生石块坠落 给道路带来安全隐患 为保证交通安全必须对两侧边坡进行全面治 理 2 治理原则 作为城市道路边没治理首先是保证安全 其次要兼顾景观 并 且还要符合有关工程技术规范 通惠路边坡治理依据JTJ T019 98 公路上工合成 材料应用技术规范 采用高强度双向上工格栅网对两侧边坡进行裸露式防护治理 3 土工格栅材料 通惠路边技治理采用的土工格栅是江苏丹阳鼎泰工程有限 公司生产的LB0250聚丙燎材料土工格栅 每卷宽4m 长l00m 网将尺寸30mm 40m黑 色 经抽样检测技术指标 表5 1 符合规范JTJ T019 9B使用要求 表5 1 抽样检测技术标准 项目单位最大值最小值平均值试样数 纵向 抗拉强度 伸长率 应变10 强度 KN m KN m 25 8 14 0 24 3 24 3 12 1 22 6 25 1 12 7 23 4 6 6 6 横向 抗拉强度 伸长率 应变10 强度 KN m KN m 28 3 15 8 25 5 26 2 13 2 23 2 27 4 14 4 24 0 6 6 6 4 土工格栅铺设 锚杆施工 在边较上边沿和底部各打一排直径22mm钢筋锚杆 锚杆长3m 间距0 7m 局部较松散处增加锚杆密度 边攻上边沿锚杆的作用是加固岩体和悬挂 石家庄铁道学院毕业论文 24 土工格栅网 锚杆位置距崖边2 5m 边按底部锚杆用作土工格栅网的下部固定 铺设土工格栅网 铺设土工格栅前应先检查岩体按面 对一些已经松动的危 石用人工于以渭除 铺设土工格栅自上而下进行 土工格栅网悬挂在边垃上沿锚杆 上后 由人工用尼龙绳在边坡下部进行牵引 从坡上由人工缓缓下放 由于岩面不 平整 为保证土工格栅能与坡面紧贴 网与网之间有足够搭接 放网速度不宜太快 并且要及时调整土工格栅网的位置 土钉固定 土工格栅网悬挂后 采用人工吊篮方式在土工格栅上进行土钉业 每张网带三人一组共同完成 先将土工格栅拉直压紧使其紧贴岩面 然后凿眼安装 土钉 凿眼用直径16mm冲击电钻 土钉采用直径15mm螺纹钢镀锌加工而成 长度 在30 50cm之间 土钉间距为1m 呈梅花形布置 在格栅搭接部位土钉适当加密 垫片采用12cm l2cm厚3mm扁铁 格好搭接宽度不小于30cm 安装土钉时用锤子敲 击土钉使其强行打入孔中 然而拧紧螺帽垫片压紧土工格栅网 5 结束语 采用土工格栅对道路边坡裸露式防护具有经济 施工方便 并且在保证边技稳 定前提下能营造城市绿化景观 在城市边按治理个可推广应用 用土工格栅对道路 边技裸露式防护有以下问题需要进一步探讨 5 2 工程实例二 中关村科技园区西二旗南路的护坡方式原设计为混凝土挡墙 后变更为六棱砖 护砌 最后经过综合比较选定为三维土工网垫护坡方式 其施工步骤如下 a 坡顶和坡脚开挖沟槽 开挖沟槽前 对边坡按设计要求进行仔细平整 清除 边坡上的杂草 碎石等杂物 如边坡上的土质不适宜植草 则需覆盖一层厚度为 75mm以上的种植土 b 铺网 用竹竿或木棍穿于整卷网垫中心孔中 按照从坡顶至坡脚的顺序进行 铺设 铺设时应保持网垫端正且与坡面紧贴 不允许悬空 歪斜或有皱摺 网垫在 坡上 下两端各留有30cm 上端应向下弯曲与坡成600夹角并埋人士中30cm 下端 应留有30cm水平面 相邻网垫之间要搭接 搭接宽度大于5cm上下连接时 坡上部 分压住坡下部分10cm以上 c 固定网垫 网垫采用专用竹钉或v形钉呈梅花形固定 钉子的间距约为 30cm 每平方米大约使用10支钉子 在坡度较高时 坡上部使用的钉子的长度应长 于下部使用的钉子长度 网垫搭接处钉子的密度应增加一倍 固定好的网垫和坡面 不留间隙 若有悬空部分及时处理 然后用土回填上下沟槽并夯实 石家庄铁道学院毕业论文 25 d 撒土 在铺好的三维网垫上 均匀覆一层细土 厚度约为半个网高 e 撤草种 草种应科学选择 如夏季种植不宜选择冷季型草种 西二旗南路选 用的草种为狗牙根 其特点是耐高温 抗干旱 生命力强等 播撤时应选在无风天 气进行 避开高温多雨和低温寒冷季节 播种分为人工播种和喷播植草两种方式 人工播种是将草种与肥料及细土按1 10的比例均匀混合后 均匀的撤在网垫上 边坡靠上部分应适当增加草籽用量 播撤完毕后 用扫帚轻扫一遍 以保证草籽全 部落入网垫内部 然后均匀撤上一层细土 土的厚度以覆盖住网垫为宜 轻微拍实 然后覆盖稻草 草帘或土工织物等 覆层应均匀且不宜过厚 以盖住坡面为宜 以 保湿 喷播植草又叫机械液力喷播或植被喷植 就是将草籽与肥料 保水剂 粘合剂 纤维等辅助材料按一定比例均匀搅拌 利用专用液力喷播机进行喷播 然后覆盖土 工织物或草帘进行保湿 覆盖物在草长出数厘米后除去 f 养护 施工完毕后 要进行浇水 施肥等养护工作 浇水应呈雾状喷洒 时间宜 选在早晨或傍晚进行 必须避开阳光强烈的时段 肥料应根据土质和草的生长期进 行科学选择 施肥要适量 适时 注意预防病虫等 5 3 工程实例三 堤身发生跌窝险情主要是由于其中有隐患 1991 年 6 月 14 日滁河大水 在跳 跃圩堤段有 61 处漏水洞 有的漏水洞口有碗口大 据介绍是因为白蚁凿孔贯穿堤身 所引起 跌窝常伴随堤身漏洞发生 一般宜结合漏洞处理 这类险情破坏了堤防完 整性 又缩短渗径 严重时有导致堤防突然失事的危险 故平时应注意发动群众捕 獾 鼠 蛇等 消灭白蚁 1998 年长江中下游出现较大跌窝 7 处 漏洞 232 处 抢护跌窝的具体方法是 1 翻筑夯实 这种方法适用于跌窝不太深 发 生在堤顶附近或背水坡 且不与河水相通 窝内无水 流出的情况 如图 5 1 处理时 首先清除窝内松土 选择与堤身基本相同的土料 分层 每层厚 30cm 夯实 如果跌窝内潮湿或有浸水现象 应迅速用于土或在湿 土中掺拌 l 10 1 5 的生石灰粉填筑夯实 图 5 1 跌窝翻筑夯实 石家庄铁道学院毕业论文 26 3 如果跌窝发生在堤身单薄 堤面较窄的堤顶上 则在挖填跌窝前应视堤身 稳定的需要 加筑外帮 如图 5 2 外帮可以全部采用袋土或在袋土与堤之间再填 散土 4 如果跌窝发生在迎水坡水下部位 可用袋土等物料将跌窝填实 再加做外 帮 如图 5 3 新近出现的土工管和土工包对抢护跌窝和崩岸也将有效 可以在今 后防汛抢险中试用 图 5 2 单薄堤身作外帮 图 5 3 迎水坡跌窝处理 总之 抢堵跌窝应查明原因 迅速抢堵 翻挖时 应注意边坡稳定性 必要时 尚需加大断面 作为支撑 以免坍塌扩大 跌窝抢护后 还应随时监测 若在堤防背水坡或堤脚处发现漏水通道 则一般在迎水坡有进水口存在 所以 抢护原则仍然应是前堵后排 即应先找到迎水坡的洞口 以土工膜等加以堵塞 切 不可盲目强堵出水口 洞口位置的探查方法一般有 袋土 1 看漩涡 水面上发生漩涡常是在漏洞进水口附近 如果漩涡不明显 可在 水面上撤些麦麸 谷糠 锯末粉或硬泡沫塑料碎块等一类的轻浮物 以便发现水面 游转集中的地方 2 人工探洞 若漏水量不大 可由数名潜水员成队沿堤坡潜入水中 用手摸 脚探 或用胸部贴近堤坡 感到有吸力的地方常是漏洞进水口 3 仪器探察 广东省近来采用探流杆进行探测 各地都有新的办法可参照使 用 具体的抢险方法如下 1 堵塞漏洞进水口 如果漏洞口数量多 口径小 洞口周围土又比 较软时 可用土工膜软体排堵在迎水坡洞口 软体 排周围压载封闭 切断洞口水源 如图 5 4 这种图 5 4 堵洞措施 2 若背水坡有跌窝且渗水严重 迎水面又有漏洞