水土保持工程课程(第四章)

第四章坡面治理工程 山坡固定工程 第二节沟头防护工程蓄水式沟头防护工程和排水式沟头防护工程两类 第一节斜坡固定工程挡墙 抗滑桩 削坡和反压填土 排水工程 固坡工程等 本章重点 难点 斜坡固定工程中的挡墙 削坡开级 植物固坡措施 沟头防护工程中的蓄水式沟头防护工程的作用与应用 第一节斜坡固定工程 Stabilizingworksonslope 一 斜坡概念与分类 1 斜坡 向一个方向倾斜的地段称为斜坡 斜坡由坡面 坡顶及其下部一定深度的坡体组成 图4 1斜坡的组成1 坡顶面 2 坡肩 3 坡面 4 坡脚 5 坡体 第一节斜坡固定工程 斜坡分类 第一节斜坡固定工程 挡墙 1 挡墙 Retainingwall 挡墙又叫挡土墙或挡水墙 可防止崩塌 小规模滑坡及大规模滑坡前缘的再次滑动 图4 2挡墙横断面图1 重力式 2 半重力式 3 倒T型 4 扶壁式 5 支垛式 6 棚架扶壁式 挡墙的构造 重力式 半重力式 倒T型或L型 扶壁式 支垛式 棚架扶壁式和框架式等 第一节斜坡固定工程 挡墙 框格笼挡土墙 重力式挡土墙 适用于坡脚较坚固 允许承载力较大 抗滑稳定较好的情况 弃土场 弃渣场的防护 长沙市人民路立交桥改造工程 通道两旁挡墙浇工程的施工场景2006年04月16日 第一节斜坡固定工程 挡墙 四川泸定县高速公路建设中的开挖隧道与劈山取土工程 第一节斜坡固定工程 挡墙 第一节斜坡固定工程 挡墙 1 稳固创面的挡土墙工程 如取土场 取石场 该类挡土墙工程又称山体固定式挡土墙 它是指在新开挖后破碎的山体表面 打钢缆锚或混凝土桩式地锚 表面喷射混凝土砂浆固定或铺钢丝网临时固定 并在网格中间植树种草 形成绿化区 不但起到良好防治水土流失效果 而且具有绿化美化环境和诱导视线的作用 但是其施工工艺比较复杂 工程造价较高 第一节斜坡固定工程 挡墙 2 稳定土体的挡土墙工程 弃土场和弃渣场 该类挡土墙工程种类较多 按其结构特点 分为石砌重力式挡土墙 现浇混凝土挡土墙和各种形式的预制拼装式挡土墙 每种类型又各有不同的形式 并按其经济性和实用性分别适用于不同的场合 预制拼装式挡土墙可以集中生产 造型美观 是今后发展的方向 第一节斜坡固定工程 抗滑桩 削坡 2 抗滑桩 抗滑桩是穿过滑坡体将其固定在滑床的桩柱 据滑坡体厚度 推力大小 防水要求和施工条件等 选用木桩 钢桩 混凝土桩或钢筋混凝土桩等 第一节斜坡固定工程 排水工程 4 排水工程 排水工程作用是通过减免地表水和地下水对坡体稳定性的不利影响 针对病害斜坡 第一节斜坡固定工程 排水工程 1 排除地表水工程 防渗工程包括整平夯实和铺盖阻水主要作用 防止雨水 泉水和池水的渗透 作用 一是拦截病害斜坡以外的地表水 二是防止病害斜坡内的地表水大量渗入 并尽快汇集排走 它包括防渗工程和水沟工程 截水沟一般布置在病害斜坡范围外 拦截旁引地表径流 防止地表水向病害斜坡汇集 图4 7滑坡区的水沟工程 排水沟一般布置在病害斜坡上 呈树枝状 充分利用自然沟谷 在斜坡的湿地和泉水出露处 可设置明沟或渗沟等引水工程将水排走 第一节斜坡固定工程 排水工程 水沟工程包括截水沟和排水沟 第一节斜坡固定工程 排水工程 2 排除地下水工程 作用 排除和截断渗透水 包括渗沟 明暗沟 排水孔 排水洞 截水墙等 渗沟的作用是排除土壤水和支撑局部土体 比如可在滑坡体前缘布设渗沟 渗沟深度大于2m 以便充分疏干土壤水 暗沟和明暗沟的作用是排除浅层 约3m以上 的地下水 排水孔作用是利用钻孔排除地下水或降低地下水位 排水洞的作用是拦截和疏导深层地下水 截水墙作用是阻止地下水沿含水层向滑坡区流入 第一节斜坡固定工程 排水工程 第一节斜坡固定工程 护坡工程 5 植物固坡措施 作用 可以降低地表径流流量和流速 从而减轻地表侵蚀 保护坡脚 植物蒸腾和降雨截持作用能调节土壤水分 控制土壤水压力 植物根系可增加岩土体抗剪强度 增加斜坡稳定性 植物固坡措施包括坡面防护林 坡面种草和坡面生物 工程综合措施 三维植被固土网垫技术 研究的热点 该法是一种专用的人工合成材料 由多层塑料凸凹网和双向拉伸平面网组成 并在交接点处经热溶后粘结而成一种稳定的立体网状结构 有以下特点 1 由于网垫表面粗糙不平 使地表径流和风在其表面产生无数小涡流 这不仅可以促使水流和风的携带物沉积在网垫中 还对网垫下面松散的表土有很好的保护作用 第一节斜坡固定工程 护坡工程 2 在网垫上下层之间有很大的空间可以播撒苗木种子和草种 苗木和草皮长成后 与网垫及泥土三者形成一种牢固的复合嵌锁体系 可以防止暴雨及狂风的冲袭 既美化了环境 还可有效吸收机动车尾气中的有害物质 3 与传统方法相比 该方法具有体积小 重量轻 便于运输 施工工艺简便 工程造价低等显著优点 可成为替代传统工艺的成熟方法之一 三维植被固土网垫技术有以下特点 第一节斜坡固定工程 护坡工程 三维植被固土网垫 第一节斜坡固定工程 护坡工程 6 护坡工程 护坡工程是为了防止坡面的崩塌 常见的护坡工程有 干砌片石和混凝土砌块护坡 浆砌片石和混凝土护坡 格状框条护坡 喷浆和混凝土护坡 锚固法护坡等 第二节沟头防护工程 Protectionworksforgullyheads 黄土高原地区一般沟头每年可前进2 3m 沟谷扩宽2m以上 给工农业生产造成严重危害 1 造成大量土壤流失 沟头集水面积小而侵蚀量大 崩塌 滑坡的疏松体和沟床下切是沟蚀的主要侵蚀沙源 大大增加沟道输沙量 2 毁坏农田 沟头延伸和扩张 毁坏了大量农耕地 使可耕地面积逐年减小 沟谷逐年扩大 3 切断交通 沟头侵蚀不断发展 直到分水岭 沟谷还要下切和扩张 道路被隔断 影响山区交通和农业生产 根据防护的作用 可将其分为蓄水式沟头防护工程和泄水式沟头防护工程两类 第二节沟头防护工程 蓄水式沟头防护工程 一 蓄水式沟头防护工程 沿沟边修筑一道或数道水平半圆环形沟埂 拦蓄上游坡面径流 防止径流排入沟道 适用于沟头上部来水较少 沟埂的长度 高度和蓄水容量按设计来水量而定 分为沟埂式与埂墙涝池式两种类型 1 沟埂式沟头防护 P77 79 在沟头以上的山坡上修筑与沟边大致平行的若干道封沟埂 同时在距封沟埂上方1 0 1 5m处开挖与封沟埂大致平行的蓄水沟 拦截与蓄存从山坡汇集而来的地表径流 图4 15封沟埂与蓄水沟断面图 第二节沟头防护工程 蓄水式沟头防护工程 沟埂式沟头防护工程的设计 1 封沟埂位置的确定 2 封沟埂的高度 3 蓄水沟的深度 4 沟埂的长度及道数 第一道封沟埂与沟顶的距离 一般等于2 3倍沟深 至少相距5 10m 以免引起沟壁崩塌 各沟埂间距可用下式计算 L H I式中 L 封沟的间距 m H 埂高 m I 最大地面坡度 封沟埂断面设计 长度 埂高和蓄水沟深 根据沟头地形坡度 所能获得和蓄水容积 设计来水量 土质等条件决定 具体步骤如下 1 初步拟定沟埂的尺寸及长度 算出沟埂的蓄水容积V 2 按10 20a一遇暴雨计算设计来水量W 3 若V接近于W 则设计沟埂断面满足要求 若W比V小得多 可缩小沟埂的尺寸及长度 若W大于V 则需要增设第二道封沟埂 第二节沟头防护工程 蓄水式沟头防护工程 封沟埂蓄满水之后 水将溢出 为确保其安全 可在埂顶每隔10 15m的距离挖一个深20 30cm 宽1 2m的溢流口 并以草皮铺盖或石块铺砌 使多余的水通过溢流口流入下方的蓄水沟埂内 沟头沟岸围堰式封沟埂 沟道上游封沟埂 国家重点治理区辽宁西部大凌河流域 沟头多层围堰式封沟埂防护工程 第二节沟头防护工程 蓄水式沟头防护工程 第二节沟头防护工程 蓄水式沟头防护工程 2 埂墙涝池式沟头防护当沟头以上汇水面积较大 并有较平缓的地段时 则可开挖涝池群 各个涝池应互相连通 组成连环池 以最大限度地拦蓄地表径流 防止和控制沟头侵蚀作用 同时涝池内存蓄的水也可以得以利用 发展集水高效农业 重点推广的技术 埂墙涝池式沟头防护示意图 第二节沟头防护工程 泄水式沟头防护工程 二 泄水式沟头防护工程 适用条件 1 沟头集水面积大且来水量多时 沟埂已不能有效地拦蓄径流 同时沟壁较陡 2 受侵蚀的沟头接近村镇 威胁交通 而又无条件或不允许采取蓄水式沟头防护时 必须把径流导至集中地点通过泄水建筑物排泄入沟 沟底要有消能设施 泄水式沟头防护工程有悬臂跌水 陡坡跌水和台阶式跌水3种 设计标准 20 30年一遇暴雨洪水 问题 与蓄水沟头防护工程设计标准区别 第二节沟头防护工程 泄水式沟头防护工程 1 悬臂跌水式沟头防护在沟头上方水流集中的跌水边缘 用木板 石板 混凝土板或钢板等作成槽状 使水流通过水槽直接下泄到沟底 不让水流冲刷跌水壁 沟底应有消能措施 可用浆砌石作为消力池 或用碎石堆于跌水基部 以防冲刷 计算实例见书P79 84 图4 16悬臂跌水断面图 第二节沟头防护工程 泄水式沟头防护工程 2 陡坡式沟头防护 陡坡是用石料 混凝土或钢材等制成的急流槽 因槽的底坡大于水流临界坡度 所以一般发生急流 陡坡式沟头防护一般用于落差较小 地形降落线较长的地点 为了减少急流的冲刷作用 有时采用人工方法来增加急流槽的粗糙程度 图4 18陡槽式挑流跌水结构简图 第二节沟头防护工程 泄水式沟头防护工程 3 台阶式跌水沟头防护 此种泄水工程可用石块或