土工合成材料 教学课件 徐超 邢皓枫 7防护protection

1、在线教务辅导网： :/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：土工合成材料防护作用Protection2主要内容3概述常用防护构件及其在水利工程应用软体排土工箱笼土工模袋土工包容系统土工网垫植被护坡土工合成材料防治道路反射裂缝 其他应用 4广义而言，但凡为了消除或减轻自然营力、环境作用或人类活动所带来的危害而采用的各种防范、加固措施都属于防护的范畴。针对土木工程领域，防护工程或防护措施主要针对水降水与地表水、风的侵蚀以及与地下水迁移引起的病害。包括：防止水流冲蚀和崩岸的治理，如护岸、护底工程；边坡和路堤的保护与治理，如滑坡崩塌治理工程；防止道路

2、路面反射裂缝；防止铁路基床翻浆冒泥；寒冷地区防止土体冻胀或冻土融化；防止土中水分迁移导致干缩或湿胀，或土壤盐渍化。 防护作用的根本概念河岸崩塌下部设置土工织物滤层Geotextile filter underneath not visible土工膜袋土工格室护坡常用防护构件软体排：单片或双片；内有充填砂或砂浆，或无充填物； 土工合成材料箱笼或土工格栅格宾； 土工合成材料包容系统：土工袋、土工包、土工织物长管袋、土枕； 土工织物模袋，内灌水泥砂浆或混凝土；土工网、三维植被网、土工垫、土工格室； 土工膜。 软体沉排软体排可分为单片排、双片排、护底排，其中包括有充填物的和无充填物的软件排等多种形式。

3、覆盖于可能发生冲刷的河床和岸坡上，使河床和岸坡土体与水流隔离开来，免受冲刷。在软体排上以抛石、预制混凝土块或联锁块体等作为压重，以防止排体被水流漂起或移动。优点是： 良好的整体性； 良好的柔性，能适应地面形状的变化，排上的压重下可以紧贴土面； 排体抗拉强度高、抗磨性能好； 耐久性好，使用寿命长。 软体沉排软体排的构成 软体排主要由两局部组成，即土工织物一般为有纺织物垫和其上的压重。以及 用于固定的筋绳，在排体之上每隔一定距离布设一根。以单片排为例。 软体沉排排体尺寸确实定 软体排顺水流方向的尺度称为排宽B，垂直于水流方向的尺度称为排长L。排体在长度方向上以枯水位为界分为水上局部和水下局部，排长

4、L就等于水上局部L1和水下局部排体长度L2之和。 排体水上局部的长度L1等于水上护坡长度和挂排锚固所需长度之和。 排体水下局部的长度L2由三局部组成：与水上局部连接所需要的长度；水下岸坡的长度；预留因冲刷而增加的排体长度。 软体沉排排体尺寸确实定 考虑河道靠近岸边，水下排长按深泓线法确定。l1与水上排联结和固定所需排长m；l2水下岸坡主体长度m，l3深泓线超长m，c1和c2分别为排体的折皱系数和收缩系数，分别取c1=1.4，c2=1.05；x枯水位时深泓线距岸边的水平距离m；H枯水位时深泓线处水深m；K平安系数，可取K=1.2。h冲刷深度m；m0水下冲刷稳定坡率，m0可取2.02.5。软体沉排

5、排体尺寸确实定 顺水流方向的排体宽度B 视需要保护的范围确定，应为保护区域的宽度、相邻排体搭接所需宽度和考虑排体收缩余幅之和。每块排体的有效宽度按下式计算： b0排体的制作长度m；b1相邻排体的搭接长度，一般不小于0.5m；b2收缩减小长度， 收缩系数，静水中取0.0150.024；动水中取0.0250.04 软体沉排软体排的结构设计：除了上述的结构型式和尺寸确实定外，还需要考虑两片排垫间的间距和充填物的重量，以保证排体的稳定性。需从以下几个方面对排体的各种稳定性进行校核：排体抗浮稳定性验算排体边缘抗掀动稳定性验算排上压重的抗滑稳定性排体连同压重沿土坡面的抗滑稳定性排面压重块本身的稳定性软体排

6、末端的防冲结构形式的选择软体沉排软体排的结构设计：排体抗浮稳定性验算水下排体既受排体自重与压重的向下作用力，同时又受到排体上下水头差引起的浮力的作用，只有当排体的自重加压重超过浮力时，才能保证排体的抗浮稳定性。 软体沉排软体排的结构设计：排体边缘抗掀动稳定性验算任何情况下当两块排体搭接时，均要求上游排的下游端边缘压在下游排体上，如果情况相反，或因水流方向逆转，那么排体边缘将有被掀动的可能。水流经过搭接处，流线向上弯曲，使该处排体所受的水压力发生变化，边缘上下产生了压力差，该压力差表现为向上的浮力Umax，其大小与搭接处的局部流速的平方成正比。实际流速应小于： 软体沉排软体排的结构设计：排上压重

7、的抗滑稳定性加在排面上的压重块石或混凝土块，应进行沿排面的抗滑稳定性分析。假设土坡的坡角为，压重块与排体间的摩擦系数为 假设在水下用水下值，那么抗滑稳定条件为假设考虑稳定平安系数为Fs，那么 软体沉排软体排的结构设计：排体连同压重沿土坡面的抗滑稳定性软体排滑动体所承受的力不仅有自重和浮力，而且还有排体上下水压力差引起的上托力水头 ，抗滑稳定要求： 当通过上述验算，抗滑稳定性不满足或平安储藏缺乏时，可以采用在排体一端或上下两端锚固的方法以提高排体的稳定性。 排体与压重的饱和容重kN/m3； 排体与压重的总厚度m；fsg排体材料与坡面之间的摩擦系数，用水下值，由试验测定。软体沉排软体排的结构设计：

8、排面压重块本身的稳定性压重块单块的尺寸也有一定的要求以防在水流和风浪作用下失稳。这种失稳的可能性与流速有关。流速愈大，要求单个石块重量也愈大。排体上要求的压重可根据图示确定。当流速为3m/s时，压重可用1kPa。软体沉排软体排的结构设计：软体排末端的防冲结构形式的选择为防止排体万一被架空而受拉，水下软体排末端应采取一定的防冲刷措施，具体的防冲措施的形式可按照可能的冲刷深度确定。 软体排施工要点 软体沉排的具体施工方法应根据排的类型、大小、地形 、气候、水情等条件，以及水上作业还是水下作业、机具能力等因素因地制宜地确定。施工工序包括：场地准备、排体制作、沉排和压载。水上沉排，以单片排为例，按以下

9、步骤进行：排体铺放：将排卷在钢管上，移至坡顶，与坡轴平行放置，一端固定在系排桩上，倒转钢管使排体顺坡缓慢展开； 排体的搭界：二排片之间搭接50cm，上游排片压在下游排之上； 压载：排体应及时压载，防止被风掀起；经过抗老化处理的排体，压载覆盖的时间也不得超过72h；压载重量按设计要求执行，压载的自由落体高度应进行现场试验确定，以不致击伤排片为宜。土工箱笼土工合成材料石笼又称为土工格宾geo-gabion，它是采用土工格栅，土工网绳或条带，或土工网等土工合成材料做成的各种网格或箱笼块体，内装块石、砾卵石或块状废料等而形成的柱体或块体。 土工石笼的形状有园柱管状和矩形等几种，圆柱状石笼可在坡上滚放，

10、用作土工织物垫的压重和护脚；矩形石笼常堆叠成墙体保护陡坡，填筑成堤坝状作为丁坝、顺坝或矶头，或作为软体排的压重等。 土工箱笼土工箱笼土工石笼的结构设计 土工石笼因其体积大，大重量，稳定性好，常被用于环境恶劣的深水急流处的护坡护底工程中，或者用在抗击较大的水土推力的部位。石笼由于重量大，一般不需要作抗浮的验算，其可能的失稳型式有沿坡面整体滑动、受风浪而浮动或移位等，要有足够的尺寸和相应的重量来保证其稳定性。水流作用下的抗滑稳定性验算 抗滑稳定措施 土工箱笼水流作用下的抗滑稳定性验算 在江河水流作用下，石笼要防止失稳，必须到达一定的直径，即直径D应满足下式： 为增强其抗滑稳定性，石要求笼其上、下端

11、设锚固措施，如上端设桩或以锚钉固定，下端嵌入事先准备好的脚槽中。 土工箱笼土工石笼的应用 将长方体的石箱笼堆叠在土坡的外侧，或单独使用，或与其他工程措施联合，进行边坡防护的工程实践已很普遍，如挡墙、公路路基、路堑边坡防护等。土工箱笼土工石笼的应用 用于丁坝、顺坝、锁坝水流湍急处：丁坝直接受水流和波浪冲击，尤其在矶头局部常要做成梨形，对其坡面和底部要严加防护。这时，可用土工织物软体排做护底，其上再建堆石丁坝或土心丁坝，水流湍急处抛石笼抗冲。锁坝是在枯水期拦断河叉的水工建筑物。在中、高水位时，坝面全面过流，坝顶和下游可能引起严重冲刷，可用软体排护底，坝顶及下游坡可考虑以石箱笼等保护。 土工模袋 土

12、工模袋是以有纺土工织物制成的双层织物袋，袋中充填混凝土或水泥砂浆，凝固后可形成大面积、较高强度的护坡板块。可以用作水下衬砌，也可用于水下护底。优点：适应性强，可按工程要求制成不同大小、厚度和几何形状的护坡模袋；浇注时模袋具有很大柔的，成型后的护坡体能够适应地形起伏变化，紧贴地面;可以水下施工，无需作围堰或断流。模袋的缺乏之处主要是护面板块刚性很大，无法象软体排一样适应局部基土发生掏蚀产生的沉降变形。另外，造价也较高。 土工模袋 土工模袋的根本形式土工模袋有多种类型，按充填材料的不同，模袋可分为充填砂浆型和充填混凝土型；按模袋是否设置滤水点排水点可分为：无滤水点模袋和带滤水点模袋。按刚性程度的不

13、同，土工模袋又可分为完全刚性的或半刚性的。 土工模袋 土工模袋的设计，包括模袋选型、厚度确定、稳定性计算和排渗措施考虑等。模袋的选型应根据工程现场地形起伏状况、水流条件、工程类别及其重要性等因素综合考虑确定。所有制模袋的土工织物的孔径应满足反滤准那么的要求，强度应能平安承受充灌压力； 每个模袋的尺寸应在两个方向预留足够的余度，以适应收缩磨损等损失之需； 进料口的个数与位置应均匀分布，每个进料口可控制大约15m2左右面积； 每块模袋的上缘与下缘应预留挂袋用的部件。 模袋形式充填物充填厚度（cm）工程应用砂浆型有、无滤水点水泥砂浆6.5临时性工程1015护坡、渠道、内河航道工程混凝土型无滤水点混凝

14、土1520护岸、码头工程3070海岸防护工程土工模袋 模袋厚度确实定：模袋应能够抵抗弯曲应力、在水下漂浮和冬季坡前水体冻胀水平推力将其上移，因此模袋所需厚度应根据抗弯曲、抗漂浮、抗冰推力等因素综合确定，取下面三种估算值的最大者。例如从抵抗弯矩的角度，厚度应满足：还应从抗漂浮和抗水平推力的角度进行验算。土工模袋 模袋的稳定性分析：土工模袋不允许在沿坡面上的分力作用下产生滑动，抗滑稳定性的平安系数Fs应满足：土工模袋 为提高模袋的抗滑稳定性，可采锚固、支撑基座或其他抗滑措施。 土工模袋 模袋排渗能力的验算如果模袋排渗能力缺乏，模袋底部就会积水，这对模袋的稳定不利。为保证模袋稳定，在设计时，应按下式

15、估算排水孔数量n，如果不满足，应该增设排水孔。 土工模袋 土工模袋的施工要点 充填骨料的最大粒径不得大于泵送管道直径的三分之一；严格控制充填塌落度； 充填泵送压力不宜小于200kPa，泵送距离一般不超过50m；当水深超过2m的水下施工，应有潜水员配合控制施工质量，并确保潜水员的人身平安。 土工网垫植被护坡 仅仅雨水冲蚀的裸露的自然边坡和人工边坡，不需要模袋、软体排等护坡。在地形、气候等均适宜的条件下，采用植被护坡，实践证明不仅可以有效地保护坡面不受风雨侵蚀，而且可净化空气、美化环境，表达环境友好的理念; 同时它又能够适应边坡的变形而不易损坏。在有些情况下，人工植草难度很大，当草籽尚未生长扎根，

16、一遇风雨侵蚀，草籽就会被带走，干旱的坡面也使草籽难以成活。因此植被护坡必须解决保护草籽和修养水分的问题。 采用土工网、三维土工网垫，有时也用土工格室可以较好地解决这些问题。 土工网垫植被护坡 土工网是一种平面结构，由聚丙烯绳等制成。其作用主要是防止土的流失，并对边坡土起一定的加筋和固土作用。 土工网垫是一种由细聚乙烯丝制成的有一定厚度的三维柔性空间网状结构物。将网垫平铺在坡面上，草籽和有机土撒布在网的空腔内，网垫的存在可有效保护草籽和有机土不被雨水冲刷，并保存一定水分，有利于草的生长。 土工网垫植被护坡 植被防护的设计 植被防护设计的内容包括：确定植被护坡的合理性与必要性，确定植被防护的范围和

17、草种的选择。土工网垫植被防护适用于简单防护措施如砌石护面、喷浆护面等不能解决问题，但采用混凝土护面又有余量的情形。植被防护并非万能，需进行必要性判别。 土工网垫植被护坡 植被防护的设计草种的选择：草种的选择应根据当地的气温、降水、土质条件以及边坡的坡度等进行优选，必要情况下进行试种。选择的草种应符合以下条件：对土质条件适应能力强，耐盐碱； 对环境包括气温、降水条件适应能力强，耐旱、耐涝、耐寒； 植物生长快，根系长且发育，绿叶期长； 价格适宜。 土工网垫植被护坡 施工要点 准备工作：要清理坡面杂物，整平坡面；摊铺植土 5075mm，并轻轻压实；在坡顶和坡底开挖锚固沟，深30cm，宽15cm； 铺

18、设土工植被网：在坡面铺设植被网，铺设要平顺，但不用拉紧；网片之间搭接10cm；植被网在坡顶和坡底处埋入锚固沟内； 植被网的固定：用防滑钉U型钉、塑料钉或钢钉按1.5m间距将植被固定在坡面上，在锚固沟内也应设钉固定；播撒草籽：撒草籽于网内，用松土覆盖，再撒草籽，轻轻压实土面； 应防止在寒冷季节或高温多雨季节施工；播撒草籽后应根据气候条件进行养护。土工网垫植被护坡 植被护坡应用实例 我国长荆铁路边坡绿化的工程采用三维土工网垫固土保墒。土工网垫能缓解雨水集中，有效地解决边坡冲刷，有利于护坡植被的生长，与传统护方法相比，可节省投资3040%。 道路反射裂缝的防治 反射裂缝的形成 道路经过一定时期的运行

19、后，路面出现裂缝是常见的现象。反射裂缝是指路基中由于某种原因先有了裂缝或新建道路半刚性基层对沥青面层的影响，通过应力传递，向上开展，反射及于路面，致使路面面层出现裂缝。 基层产生裂缝可能有两方面的原因：一是因负温或干缩，可称为温度裂缝；二是由于道路受长期重复荷载作用导致疲劳，可称为荷载裂缝。 道路反射裂缝的防治 采用土工合成材料防止道路的反射裂缝，是将特定的土工材料按一定的技术要求铺设于旧沥青路面、旧混凝土路面的沥青加铺层的底部，或者用于新建道路沥青面层底部，以减少或延缓旧路面对沥青加铺层的反射裂缝，或半刚性基层对沥青面层反射裂缝，到达保护道路面层的作用。用于防治道路反射裂缝的土工合成材料有土

20、工织物和玻璃纤维格栅又称玻纤网。玻璃纤维网：孔眼尺寸宜为其上沥青面层材料最大粒径的0.51.0倍，抗拉强度Tu50kN/m，最大负荷延伸率不大于3%。针刺无纺土工织物：单位面积质量应不大于200g/m2，抗拉强度Tu8kN/m，耐温性宜大于170 道路反射裂缝的防治 防治原理：将玻纤格栅设置于沥青路面与基层之间，格栅刚度大，抗拉强度高，主要起到加筋作用，限制面层的应变，从而限制裂缝在面层的开展。 在路面与基层之间设置延伸率大的无纺土工织物，作为应力吸收膜，当拉应力上传至织物时，透过织物的拉伸变形将应力予以吸收，从而阻断拉应力向沥青路面的传递。 道路反射裂缝的防治 施工要点旧路面整平：填平局部坑

21、洼，采取灌浆或其他措施处理已有的裂缝或空洞；土工合成材料铺设：用固定器固定一端，铺放材料，拉紧，固定另一端，拉伸率约为1.01.5%； 材料的搭接：土工织物，纵、横向搭接宽约为45cm；玻璃纤维网，那么横向搭接宽810cm，用固定器固定；纵向搭接宽58cm，用尼龙绳绑扎，间距不超过1.5m。 洒粘层油：对土工织物，铺放前先洒粘层油0.30.4kg/m2，铺上织物后，再在其上洒粘层油0.40.6kg/m2；对于玻纤隔栅，那么先铺玻纤网再洒粘层油，用油量为0.40.6kg/m2。摊铺沥青面层其它防护工程简介 利用土工合成材料处理膨胀土 膨胀土引起地基路基变形的内因是岩土含有大量的亲水矿物，外因那么

22、是湿度含水量的变化，因此膨胀土地基路基的治理也从两个方面入手。 处置膨胀土的措施大致有三类：换填，采用非膨胀性材料置换膨胀土地基；土质改进，在膨胀土中掺入非膨胀性材料或使膨胀土失去膨胀性的材料，如石灰；采用防水、排水措施，以维持地基路基土中含水量的均衡。采用土工膜处置膨胀土填方路基，可在路面下全断面铺设一层土工膜，两侧不能暴露于基床外，铺设时应平整无褶，连接时采用焊接或搭接方式，搭接宽度 30cm，搭接时应使高端压在低端之上。接着应及时铺设一层10 cm的中粗砂保护层，并设不小于 4 %的横向坡度以利排水，经人工整平后碾压，再填筑上部基床材料，完成后续道路工程施工。 其它防护工程简介 利用土工

23、合成材料处理膨胀土 长荆铁路 DK64 + 240DK 65 + 760 段位于湖北省京山县境内 ,路堤全长 1 520 m,路基面宽6.7m，路堤高 610 m，填料为中 弱膨胀土。为增强路堤边坡稳定性 ,采用铺设土工格栅、土工网垫加筋和护坡。其它防护工程简介 利用土工合成材料防止路基盐泽化 盐泽土形成的机理：蒸发作用使土体失去水分，而盐分易溶盐在土体中的累积。盐泽土形成的条件：蒸发作用、适宜的土壤条件、持续的水分补给毛细水。从气候条件上讲，气候枯燥的区域，降水量远小于蒸发强度，溶滤作用弱，蒸发强度大的地区，容易产生盐泽土；从土质条件上，颗粒粗细适度的粉土，毛细上升高度比较高，毛细水运动速度快，有利于盐分的聚集；从地下水角度分析，地下水位较高，毛细作用能够到达地表或接近地表，并且附近有地表水补给，那么次生盐泽化会比较严重 盐泽土地特性：在枯燥状态时，土的强度会提高；而当土中含水量增加时，盐泽土的强度会急剧降低；对于硫酸盐盐泽土，由于硫酸盐结晶吸水体积膨胀与析水干缩将导致土体结构破坏，因此土的强度会随含盐量的增加而降低。 其它防护工程简介 利用土工合成材料防止路基盐泽化从盐泽土形成的机理上，应该从阻断毛细水上升的角度来防治盐泽土地基路基的工程危害。 根据?铁路路基土工合成材料应用技术标准?TB10118-99，可以采用复合土工膜隔