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堤岸护坡工程
近20年来,随着土工合成材料的应用和发展,堤岸护坡结构也发生了重大改进,其中应用最广的是用非织造土工织物代替传统的砂砾石作为滤层,其次是混凝土模袋护坡技术的应用。
一、块石和混凝土板的土工织物滤层护坡
这种滤层护坡的结构一般包括三层,最上一层为块石或混凝土护面层,最下一层紧贴土体的为土工织物滤层,二者之间视具体情况所需,可设置垫层。
(一) 块石和混凝土护面层
在波浪作用下,干砌块石护面的厚度可按下式计算:
(4-1)
式中:t为干砌块石护坡厚度,m;Kl为系数,,;γb为块石的容重,kN/m3;γω为水的容重,kN/m3;H为计算波高,m(d/L≥,取H4%;d/L<,取H13%。d为堤前水深,L为波长);m为坡率,m=ctgα(α为斜坡坡角)。
采用抛石或人工块体护面,当边坡系数m=~,在波浪作用下,单个块体的质量和护面层厚度可按下式计算:
(4-2)
(4-3)
式中:Q为单个石块质量,t为护面层厚度(当护面由两层块石组成时,~,但应有50%以上的块石质量大于Q);H为计算波高(当平均波高与水深的比值H/d<,宜取H
5%;当H/d4≥,宜采用H13%);n为块石的层数;KD为稳定系数; C为系数,可按表4-1取值。
表4-1
抛石护面的KD和C值
 
构造形式
KD
C
块石抛填二层


块石安放(立放)一层

~
四脚锥体安放二层


扭工字块体安放二层
18(H≥)
24(H〈)
(随机安放)
(规则安放)
混凝土板整体稳定所需的板厚度可下式计算:
(4-4)
式中:t为混凝土板厚度,m;η为系数,;H为计算波高,m(取H1%);γc为混凝土容重,kN/m3;B为顺坡方向的混凝土板长度,m。
混凝土板护坡除预制板和现浇混凝土板外,还有不同形式的联锁混凝土板。
(二) 护坡垫层
护面块石与土工织物层之间宜设置垫层,其作用一是防止块石棱角在施工和护坡运行过程中刺破土工织物,二是可以均布面层的压力,减少块石空隙,防止织物受波浪力作用局部与基土脱离,此外还可减免阳光穿过块石空隙直射土工织物。垫层的材料以不带尖角的碎石为宜。砌石垫层的厚度不宜过厚或过薄,一般可取10cm左右。抛石护坡垫层的厚度宜适当加厚。其粒径可按下式确定:
d100〈1/2D50
(4-5)
d50≈1/4D50
(4-6)
式中:dl00、d50分别为垫层材料的最大粒径和平均粒径;D50为护面块石的平均块径。
(三) 土工织物滤层
护坡土工织物滤层在侧向或斜向水流和正向波浪作用下工作,因此,土工织物的水力特性应根据基土土质按第二章所述的紊流动力作用下的透水保土准则确定等效孔径和渗透系数。
当护面层为混凝土板的情况下,用作滤层的土工织物应采用非织造织物,而且宜全面铺设。这是由于非织造土工织物具有良好的平面透水性,而且有一定厚度,有利于基土的排水,如图4-1所示。如果基土的渗透系数较大(如大于A×10-3cm/s),可考虑顺板间分缝呈条带状铺设。对于块石护坡和基土渗透系数较大的混凝土板护坡,在确认满足透水保土要求、不至严重淤塞的条件下亦可用织造土工织物作滤层。
图4-1   混凝土板下不同织物垫层时的水流形态
l一混凝土板;2—砂砾垫层;3一薄型土工织物;
4一厚土工织物;5
—基土
对于特殊土如分散性粘土,用作滤层的土工织物应通过专门试验确定。
土工织物的厚度和强度与工程条件、施工方法有关。从构造要求考虑,采用非织造土工织物时,其单位面积质量一般不应小于400g/m2,抗拉强度不小于10kN/m。织物的原材料以聚酯(PER)和聚丙烯(PP)为主。
(四) 土工织物滤层护坡的抗滑稳定
按极限平衡法计算护坡沿土工织物层的抗滑稳定安全系数:
Fs=f/tga
(4-7)
式中:Fs为安全系数,土基按GB50286—98规定的土堤抗滑稳定安全系数(表4-2)取值;f为垫层材料(或混凝土板)与土工织物或土工织物与坡土之间的摩擦系数;a为堤岸坡角。
表4-2
土基上织物滤层护坡安全系数
 
工程等级
1
2
3
4
5
防洪标准
[重现期(年)]
〉100
〈100且≥50
〈50且≥30
〈530且≥20
〈20且≥10
正常运用条件





非常运用条件



1.