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1、防护功能一、防护作用及其应用举例防护作用具有广泛的涵义。为了消减自然现象、环境影响和人类活动对堤坡和岸坡造成 的危害，常要采取适当的防护措施。岸坡防护包括河岸、湖岸、海岸等的防水流冲刷，波浪 冲击等，这类防护措施古已有之，有许多迄今仍在继续采用。传统的防护办法有利用埽枕、 柴排、石笼、抛石保护岸坡或打护坡桩等。它们虽然也能起到护坡的良好作用，但耐久性较 差，常要不断维修。根本的弱点，是它们放在被保护土面上，不具有反滤功能，受水流冲蚀 和潮浪淘刷抽吸的作用，被保护土颗粒容易被水流带走，导致剥蚀和坍塌。土工合成材料的发展，为上述岸坡防护提供了新的途径，简单地说，只要在被保护士面上 覆一层有良好反滤
2、性能的土工织物，压上一定盖重，即能有效地保护岸坡不受水流和波浪等 的破坏。不仅如此，土工织物质轻、耐腐、有柔性、整体性强、价廉、施工简便，它们在防护工 程中的推广应用正在迅速发展。其实，这类材料不只有抗水流的能力，它们的产品之一一一 泡沫塑料板(聚苯乙烯EPS)在岩土工程中还被用于防止土体冻胀。水利工程中利用土工合成材料的常见防护工程有：(1) 江河湖海岸坡防护。(2) 水库岸坡防护。(3) 水道护底和水下防护。(4) 渠道和水池护坡。水闸护底。(6) 岸坡防冲植被。(7) 水闸、挡墙等防冻胀措施等。土工合成材料用于防护的范围很广，本节仅介绍利用软体排、模袋和三维植被土工网作 岸坡防护，利用土
3、袋、土枕及土工管筑堤坝护坡等，其他利用可举一反三。二、防护制品防护用的土工织物应符合反滤准则和具有一定的强度。由于要受到往复双向水流作用，对 织物应有更高的反滤要求，故应符合或2-1)，同时强度也应符合第一节“五”中的规定。为 满足防护的各种特殊需要，应先将土工合成材料预制成符合一定需要的制品。举例说明如下。1. 土袋、土枕土袋、土枕是以织造型（有纺）土工织物缝制成的管袋形制品。土袋尺寸较小，类似于一般 草袋，充填土料后成为块状土体，可用于堵塞洞坑，建筑堤坝，或作为压载。土枕是尺寸较 大的长土袋，直径可达0.41m，长度可达数米或更长，一般沿长度每隔0.5m要绕一道横 箍，它们既能作筑堤坝的填
4、充体，又可作为压重。2. 软体排软体排是用织造型土工织物缝制成的大片排布，分单片和双片两种，单片排四周边和中 间缝上纵横绳网，既加强排体，又可作为定位索之用，排上加压重块，保证其稳定；双片排 由双层土工织物缝制成，其中还缝有管袋，供充填土料，形成自身压重，它也需缝上纵横绳 网。软体排应用时，排体铺在需要防护的部位，再加上足够压重，即可防止土体被冲刷。3. 土工模袋前面已对土工模袋作了简单介绍，是由两层编织型土工织物缝成的四周封闭的袋体，放 于被保护岸坡上，并往其中浇注混凝土或砂浆，凝固成硬块体护坡。模袋由工厂预制，有不 同厚度、不同规格。此外，还有在现场缝制成的简易模袋。4. 泡沫塑料板块泡沫
5、塑料板块是由聚苯乙烯块锯成的薄板，其导热系数为土的1 /31/4，具有保温性， 放于混凝土板护面或土面上，可达到防止土体冻害的目的。三、设计原则（一）软体排护坡与护底1. 排体布置软体排布置于可能受冲刷破坏的部位，它的铺设范围及高程等应遵从堤防工程设计规 范GB50286-98的规定。排体顺水流方向的尺寸为排宽，垂直水流方向的尺寸为排长。枯水位以上为水上部分， 以下为水下部分。排体水上部分长度为坡面长和挂排所需长度之和；水下部分长度由与水上 部分衔接段长度、水下坡面长度（其中应包括排体褶皱和收缩长度）以及因坡底可能发生冲刷 需要预留的长度三部分组成。水上部分与水下部分长度之和为要求的排长。排宽
6、应为待保护 区的宽度、相邻排块搭接所需宽度和考虑排体收缩需预留的宽度之和。相邻两块排的搭接宽 度一般为0.5m，上游排块盖在下游排块上。2. 排体稳定性排体应始终处于稳定状态，故应进行排体的抗飘浮、抗沿坡面下滑和要求压载的验算， 要求的压载可参考规范，或参考图2-14。当水流流速不大于3m/s时，压载可为1kPa。为确保排体稳定，要求排体在坡顶和坡底给予锚固，底部为防止冲刷，锚固可采取沟埋 方式。坡底防冲非常重要，应根据具体条件做成有效的防冲结构，图2-15是几种参考形式。（二）土工模袋护坡1. 选型模袋有多种形式，应根据现场地形、工程类型和重要性以及水流条件等综合因素选型。 按工程类别选择时
7、，可参考表2-1。表2-1模袋选型参考模袋形式充填料充填厚度（cm）工程应用砂浆型，有、无滤水点水泥砂浆6.51015临时性工程内河航道、渠道护坡混凝土型，无滤水点混凝土15203070护岸、码头海岸防护2. 模袋稳定性一般情况下，模袋稳定性按其在斜坡上的抗滑安全系数Fs来评价（图2-16）Fs= （L3+L2cosa ） /L2sina fcs（2-15）式中：L2、L3为长度（图2-16）； a为坡角；fcs为模袋与土之间的摩擦系数，应由试验测定， 无实测资料时，可取0.5； Fs应不小于按SDJ218-84规定的数值。为了改善模袋稳定性，可以补充采取一些抗滑措施，参考图2-17。另外，模
8、袋底部的渗水应及时排除，如果模袋排渗能力不足，可以在模袋浇注后1小时， 在袋内插排水管，(三) 三维植被网植草护坡1. 护坡机理植被网是一种类似于丝瓜瓢状的植草土工网垫，以加入炭黑的尼龙丝加工制成。丝与丝 的交叉点熔合粘接，相互缠绕，质地蓬松，孔隙率在90%以上，在其孔隙中可填加土料和 草种。植草穿过网垫生长后，其根系深入土中，植物、网垫、根系与土合为一体，形成牢固 密贴于坡面的表皮，可有效地防止坡土被暴雨径流或水流冲刷破坏。以往植被网垫应用于无水或背水坡，目前国外已用于河道迎水坡防护，在有水流条件下， 植被起良好的消能作用，促进落淤。有报导说，在水流较深情况下，它甚至能抗御高达6m/s 的短
9、期流速，对历时两天的水流，也能经受4m/s的流速，这种植被可使流速显著降低。2.设计要点植被护坡设计主要包括判别采用植被的必要性；确定铺设范围；草种选择。(1) 植被必要性。坡上受冲刷破坏的程度与土类密切相关。另外对于水上坡，要不要防护， 决定于降雨强度；对于水下坡，则要看水流流速的大小。植被必要性判别，对于水上坡和水 下坡可分别参考图2-19和图2-20。(2) 铺设范围。植被应遍及要求防护的部位，在高程上，水上坡应铺到坡顶，再横向延伸 不少于0.5m；水下坡下端应至低水位以下1m(斜坡长)，上端应达高水位以上0.5m(斜长)。(3) 草种选择。各地气温、降水和土质条件等差别很大，应根据当地
10、大体情况，遵循几项 基本原则来选择草种：适应当地环境，如耐寒、耐旱、耐涝等；适应土质条件，如耐盐、耐 碱，耐酸等；生长期快，根系发育且长；价格经济等。(四) 土袋、土枕筑堤坝1. 堤坝形式土袋、土枕筑堤坝可以采取不同的形式，归纳起来可分为两类：全断面式，即整个堤 坝体均由充填土料的袋或枕堆成，其底部铺设透水织造土工织物垫层，坡面设置防护层。 土心填筑式，即堤坝中心部分为填土，两侧外坡用袋、枕堆筑，或填土后外部用土工织物整 体包裹，如图2-21(a)，或填土即是逐层包裹而成，它们的底部及背部为土枕，如图2-21(b)。2. 设计要点(1) 制作枕、袋采用织造土工织物，它们应符合反滤准则，且能承受
11、施工应力，其单位 面积质量应不低于130g/m2，抗拉强度应不小于18kN/m。(2) 为了保证袋、枕的稳定性，它们的尺寸应符合以下条件：L/B2.4L/H3.5 (2-16) 上式中的L、B、H、分别为填土后袋枕的长度、宽度和高度。土料充盈系数应不小于80%, 但也不宜过大，填土应压实到规定密度。（3）堤坝稳定性可按传统的圆弧滑动法验算。（4）堤坝外坡都必须作好保护层，例如块石或模袋混凝土护面等。第六节加筋功能一、加筋作用土体一般具有一定的抗压强度，但抗剪强度很低。设想有一块自由土体，即其侧面上全 无约束，在其顶面上施加压力，则在不大的压力下，土体即将被压坏。如果同样的一块土被 放进一个刚性
12、盒中，即其侧面受到完全约束，不可能有横向扩张，则在其顶面上加压，压力 虽然达到很大值，土块也不会被压坏。这个现象阐明了一个简单的道理：土体受压时，其破 坏与否与土的侧向变形大小有关，允许的侧向变形愈小，它能承受的压力将愈高，所以，要 提高土的承受能力，可以从设法减小其侧向扩张着手。加筋土正是利用了这一原理。在土体中的一定部位铺设水平方向的加筋材料，将土压实 后，土与加筋材密切结合成一复合土体（加筋土），当在复合土体的表面施加荷载，由于加筋 材与周围土之间有较大的摩阻力（有时尚有咬合力），限制了土的侧向变形，相当于在土体侧 面上施加了约束力。从上面的道理可知，这种复合土体的承压能力理所当然地得到
13、提高。以往人们只是从概念上懂得这个道理，一直到了本世纪的60年代，法国工程师维德尔 才从理论上建立了一套加筋土的设计方法，最初采用的加筋材料是金属条带，到70年代后 期，金属材料才逐渐被土工合成材料所取代。二、加筋材料和加筋土应用（一）加筋材料加筋土中的加筋材料通常采用织造土工织物、土工带和土工格栅等，只有当对强度和变 形要求不高时，才采用非织造土工织物。从以上的加筋原理得知，加筋在于最大限度地限制受压土体的侧向变形，而限制要靠土 体中的筋材与周围土的相互作用，为此，要求筋材与土之间应结合好，亦即两者之间应有较 高的界面强度（摩擦力与咬合力大）。此外，加筋材料的蠕变性应较低。蠕变性指材料受不变
14、 的拉力下，长度不断伸长的现象。蠕变使筋材承受拉力的能力不断下降。因此，在目前的加 筋材料中，土工格栅的蠕变性较低，是较为理想的加筋材料。（二）加筋土应用加筋土主要用于三个方面，形成三种类型的加筋土结构。1. 软土地基加固软土地基上建堤坝的困难在于土的抗剪强度低，承载力不足，压缩性过高。传统的方法 是将填筑速度放得极慢，以待在增加的荷载下软土固结，强度增加；或采取分期填筑方法； 或在堤坝两侧，将填土延伸一定距离，形成戗台或反压马道，以平衡部分促进滑动的滑动力 矩等等。这样，工期会拖得很长，费用高，有时填筑高度仍受到一定限制。而若在填筑之前， 先在场地上预铺一层织造土工织物或土工格栅，对地基进行
15、加固，可以较好解决这一难题。2. 堤坝边坡加筋堤坝如果将边坡做陡，不仅能减少填土方量，还可节约用地，是一举两得的好事。如果 地基的承载力较高，堤坝不致因坡度过陡而破坏，这时采用土工织物加筋陡坡即可达到此日 的。3. 加筋土挡墙它可以代替混凝土重力式挡墙。其最大优点是对地基的要求比重力式挡墙要低，抗震性 较好。这三种加筋土结构各有其不同的设计方法，下面分别作介绍。三、加筋土设计要求（一）软土地基加固1. 筋材及其布置地基加固用的筋材可为织造土工织物或土工格栅，使用时将它水平铺放在软基面上，两 端包折，如果土很软，可以先铺层薄砂，再铺加筋材，如图2-22（a）。如果一层筋材强度仍 不足，可在第一层筋材上填约0.51.0m厚度土层（最好是透水料），再铺第二层筋材，两层 筋材在端部连接起来。2. 稳定性验算根据软土层分布情况不同，稳定性验算分为两种：深层滑动和平面滑动。图2-22用底筋加固软基示意图1一筋材；2加筋力(1) 深层滑动。当软土层较厚，土坡失稳可能是沿某一圆弧面滑动的，如图2-22(b)。深层抗 滑稳定一般采用传统的圆弧条分法校核，在没有加筋前，可以通过试算求得堤坝土坡的最小 安全系数Fs1如下：Fs1=Mr/Mo(2-17)式中：Mr、Mo分别为土坡滑动部分的总抗滑力矩和总滑动力矩。当算得的安全系数Fs1小于规定的Fs
