三维网植被边坡防护技术研究_游明化

#岩土工程#

三维网植被边坡防护技术研究

游明化, 程 鑫

1

2

(11中铁十八局第六公司, 天津300222; 21沈阳中铁交通设计咨询有限公司线站科, 辽宁沈阳110013)

=摘 要> 在强调人与自然和谐相处的前提下, 近几年植被护坡技术在我国得到了迅速的发展。三维网植被护坡是近年来发展起来的一种新型护坡技术, 工程实践证明其护坡效果良好。通过理论分析, 并结合

实际图片及工程实例对三维网植被护坡技术进行了详细的介绍。 =关键词> 三维植被网; 护坡; 复合力学; 嵌锁结构; 坡面 =中图分类号> U 41711+2 =文献标识码> B

草本植物一般10天左右, 灌木要长一些。这期间网垫中的植物尚未发芽或刚刚发芽, 三维网可以保持草种牢固、均匀地分布在边坡上, 以免被风吹散或雨冲走, 同时三维网还可以起到有效地保护坡面免遭风雨侵蚀的作用。

坡面植被长成后, 三维网、植物根系及边坡浅层土体三者形成一个牢固的复合力学嵌锁体系, 这个复合体系的加筋锚固作用和植被的茎叶覆盖作用可以有效抑制狂风、暴雨径流对边坡的侵蚀, 增加土体的抗剪强度, 减小孔隙水压力和土体自重力等, 从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。212 固土作用

穿过网垫的植物根系可以看成纵横交错的预应力锚索, 其对坡面浅层滑坡体的加固作用非常明显。洛阳中建岩土工程材料有限公司经过试验得到如下结论:在草皮未形成前, 当坡面斜角为45b 时, 三维植被网垫的固土阻滞率高达9715%; 当斜面为60b 时, 其阻滞率也高达84%。即使坡面斜角为垂直时, 阻滞率仍可高达60%。也就是说, 本不应该或

图1 三维植被方格形网

1 三维植被网概述

三维植被网也称土工网垫或固土网垫, 是一种以热塑

性树脂为原料, 经挤出、拉伸等工序形成相互缠绕, 并在交接点处经热熔后粘结而形成的一种稳定的立体三维网结构, 图1(方格形网格) 为其中典型形式之一。三维植被网的下部结构由1~3层经双向拉伸形成的均匀的网格组成, 这种双向拉伸网具有延伸率低、强度高的特性, 起着防止坡体下滑的作用; 上部结构也和下部结构一样由1~3层的网格层组成。上下两层结构牢固粘结就形成了三维植被网。上部结构层和下部结构层的网格线要求各自平行排列, 但两者之间要交错排列, 一般设计为45b 角。粘结点设计在上部结构层和下部结构层的网格线交叉点处, 以提高

粘结牢度。

不可能存留土的垂直坡面上, 由于该网垫的存在, 仍可阻滞60%的土。因此, 三维植被网具有极好的固土效果, 远远胜于平面网。213 保温作用

三维植被网采用黑色网垫制成, 这可以有效地吸收大量热能, 增加地温, 从而达到促进种子发芽, 延长植物生长期的目的。在气温偏冷的北方使用植被网对边坡植被生长非常有利。

三维植被网的网格外观凸凹不平, 材质疏松柔韧, 具有很好的适应坡面变化的贴伏性能。三维植被网中90%以上的空间为孔隙, 其中可以充填土壤、草种等。成活后植物的根系可从整个植被网垫中舒适均衡地穿过, 深入地下长达015~2m 。这样利用深入边坡土体的植物根系和三维网的相互作用, 就可以使植被、网垫和坡后土体三者之间形成一种牢固的复合力学嵌锁体系。这个体系具有抗冲刷、固土、蓄水、阻风等功能, 从而达到保护边坡的目的。

三维植被网均采用高分子材料制成, 其化学稳定性可靠, 在地下寿命可长达50年~100年, 能在整个工程设计年限内发挥作用。另外如有特殊需要, 可采用降解型塑料, 植被网在数年后便可在土壤中自然分解。

3 三维植被网的性能指标

目前我国使用较多的三维植被网主要技术性能指标见表1。因生产厂家不同会有小范围变动。在边坡坡度较大时也可以使用加强型植被网, 但实际中应用较少。

2 三维植被网对植草坡面的作用

211 固定草种, 防风雨侵蚀作用

在施工完成的初期, 这个时间长短根据植物种类确定,

[收稿日期]2007-06-26

[作者简介]游明化(1981~), 男, 助理工程师。

107

#岩土工程#

早熟禾三种混播。该工程完工后边坡无明显变形, 整体稳

[1**********]

表1 标准型三维植被网主要技术性能指标标准型三维植被网(适用于坡度

单位面积质量(g /m ) 拉伸负荷(kN /m) 鼓包厚度(mm) 宽度(m)

2

[1**********]

[1**********]

[1**********]

定, 植被将整个坡面覆盖并与周围植被融为一体, 绿化效果非常明显。

(2) 四川省汉源县附近的深溪沟水电站邻大渡河的弃渣边坡, 采用的三维植被网护坡技术, 也取得了良好的效果。

4 三维植被网使用方法及工程实例

411 适用范围

(1) 边坡类型:路堤边坡, 土质及石质填料均可。

(2) 边坡坡率:常用坡率1:115~1:210。(3) 边坡高度:每级坡高一般不超过6m 。(4) 边坡稳定性:稳定边坡。

412 使用方法

(1) 施工时可用小竹竿或小木棍穿于整卷网垫中, 顺坡拉出网垫, 四周用竹钉, 木钉或塑料钉钉住, 钉子间距30c m, 每平方米10只钉子。

(2) 钉子长度一般为15c m (距离地面), 疏松地表则应加长钉子长度; 在高坡铺设时, 上坡使用的钉子长度应长于下坡钉子的长度; 钉子上端宽度应大于网垫孔径2倍, 以便同时起垂直镇压作用; 边坡突变处或地形较复杂处, 应注意保持网垫平整, 并要增加钉子密度。

(3) 相邻三维网的搭接长度不小于2c m, 搭接处钉子应顺势钉入, 钉子密度要增加一倍, 搭接处上层网垫要靠紧, 不留间隙。

413 工程实例

(1) 内昆线DK 416+190~DK 416+330段, 该工点于1998年10月施工, 1999年5月竣工, 草种为高羊茅、狗牙根、(上接第106页) (1) 当界面偏心距e 0[012h 时, 按抗压强度进行检算, 其具体计算公式为:

KN [U a R a bh (3) 式中:R a 为混凝土的抗压强度, 取1910M Pa ; a 为轴向力的偏心影响系数; U 为构件纵向弯曲系数, 取110; K 为安全系数; N 为轴向力, k N 。

(2) 当界面偏心距e 0>012h 时, 从抗裂要求出发, 由截面抗拉强度控制承载能力, 其具体计算公式为:

KN [U

1175R 1bh 6e 0/h-1

(4)

图7 衬砌弯矩图

5 结束语

三维植被网护坡技术优点颇多, 也不乏成功实例, 但目前还存在很多问题没有解决。例如随着时间增长的植被退化问题, 人工植草品种单一容易造成坡体营养缺失问题, 植被的抗寒抗旱性问题, 植物种子配比与最终植物状态关系等等。三维植被护坡同样存在这些问题, 为彻底解决边坡植被防护的可持续发展问题, 我们有必要对这些问题进行全面的研究。

参考文献

[1] 张宝森. 三维植被网技术的护坡机理及应用[J ].中国水土保

持, 2001(3).

[2] 陈锡民. 植草技术在路基边坡防护上的应用[J].

路基工程,

1999(1).

[3] 邱国峰. 三维植被网护坡在高速公路边坡中的实验[J ].重庆

交通学院学报, 2002(3).

[4] J T J 019-98公路土工合成材料应用技术规范[S].

[5] 周德培, 张俊云. 植被护坡工程技术[M].北京:人民交通出版

社, 2003.

[6] 李林欣, 曾谋. 某水电站弃渣边坡植被恢复工程实例[J].四川

建筑, 2007(增刊).

按5公路隧道设计规范6规定:混凝土衬砌在永久荷载加基本可变荷载作用下其最小安全系数抗压K p =214, 抗拉K l =316; 隧道和明洞混凝土衬砌的偏心距不宜大于0145倍截面厚度。

根据内力计算结果分析, 可知拱顶和右侧拱脚的偏心距已经超出不大于0145倍截面厚度的规范要求。

6 结 论

(1) 拱顶上部5m 多的水泥混合土回填过厚, 造成明洞承受的土压偏大;

(2) 明洞右侧拱脚相对较厚, 而且采用的是直角外轮廓, 刚度大, 因此在内力环向分配时造成拱脚应力集中。

(3) 在设计修改时可适当减小拱顶水泥混合土的回填厚度, 以减少明洞承受的荷载。

(4) 设计中也应适当增加衬砌厚度, 宜将明洞右拱脚外轮廓边改为曲边, 使明洞环向受力趋于合理, 避免应力集中。

参考文献

[1] J TG D70-2004公路隧道设计规范[S].[2] TB 10003-2005铁路隧道设计规范[S].

式中:R 1为混凝土的抗拉强度, 取210M Pa ; 其他符号意

义同上。

根据评估公式(3) 、式(4), 列出衬砌与耳墙上下搭接处、拱顶、拱腰以及墙角5个地方的内力计算结果, 进行安全评估验算。

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#岩土工程#

三维网植被边坡防护技术研究

游明化, 程 鑫

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(11中铁十八局第六公司, 天津300222; 21沈阳中铁交通设计咨询有限公司线站科, 辽宁沈阳110013)

=摘 要> 在强调人与自然和谐相处的前提下, 近几年植被护坡技术在我国得到了迅速的发展。三维网植被护坡是近年来发展起来的一种新型护坡技术, 工程实践证明其护坡效果良好。通过理论分析, 并结合

实际图片及工程实例对三维网植被护坡技术进行了详细的介绍。 =关键词> 三维植被网; 护坡; 复合力学; 嵌锁结构; 坡面 =中图分类号> U 41711+2 =文献标识码> B

草本植物一般10天左右, 灌木要长一些。这期间网垫中的植物尚未发芽或刚刚发芽, 三维网可以保持草种牢固、均匀地分布在边坡上, 以免被风吹散或雨冲走, 同时三维网还可以起到有效地保护坡面免遭风雨侵蚀的作用。

坡面植被长成后, 三维网、植物根系及边坡浅层土体三者形成一个牢固的复合力学嵌锁体系, 这个复合体系的加筋锚固作用和植被的茎叶覆盖作用可以有效抑制狂风、暴雨径流对边坡的侵蚀, 增加土体的抗剪强度, 减小孔隙水压力和土体自重力等, 从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。212 固土作用

穿过网垫的植物根系可以看成纵横交错的预应力锚索, 其对坡面浅层滑坡体的加固作用非常明显。洛阳中建岩土工程材料有限公司经过试验得到如下结论:在草皮未形成前, 当坡面斜角为45b 时, 三维植被网垫的固土阻滞率高达9715%; 当斜面为60b 时, 其阻滞率也高达84%。即使坡面斜角为垂直时, 阻滞率仍可高达60%。也就是说, 本不应该或

图1 三维植被方格形网

1 三维植被网概述

三维植被网也称土工网垫或固土网垫, 是一种以热塑

性树脂为原料, 经挤出、拉伸等工序形成相互缠绕, 并在交接点处经热熔后粘结而形成的一种稳定的立体三维网结构, 图1(方格形网格) 为其中典型形式之一。三维植被网的下部结构由1~3层经双向拉伸形成的均匀的网格组成, 这种双向拉伸网具有延伸率低、强度高的特性, 起着防止坡体下滑的作用; 上部结构也和下部结构一样由1~3层的网格层组成。上下两层结构牢固粘结就形成了三维植被网。上部结构层和下部结构层的网格线要求各自平行排列, 但两者之间要交错排列, 一般设计为45b 角。粘结点设计在上部结构层和下部结构层的网格线交叉点处, 以提高

粘结牢度。

不可能存留土的垂直坡面上, 由于该网垫的存在, 仍可阻滞60%的土。因此, 三维植被网具有极好的固土效果, 远远胜于平面网。213 保温作用

三维植被网采用黑色网垫制成, 这可以有效地吸收大量热能, 增加地温, 从而达到促进种子发芽, 延长植物生长期的目的。在气温偏冷的北方使用植被网对边坡植被生长非常有利。

三维植被网的网格外观凸凹不平, 材质疏松柔韧, 具有很好的适应坡面变化的贴伏性能。三维植被网中90%以上的空间为孔隙, 其中可以充填土壤、草种等。成活后植物的根系可从整个植被网垫中舒适均衡地穿过, 深入地下长达015~2m 。这样利用深入边坡土体的植物根系和三维网的相互作用, 就可以使植被、网垫和坡后土体三者之间形成一种牢固的复合力学嵌锁体系。这个体系具有抗冲刷、固土、蓄水、阻风等功能, 从而达到保护边坡的目的。

三维植被网均采用高分子材料制成, 其化学稳定性可靠, 在地下寿命可长达50年~100年, 能在整个工程设计年限内发挥作用。另外如有特殊需要, 可采用降解型塑料, 植被网在数年后便可在土壤中自然分解。

3 三维植被网的性能指标

目前我国使用较多的三维植被网主要技术性能指标见表1。因生产厂家不同会有小范围变动。在边坡坡度较大时也可以使用加强型植被网, 但实际中应用较少。

2 三维植被网对植草坡面的作用

211 固定草种, 防风雨侵蚀作用

在施工完成的初期, 这个时间长短根据植物种类确定,

[收稿日期]2007-06-26

[作者简介]游明化(1981~), 男, 助理工程师。

107

#岩土工程#

早熟禾三种混播。该工程完工后边坡无明显变形, 整体稳

[1**********]

表1 标准型三维植被网主要技术性能指标标准型三维植被网(适用于坡度

单位面积质量(g /m ) 拉伸负荷(kN /m) 鼓包厚度(mm) 宽度(m)

2

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定, 植被将整个坡面覆盖并与周围植被融为一体, 绿化效果非常明显。

(2) 四川省汉源县附近的深溪沟水电站邻大渡河的弃渣边坡, 采用的三维植被网护坡技术, 也取得了良好的效果。

4 三维植被网使用方法及工程实例

411 适用范围

(1) 边坡类型:路堤边坡, 土质及石质填料均可。

(2) 边坡坡率:常用坡率1:115~1:210。(3) 边坡高度:每级坡高一般不超过6m 。(4) 边坡稳定性:稳定边坡。

412 使用方法

(1) 施工时可用小竹竿或小木棍穿于整卷网垫中, 顺坡拉出网垫, 四周用竹钉, 木钉或塑料钉钉住, 钉子间距30c m, 每平方米10只钉子。

(2) 钉子长度一般为15c m (距离地面), 疏松地表则应加长钉子长度; 在高坡铺设时, 上坡使用的钉子长度应长于下坡钉子的长度; 钉子上端宽度应大于网垫孔径2倍, 以便同时起垂直镇压作用; 边坡突变处或地形较复杂处, 应注意保持网垫平整, 并要增加钉子密度。

(3) 相邻三维网的搭接长度不小于2c m, 搭接处钉子应顺势钉入, 钉子密度要增加一倍, 搭接处上层网垫要靠紧, 不留间隙。

413 工程实例

(1) 内昆线DK 416+190~DK 416+330段, 该工点于1998年10月施工, 1999年5月竣工, 草种为高羊茅、狗牙根、(上接第106页) (1) 当界面偏心距e 0[012h 时, 按抗压强度进行检算, 其具体计算公式为:

KN [U a R a bh (3) 式中:R a 为混凝土的抗压强度, 取1910M Pa ; a 为轴向力的偏心影响系数; U 为构件纵向弯曲系数, 取110; K 为安全系数; N 为轴向力, k N 。

(2) 当界面偏心距e 0>012h 时, 从抗裂要求出发, 由截面抗拉强度控制承载能力, 其具体计算公式为:

KN [U

1175R 1bh 6e 0/h-1

(4)

图7 衬砌弯矩图

5 结束语

三维植被网护坡技术优点颇多, 也不乏成功实例, 但目前还存在很多问题没有解决。例如随着时间增长的植被退化问题, 人工植草品种单一容易造成坡体营养缺失问题, 植被的抗寒抗旱性问题, 植物种子配比与最终植物状态关系等等。三维植被护坡同样存在这些问题, 为彻底解决边坡植被防护的可持续发展问题, 我们有必要对这些问题进行全面的研究。

参考文献

[1] 张宝森. 三维植被网技术的护坡机理及应用[J ].中国水土保

持, 2001(3).

[2] 陈锡民. 植草技术在路基边坡防护上的应用[J].

路基工程,

1999(1).

[3] 邱国峰. 三维植被网护坡在高速公路边坡中的实验[J ].重庆

交通学院学报, 2002(3).

[4] J T J 019-98公路土工合成材料应用技术规范[S].

[5] 周德培, 张俊云. 植被护坡工程技术[M].北京:人民交通出版

社, 2003.

[6] 李林欣, 曾谋. 某水电站弃渣边坡植被恢复工程实例[J].四川

建筑, 2007(增刊).

按5公路隧道设计规范6规定:混凝土衬砌在永久荷载加基本可变荷载作用下其最小安全系数抗压K p =214, 抗拉K l =316; 隧道和明洞混凝土衬砌的偏心距不宜大于0145倍截面厚度。

根据内力计算结果分析, 可知拱顶和右侧拱脚的偏心距已经超出不大于0145倍截面厚度的规范要求。

6 结 论

(1) 拱顶上部5m 多的水泥混合土回填过厚, 造成明洞承受的土压偏大;

(2) 明洞右侧拱脚相对较厚, 而且采用的是直角外轮廓, 刚度大, 因此在内力环向分配时造成拱脚应力集中。

(3) 在设计修改时可适当减小拱顶水泥混合土的回填厚度, 以减少明洞承受的荷载。

(4) 设计中也应适当增加衬砌厚度, 宜将明洞右拱脚外轮廓边改为曲边, 使明洞环向受力趋于合理, 避免应力集中。

参考文献

[1] J TG D70-2004公路隧道设计规范[S].[2] TB 10003-2005铁路隧道设计规范[S].

式中:R 1为混凝土的抗拉强度, 取210M Pa ; 其他符号意

义同上。

根据评估公式(3) 、式(4), 列出衬砌与耳墙上下搭接处、拱顶、拱腰以及墙角5个地方的内力计算结果, 进行安全评估验算。

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