DB13 T 2700-2018水工柔性生态防护结构设计规范.pdf
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1、ICS 93.160 P 57 DB13 河北省 地 方 标 准 DB 13/T 2700 2018 水工柔性生态防护结构设计规范 2018 - 03 - 13 发布 2018 - 04 - 13 实施 河北省质量技术监督局 发布 DB13/T 2700 2018 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 总则 . 2 5 基本规定 . 2 6 植物种植结构防护设计 . 7 7 柔性生态结构防护设计 10 8 混合生态结构防护设计 17 9 安全监测设计 22 附 录 A (规范性附录 ) 三维土工网设计计算 24 附 录 B (规范
2、性附录)加筋土挡墙(护坡)设计计算 28 附 录 C (规范性附录)抛石护脚计算 33 附 录 D (规范性附录)土钉防护设计计算 34 附 录 E (规范性附录)生态混凝土护坡厚度计算 36 DB13/T 2700 2018 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由河北省水利厅提出并归口。 本标准起草单位:河北省水利水电勘测设计研究院。 本标准主要起草人: 傅长峰、毕东华、栗萍、王成志、张中建、李久明、李英、孙娜、支艳庆、牛立凯、张晓威、于刘燕、张瑞红、李琦。 DB13/T 2700 2018 1 水工 柔性生态防护结构设计规范 1 范围 本标准规定了水
3、工柔性生态防护结构的术语和定义、总则 、基本规定、 植物种植结构防护设计、柔性生态结构防护设计、混合生态结构防护设计和安全监测设计等。 本标准 适用于水利水电工程中柔性生态防护结构设计,非水利工程中的柔性生态防护结构设计可参照使用。 2 规范性引用文件 下列文件 对于本文件的应用是 必不可少 的。凡是 注日期 的引用文件,仅注日期的版本 适用于 本文件。凡是 不 注日期的引用文件,其最新版本( 包括 所有的修改单) 适用于 本文件。 GB 50286 堤防工程设计规范 GB/T 50290 土工合成材料应用技术规范 CECS 353 生态格网结构技术规程 NB 35047 水电 工程水工建筑物
4、 抗震 设计规范 SL 274 碾压式土石坝设计规范 SL 379 水工挡土墙设 计规范 SL 386 水利水电工程边坡设计规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 生态 防护 ecological protection 借助人工 、 利用植被根系与土壤之间的附着力以及根系之间的相互缠绕来达到加固边坡的目的 ,具有较好的 透水透气性。 3.2 支挡 结构 retaining structure 用来支撑、加固 岸坡土 体,防止坍滑,保持稳定的一种 工程 结构 , 包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索 、 土钉 锚固 等支撑和锚固结构 。 3.3 柔性 结构 flexible str
5、ucture 结构整体 表现为刚度小,柔性大 ,其变形在结构 整体 分析 计算 中不可忽略的结构。 3.4 柔性 生态 结构 flexible ecological structure DB13/T 2700 2018 2 利用 植被根系 与 坡体 相 结合 的方法 加固 岸坡 ,随着时间日趋发达的植被根系使边坡结构的稳定性加强 ,是与 自然环境协调、有生命的生态 结构 。 3.5 混合生态结构 mixed ecological structure 借助刚度相对较大的支挡结构的同时, 利用 种植植物 根系与土壤之间的附着力以及根系之间的相互缠绕来达到加固 岸坡 的 结构。 4 总则 4.1 水
6、工柔性生态防护结构 应根据气象、水文、地形、地质条件并考虑工程总体布置和建筑物运用对 防护结 构 的要求等进行设计,应重视施工期地质和安全监测的反馈资料分析,结合实际情况的变化修正设计。 4.2 水工柔性生态防护结构 设计应贯彻因地制宜原则,结合工程具体情况和科学研究成果,积极 慎重地采用新工艺、新材料、新技术。 4.3 水工柔性 生态 防护结构 设计除应符合本规范外,尚应符合国家现行的有关技术标准的规定。 5 基本规定 5.1 设计原则 5.1.1 水工柔性生态防护结构主要适用于河湖岸坡、堤坝边坡以及建筑物的岸(边)坡等工程,其工程级 别应按照被保护对象的 级 别进行划分。 5.1.2 防护
7、工程的级别,应综合考虑岸(边)坡对周边设施安全和正常运用的影响程度、对人身和 财产安全的影响程度、岸(边)坡失事后的损失大小、规模、社会和环境等因素,按表 1 判定。 表 1 水工柔性生态 防护工程级别 建筑物级别 对建筑物的 危害程度 严重 一般 较轻 防护工程级别 1 1 2 3 2 2 3 4 3 3 4 5 4 4 5 注 1: 严重是指结构变形过大或失效失事后对相关设施遭到大的破坏或功能受到大的影响,可能造成人员伤亡和重大财产损失。 注 2: 一般是指结构变形过大或失效失事后对相关设施遭到一些破坏或功能受到一些影响,必须通过修复后才能正常使用。 注 3:较轻是指结构变形过 大或失效失
8、事后对相关设施仅受到很小的影响或其他间接地受到一些影响。 DB13/T 2700 2018 3 5.1.3 对坡长较大的同一防护断面,可采用一种或多种防护结构型式。宜按不同高程段或不同坡度段上的独立结构型式分别确定防护工程级别。 5.1.4 柔性结构设计时应采用下列极限状态: a) 承载能力极限状态: 1) 超过防护材料强度而破坏,或变形过大不适宜继续承受荷载,或出现压屈、局部失稳; 2) 结构及被保护土体的整体滑动; 3) 结构整体或局部滑移; 4) 对锚拉或土钉墙结构,锚杆或土钉因土体丧失锚固能力而拔动; 5) 地下水渗流引起的土体渗流破坏。 b) 正常使用极限状态: 1) 超过正常使用的
9、结构位移 ,或因结构位移造成周边结构破坏; 2) 周边构 (建 )筑物结构破坏导致柔性结构本身变形过大,影响柔性结构的正常使用 ; 3) 因地下水渗流、地下水位骤降造成土体破坏或土体变形影响柔性结构正常使用。 5.1.5 柔性结构设计计算或验算应采用下列设计表达式: a) 承载能力极限状态 : 1) 柔性结构因超过材料强度或过度变形的承载能力极限状态,应符合下式要求; dd RS 0 ( 1) 式中: 0 支挡(护)结构重要性系数,根据其危害程度可按 1.25、 1.15、 1.0选取; dS 作用基本组合的效应(轴力、弯矩)设计值,作用基本组合的综合分项系数不应小于 1.35; dR 结构构
10、件的抗力设计值。 2) 结构倾覆、位(滑)移、土的渗透变形等稳定性计算和验算,应符合下式要求; KSRkk ( 2) 式中: kR 抗力标准值; kS 作用 标准 值的效应; K 稳定性安全系数,各类稳定性安全系数应按本规范和有关规范的规定取值。 a) 正常使用极限状态: 结构位移、地面沉降等正常使用极限状态设计,应符合下式要求; CSd ( 3) 式中: dS 作用标准组合的效应(位移、沉降)设计值; C 柔性结构的位移、周边建(构)筑物和地面沉降的限值。 DB13/T 2700 2018 4 5.1.6 结构重要性 系数 与作用基本组合的效应设计值的乘积( dS0 )可采用下列内力设计值表
11、示: a) 弯矩设计值 M ; kMM 0 ( 4) 式中 : kM 作用标准组合的弯矩值( kNm) 。 b) 剪力设计值 V ; kVV 0 ( 5) 式中 : kV 作用标准组合的剪力值( kN) 。 a) 轴力设计值 N ; kNN 0 ( 6) 式中: kN 作用标准组合的轴向拉力或轴向压力值( kN)。 5.1.7 柔性结构设计应按下列要求设定结构的水平位移、沉降控制值: a) 柔性结构的水平位移、沉降变形不应影响其附近建筑物的正常使用; b) 当无本条第 1 款时,结构的水平位移、沉降控制值应根据 地区经验按工程的具体条件确定。 5.1.8 柔性结构应按实际被保护建筑物、被保护土
12、体岸坡等条件设计,同时应考虑施工等荷载作用;设计中应明确荷载限值以及水位控制等适用条件。 5.1.9 柔性结构按平面进行结构分析时,应按结构高度、地质条件、水位条件以及周边环境条件等因素划分设计计算剖面。对每一个计算剖面均应按最不利荷载组合条件进行计算。 5.1.10 柔性结构设计应根据冻胀、冻融对结构的影响情况,采取相应的措施。 5.1.11 柔性结构各类稳定性验算时,土、水压力的分、合算方法及相应的土的抗剪强度指标类别应符合下列规定: a) 对地下水位以上的黏性土、粉质黏土,土的 抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标cuc 、 cu 或直剪固结快剪强度指标 cqc 、 cq ,对地
13、下水位以上的砂质粉土、砂土、碎石土,土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标 c 、 ; b) 对地下水位以 下的黏性土、粉质黏土,可采用土压力、水压力合算方法;此时,对正常固结和超固结土, 土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标 cuc 、 cu 或直剪固结快剪强DB13/T 2700 2018 5 度指标 cqc 、 cq ,对欠固结土,宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标 uuc 、 uu ; c) 对地下水位以下砂质粉土、砂土、碎石土,应采用土压力、水压力分算方法;此时,土的抗剪强度指标应采用有 效应力强度指标 c 、 ,对砂质粉土,缺少有效应力强度指标时,
14、也可采用三轴固结不排水抗剪强度指标 cuc 、 cu 或直剪固结快剪强度指标 cqc 、 cq 代替,对砂土和碎石土,有效应力强度指标 可根据标准贯入试验实测击数和水下休止角等物理力学指标 取值;土压力、水压力采用分算方法时,水压力可按静水压力计算;当地下水渗流时,宜按渗流理论计算水压力和土的竖向有效应力;当存在多个含水层时,应分别计算各含水层的水压力; d) 有可靠的地方经验时,土的抗剪强度指标可根据室内、原位试验得到的其物理力学指标,按经验方法确定。 5.1.12 柔性挡墙一般可不进行结构抗倾覆稳定性验算。 5.1.13 柔性结构设计时,应根据工程经验分析判定计算参数取值和计算结果的合理性
15、。 5.2 柔性生态防护结构的选型 5.2.1 柔性生态防护结构选型时,应考虑下列因素: a) 河湖水位、水深及其 变幅范围 对结构和生态植物生长的影响; b) 被保护土体 的物理力学性质、 植物生长环境对土体的要求 及其地下水条件; c) 防护主体结构形式、构造、高度等尺寸要求; d) 防护结构承载能力及其结构一旦失效失事可能产生的后果; e) 防护结构施工工艺的可行性; f) 施工条件、施工季节、植物种植及其养护要求; g) 经济指标、节能环保性能和施工工期。 5.2.2 水工柔性 生态 防护结构 分为植物种植结构防护、柔性生态结构防护、混合生态结构防护三类,应因地制宜的选择其中的一种或多
16、种组合型式,常用柔性生态防护结构型式及适用条件见表 2。 表 2 水工柔性生态防护结构型式及适用条件 类别 结构型式 使用条件 植物种植结构 防护 植物种植防护 适用于无潜在深层滑裂面, 边坡整体上处于稳定状态,但岸坡表面常常 受雨水冲蚀或水流冲刷较小的坡面 。 三维土工网植草防护 土工网垫植草防护 土工格室防护 柔性生态结构防护 干砌石护坡 深层稳定的边坡,广泛应用于水下、水上的边坡防护 。 干砌石挡墙 适用于受地形和地质条件限制,难以开挖或填筑放坡的部位,墙高不宜高于 2.5m。 DB13/T 2700 2018 6 表 2 水工柔性生态防护结构型式及适用条件 (续) 类别 结构型式 适用
17、条件 柔性 生态 结构 防护 垫式网笼 护坡 适用于 深层抗滑稳定、岸边流速较大 的边坡,也 常用于 水位消落带、冬季水位变化区间、河道凹岸以及护坡坡脚等部位 。 笼(箱)体挡墙 多用于岸坡土体稳定性差 、水流速度较大的水下岸坡 。 框格 格构 防护 适用于各种岸坡的防护 。 预制混凝土块护坡 适用于当地缺乏石材的地区,被保护的岸坡应是深层稳定的土体 。 自嵌式挡土墙 适用于软土地基基础, 多用于岸坡土体稳定性差 、水流速度较大的水下岸坡 。 抛石防护 多用于土质岸坡的护脚 。 混合 生态 结构 防护 生态模袋防护 适用于各种岸坡的防护 。 加筋土护坡及挡墙 适用于非稳定的边坡 。 土钉 植草
18、固坡 适用于非稳定的边坡 。 排桩栽植 防护 适用于边坡护脚 。 生态混凝土防护 适用于深层抗滑稳定的边坡上,宜用于常水位以上且生态环境要求较高的岸坡 。 预制混凝土空芯块植草防护 适用于抗滑稳定的边坡,多用于常水位以上 。 5.2.3 防护结构应根据被保护土体的物理力学性质、水位变化幅度和周边环境,可在不同部位分别采取不同的防护结构型式。 5.2.4 不同防护结构型式的结合处,应考虑相邻结构的相互影响,其过渡段应有可靠的衔接措施。 5.2.5 当采用不同防护结构时应按照本规范或有关规范验算其整体稳定性。 5.3 运用条件与设计标准 5.3.1 防护结 构的 运用条件根据其工作 状况 、作用力
19、出现的几率和持续时间的长短,分为正常运用条件、非常运用条件 和 非常运用条件 三种 。 5.3.2 正常 运用条件应包括以下工况: a) 临水 边坡正常的高水位与最低水位之间的各种水位 及其 经常性的降落 ; b) 不 临水边坡工程投入运用后经常发生或持续时间长的情况。 5.3.3 非常 运用条件 应 包括以下工况: a) 施工期 ; b) 临水 边坡的水位 骤降; c) 由于 降雨、泄水和其他原因引起的边坡 土 体饱和及相应的地下水位变化 ; d) 正常 运用条件下, 边坡 排水 设施 失效。 5.3.4 非常 运用条件 应为 正常运用条件下遭遇地震 。 5.3.5 柔性生态防护结构设计 应
20、考虑下列因素: a) 雨水冲刷 、 波浪淘刷作用 ; b) 冻胀 、 干裂作用 ; c) 漂浮物和冰层的撞击和挤压作用 ; DB13/T 2700 2018 7 d) 坡面风化作用 ; e) 防护结构的 透水透气效果及其保护土体的渗流稳定; f) 植生效果 、 环境效应 。 5.3.6 采用极限平衡法计算的边坡抗滑稳定、挡墙抗滑稳定最小安全系数,挡墙抗倾覆稳定最小安全系数,应满足表 3 的规定。加筋网片、土钉(锚杆)抗拉断、抗拔等的内部稳定最小安全系数均应满足本规范或相关规范要求。 表 3 采用极限平衡法计算的边坡抗滑稳定安全系数 项目 运用条件 建筑物级别 1 2 3 4 5 边坡抗滑稳定
21、正常运用条件 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 非常运用条件 1.25 1.20 1.15 1.10 非常运用条件 1.15 1.10 1.05 挡墙抗滑稳定 正常运用条件 1.35 1.30 1.25 1.20 非常运用条件 1.20 1.15 1.10 1.05 非常运用条件 1.10 1.05 1.0 挡墙抗倾覆稳定 正常运用条件 1.60 1.50 1.40 非常运用条件、 1.50 1.40 1.30 6 植物种植结构防护设计 6.1 一般 规定 6.1.1 植物 种植 防护适用于深层稳定,但岸坡表面常常 遭受雨水冲蚀或水流冲刷较小的坡面上,植物在生长过程中通过根、茎
22、、叶在地上和地下的空间分布实现其固土护坡的作用。 6.1.2 植物 种植 应 按照生态学 原理 ,在坡面 建立 当地植被先锋类群,通过自然演替,恢复岸坡植被和生物群落。 图 1 植物防护分区图 DB13/T 2700 2018 8 6.1.3 植物种植防护 按植物类别可分为 植草护坡、植灌护坡、藤本植物护坡以及乔木护坡等 。 应选择适合当地气候条件、土壤及水流条件,且抗逆性强、生长迅速、自繁能力强、适应粗放管理的植物。 6.1.4 按防护的结构形式可分为植物种植防护、三维土工网植草防护、土工网垫植草防护、土工格室防护等 。 6.1.5 迎水边坡按水位变化范围分为陆域、水位变化区和水域,见图 1
23、,应根据植物物种的水性特点,选择适宜的植物物种。 6.1.6 植物种植防护工程完成 180 天后,植物成活率不低于 95%。 6.2 植物种植防护 6.2.1 植物种植防护设计前应进行 环境调查,包括: a) 气候、土壤、水文等自然环境及人文环境条件; b) 乡土植物、当地种植经验及苗源等。 6.2.2 植物种植防护设计内容包括: a) 草种、树种; b) 种子、苗木、插条的数量、规格; c) 植物种植方式方法; d) 灌木树种与草本、藤本植物的配置方案(结构、密度、株行距、行带的走向等); e) 植物配置方案,应对灌、草或其组合的植物搭配,浅根与深根、根茎型与丛生型合理搭配,避免植物生存竞争
24、; f) 迎水坡 不宜种植乔木。 6.2.3 灌木植物应具有: a) 根系发达、茎杆低矮、分蘖性强; b) 有效覆盖面积大、叶层低; c) 根系抗拉、抗剪能力强,能延伸到土体深层; d) 抗逆性强 ,如抗旱、抗寒、抗碱、抗贫瘠等; e) 绿期长、景观效应强、价格低廉。 6.2.4 草本植物应具有: a) 根系发达、须根多、分蘖性强; b) 有效覆盖面积大、叶宽; c) 抗逆性强、生长快、能迅速覆盖地表; d) 根系固土能力强; e) 耐践踏、绿期长、适于粗放管理等。 6.2.5 边坡水位变化区及水下植物防护应根据不同的水深选择适宜的植物物种: a) 常水位与设计洪水位之间应选择湿生植物,即根系
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