DB13T 2700-2018 水工柔性生态防护结构设计规范

ICS93.160DB13/T2700—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IDB13/T2700—2018前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14总则 25基本规定 26植物种植结构防护设计 77柔性生态结构防护设计 8混合生态结构防护设计 9安全监测设计 附录B(规范性附录)加筋土挡墙(护坡)设计计算 附录C(规范性附录)抛石护脚计算 附录D(规范性附录)土钉防护设计计算 附录E(规范性附录)生态混凝土护坡厚度计算 DB13/T2700—20181DB13/T2700—2018水工柔性生态防护结构设计规范1范围本标准规定了水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参2规范性引用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。GB50286堤防工程设计规范GB/T50290土工合成材料应用技术规范CECS353生态格网结构技术规程NB35047水电工程水工建筑物抗震设计规范SL274碾压式土石坝设计规范SL379水工挡土墙设计规范SL386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。3.42DB13/T2700—20184总则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5.1.2防护工程的级别，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112322343345445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。3DB13/T2700—20185.1.3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；Y₀×Sd≤R…………………(1)式中：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； (2)式中：R抗力标准值；S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； 式中：Sa——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。4DB13/T2700—2018M=Yo×Mk…………………(4)式中：式中：N=Yo×Nk……………………(6)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5c)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。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。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。6DB13/T2700—2018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。5.2.5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7DB13/T2700—2018d)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；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。运用条件建筑物级别12345边坡抗滑稳定正常运用条件非常运用条件I非常运用条件Ⅱ挡墙抗滑稳定正常运用条件非常运用条件I非常运用条件Ⅱ挡墙抗倾覆稳定正常运用条件非常运用条件I、Ⅱ6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、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。堤岸设计洪水位陆域立图1植物防护分区图8DB13/T2700—20186.1.6植物种植防护工程完成180天后，植物成活率不低于95%。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);9DB13/T2700—20182)水深大于0.8m小于2.0m区域采用浮叶植物，即根生长在水下泥土中，叶柄细长，叶片3)水深大于2.0m区域采用沉水植物防护，即根系扎于水下泥土中，全株沉没于水面之下的d)植物种植设计，见6.2。6.3.3三维土工网设计计算内容包括稳定计算和强度计算，具体计算详见附录A,设计荷载应包括：a)土工网垫的网眼尺寸、单位重、厚度(高度)和纵、横向抗拉以及抗老化性能等技术指标的选d)植物种植设计，见6.2。DB13/T2700—20186.5.2一般土工格室高度的2/3嵌入坡土，1/3露于坡面外，格室仓充填小砾石、种植土并结合植物e)植物种植设计，见6.2。7.1.1柔性生态防护结构主要包括干砌石护坡及挡墙、垫式网笼护坡、笼(箱)体挡墙、框格格构防标准第6章的规定进行设计。DB13/T2700—20183)粗料石：应棱角分明，六面基本平整，同一面最大高差不宜大于石料长度的3%,石料长度宜大于50cm,宽度、高度不宜小于25cm。7.2.3干砌石护坡厚度可按有关规范进行计算，护坡最小厚度不宜小于30cm。7.2.4干砌石护坡稳定计算包括整体稳定和边坡内部稳定计算两种情况，其计算方法按照GB5a)护坡坡度不宜陡于1:1.5;b)当坡面高差大于6.0m时，其间宜设置一道宽度不小于1.0m的马道；7.3.2干砌石挡墙高度不宜大于2.5m,超过2.5m时应进行相关论证；地震烈度超过VI度的地区不宜足稳定要求；挡墙整体抗滑稳定和基底应力计算可按a)用于干砌石挡墙的石料应符合7.2.2的要求；b)重力式干砌石挡墙墙顶宽度不宜小于50cm,迎水坡坡度一般不宜陡于1:0.2;7.4.2垫式网笼单层厚度宜为15cm～50cm,网孔大小通常不大于填充材料中值粒径的65%;网垫护坡不在外表面的填料允许超出该范围值的比例不应大于15%。填充材料应按照因地制宜，就地取DB13/T2700—20182)PVC原材料密度应为1.30g/cm3～1.35g/cm3;3)PVC原材料的邵氏D硬度应为50～60;4)PVC原材料抗拉强度不应低于20.6MPa,断裂伸长率不应小于180%;6)PVC原材料的性能、耐盐雾性能和抗老化性应满足：密度变化不超过6%,邵氏硬度变化不超过25%,抗拉强度变化不超过25%,耐磨损性变化不超过10%。3)钢丝质量变化率、钢丝腐蚀率、钢丝网片质量变化率不应大于表4规定的数值；包覆PVC4)钢丝耐腐蚀性能指标见表4。钢丝分类钢丝质量变化率最大值腐蚀率最大值网片质量变化率最大值(%)热镀锌低碳钢丝锌-5%铝-混合稀土合金钢丝锌-10%铝-混合稀土合金钢丝热镀锌包覆PVC钢丝锌-5%铝-混合稀土合金包覆PVC钢丝锌-10%铝-混合稀土合金包覆PVC钢丝7.5笼(箱)体挡墙DB13/T2700—20187.5.1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。7.5.2笼(箱)体单层厚度不宜小于45cm,单个宽度不宜大于1.0m,长度不宜大于2.0m;网孔大小7.5.3网笼体填充材料要求见7.4.3、网笼材料要求见7.4.4。7.5.4笼(箱)体挡墙结构通常为重力式，分层错缝砌筑；笼(箱)体之间靠自身摩擦力满足稳定要求。7.5.5笼(箱)体挡墙设计计算内容包括整体稳定和墙底应力计算，按照CECS353的规定计算；笼(箱)体挡墙荷载计算，可不考虑墙前后水位差引起的墙后剩余水压力和墙底渗透水压力，主要设计b)挡墙墙后土压力，根据墙后填料性质，按照SL379的规定进行计算；c)地震土压力的计算按NB35047规定的e)其它荷载等。7.5.6笼(箱)体挡墙的墙高应预留施工期间的沉降量，沉降量的取值可参照本地区的实践经验和场7.5.7笼(箱)体挡墙的埋置深度应综合地形、地质、冲刷深度等因素确定，软土地基应采取地基处0.5m～1.0m,当冲刷较严重或者河床起伏不平时，可设置网垫护坦，长度为冲刷深度的2.0倍～3.0倍。7.5.8笼(箱)体挡墙宜符合下列构造要求：a)挡墙高度宜控制在5.0m以下，宜布置成阶梯状；b)笼(箱)体挡墙与被保护土体之间应设置粗砂碎石反滤层，其级配和层数应符合SL274反滤层d)笼(箱)体挡墙的主要变形部位在其墙身中部，为了防止或减小变形，在设计时应考虑以适当角度倾斜增大被动土压力或在安放上层笼(箱)时墙面适当错台5cm～10cm,以平衡笼(箱)DB13/T2700—2018植设计按照本标准第6章设计。a)框格格构应设置变形缝，缝间距不宜大于20m;b)当坡面高度大于8m时，其间宜设置一道宽度不小于1.0m的马道；可参照表5、表6确定。DB13/T2700—2018物理性能类别普通型植生型干密度(kg/m³)抗冻等级一般环境干湿交替环境抗压强度等级普通型植生型抗压强度平均值抗压强度单块最小值抗折强度平均值抗折强度单块最小值抗压强度平均值抗压强度单块最小值抗折强度平均值抗折强度单块最小值////////////7.7.8铰链(接)式护坡采用的钢绞线、铰接件、锚固钉等组件，应满足防护材料的耐久性、强度等7.7.11预制混凝土块护坡稳定计算按7.2.4的规定执行。a)灌溉渠道护坡坡度不宜陡于1:1.0;天然河道护坡坡度不宜陡于1:1.5;b)当坡面高差大于6.0m时，其间宜设置一道宽度不小于1.0m的马道；c)预制混凝土砌块的最大边长与厚度之比应控制在4:1之内；DB13/T2700—20187.7.13预制混凝土块护坡空隙间植物种植设计按第6章的规定进行，绿植措施应与周边环境相协调。a)混凝土自嵌式挡块抗压强度不低于20MPa,最大吸水率7%;b)混凝土自嵌式挡块抗冻强度损失最大20%,质量损失最大5%;方面，荷载计算可按照7.5.5的规定进行。各种稳定计算安全系数应满足5.3的要求。自嵌式挡土墙切破坏时，被动区内的网片长度(主动破裂面以外)能否承受墙体上的内部土压力；内部滑移验算即分析在外部土压力(拉筋网片以外)作用下沿着加筋网片的滑移。见附录B;覆能力。详见附录B;验算，具体计算可参照GB50286进行。a)挡墙高度宜控制在6.0m以下，当墙高大于6.0m时，宜布置成阶梯状；b)挡墙基础埋深应大于冲刷线，且不宜小于50cm,必要时采用抛石护脚防护；DB13/T2700—2018底板混凝土强度等级不宜小于C20;d)挡墙与被保护土体之间应设置粗砂碎石反滤层，其反滤层厚度不宜小于30cm;b)石料的饱和抗压强度不小于40MPa、干密度不小于2.60g/cm3、软化系数不小于0.7,现场摩氏硬度大于3.0。7.9.3抛石粒径应根据水深、流速、堤岸坡度以及防护部位按照附录C的规定a)护脚与岸边连线保持较缓的坡度，不宜陡于1:1.5;b)抛石护脚防护顶高程应高于河道枯水位以上0.5m～1.0m,底部深度应满足河床最大冲刷深度的c)护脚抛石厚度不宜小于抛石粒径的2.0倍，水深流急处宜增大。8.1一般规定8.1.3混合生态结构上的植物种植设计应8.2.1生态模袋亦称生态袋，袋体无纺布由聚丙烯(PP)、聚酯纤维(PET)等高分子材料通过双面DB13/T2700—2018b)生态模袋加筋土体护坡结构；c)生态模袋加筋土体挡墙防护结构。8.2.3生态模袋及其加筋防护结构一般由土工模袋、填料、筋材、连接件等材料组成，各种材料的物a)生态模袋材质具有耐久性，袋布物理力学指标应满足GB/T50290标准要求；b)抗冲刷、耐磨损性能强；c)筋材具有较高的抗拉强度及延伸率；d)填充材料应适应植物生长，尽可能就地取材。8.2.4单纯生态模袋护坡，适用于深层稳定的边坡。生态模袋护坡厚度、自身抗滑稳定计算可参照干砌石护坡进行，护坡最小厚度不宜小于15cm。8.2.5生态模袋护坡的砌筑结构应符合下列要求：a)生态模袋斜铺、平铺、叠铺适用于平缓(α≤30°)任意高度的边坡，见图2;a)生态模袋斜铺图b)生态模袋平铺图c)生态模袋叠铺图2生态模袋护坡砌筑结构示意图b)生态模袋叠铺适用于稍陡边坡(30°≤α≤45°)且高度小于3m的边坡，如图3中的分图a);当边坡高于3m时，考虑用错台分级如图3中的分图b)的应用方式，分级高度不宜大于2m,错台宽度不宜小于0.50m。a)一字式叠铺b)错台式叠铺图3生态模袋叠铺示意图8.2.6生态模袋加筋土护坡适用于软土地基、局部不稳定的边坡；对地基承载力要求不高，具有较强8.2.7生态模袋加筋土挡墙防护，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。DB13/T2700—2018a)生态模袋的充盈率不应大于70%;c)生态袋挡墙垒砌时由低到高，层层错缝垒砌；垒砌时水平面向坡外倾斜5%,便于平台排水和快在35°~70°之间的陡边坡，超过70°时，可称加筋土挡墙。d)加筋土体内排水管坡度不应小于4%,管身和进水口应采用土工布包裹；f)加筋体的墙面可直接在石砌圬工、混凝土或基岩上砌筑；对于土质地基均应设置宽度不小于0.4m,厚度不小于0.2m的混凝土基础，基础埋置深度不应小于0.6m;DB13/T2700—2018土钉水平间距和竖向间距宜为1m～2m,当坡面高差较大、土钉倾角宜为5°~20°,其夹角应根据土性和施工条件确定。8.4.4锚固土钉应进行抗拔力试验，试验数宜为土钉总数的1%,且不少于3根。a)土钉固坡适用于坡率1:0.2～1:1.0之间的边坡，当坡面高差大于6m时，宜布置成阶梯状，其拱作用，可选择柱列式排桩防护，其中心距不宜大于桩径的2.0倍。8.5.3悬臂式混凝土仿木桩直径不宜小于120mm,松木桩直径不宜小于80mm,一般高度的2/3嵌入河道冲刷线以下，1/3临空，挡土高度不宜超过2.0m;当挡土高度超过2.0m时可考虑锚拉式排桩或支撑及其根系耐水性好的适宜植物，直径不应小于70mm,活木桩的挡土高度不宜超过1.0m。8.5.5排桩埋置深度、断面尺寸、桩身(混凝土)强度等应根据其荷载作用条件，参照有关规范进行a)当混凝土桩或松木桩临空高度大于2.0m、活木桩临空高度大于1.0m时宜布置成阶梯状，其间DB13/T2700—2018c)采用混凝土排桩时，混凝土强度等级不宜低于C25、钢筋配置和混凝土保护层厚度a)在工程性能方面：重度不应小于1800kg/m³,抗压强度不应小于5MPa,饱和冻融循环不应小于50次。b)在生态性能方面：空隙率宜为25%～30%,人工营养基有效期不应不应小于8年，绿化覆盖率不应小于95%,成活率不宜小于90%。DB13/T2700—20185和表6的规定确定。a)预制混凝土空芯块的厚度不宜小于6cm,最大边长与厚度的比值应小于5.0;b)预制混凝土空芯块开孔率，一块一孔的不宜小于60%,一块多孔的不宜小于25%;c)当边坡高度大于6.0m时应分级设置，分级处设置宽度不小于1.0m的马道。风浪较大的临水侧边坡宜设置消浪平台、其宽度可为设计浪高的1倍～2倍，且不宜小于3.0m;DB13/T2700—2018DB13/T2700—20Q=ppBLcos²(α-β)V₄/1000……(A.1)DB13/T2700—2018坡面水流对坡面产生的剪应力，假定坡面水流为明渠均匀流，坡面的水力半径等于坡面径流深。……. i——坡面坡度。A.1.4坡面对三维土工网的支撑力NN=(G+G±+G)cosa+Qcos(α-β)..………………(A.4)0 0A.1.5坡面摩擦力FF=μN…………(A.5)A.1.6Jo=γ,iBLt.……(A.6)DB13/T2700—2018Jp Jp …………(A.10)DB13/T2700—2018EM₂EM₃EM₄EM₅纵向抗拉强度(kN/m)横向抗拉强度(kN/m)(规范性附录)加筋土挡墙(护坡)设计计算B.1外部稳定验算B.1.1抗滑稳定验算K=R,/Ea....……(B.1)R=min{R,₁,R₂}...……(B.2)Gtgφ...……(B.3)…(B.4)式中：L—加筋土挡土墙的计算长度，m。B.1.2抗倾覆稳定验算………(B.5)式中：争争DB13/T2700—2018K=P/P……………(B.6)B.2内部稳定分析1)每层筋材均应进行验算。第1层单位墙长筋材所承受的水平拉力Ti:7=oa+ZAo.)K+△omJsvi/r………(B.7)式中：对于柔性筋材(图B.1):K,=K。…………(B.8)对于刚性筋材(图B.2):K,=K₀-[(k₀-K);]/6(0<Z≤6)………………(B.9)DB13/T2700—2018图B.2刚性筋墙T/T₂≥1……(B.11)时，应调整筋材间距或改用具有更高强度的筋材。B.2.2筋材抗拔稳定性验算应符合下列规定：图B.3筋材长度f—筋材与土的摩擦系数，应由试验测定；2)筋材抗拔稳定安全系数应按下式确定；F₂=T,i/T,……(B.13)L₁=Li+Li+L……(B.14)B.2.4最小拉结网层数计算Nm=P/Ta……………(B.15)式中：B.3局部稳定分析B.3.1拉结网与挡土块之间的连接强度验算K()=T;/Fg(i)....……(B.16)T;=a+Wt