一种堤坝抢险防护用土工枕布护坡护根的制作方法

1.本实用新型涉及水利防护技术领域，特别是一种堤坝抢险防护用土工枕布护坡护根。


背景技术：

2.由于目前黄河防洪工程体系仍不完善，河势还没有得到有效控制，横河、斜河等畸形河势依然存在，险情仍然时常发生，抢险任务非常繁重。
3.传统的河道抢护方法有两种：一是利用柳石搂厢、柳石枕闭气，这种方式的缺点是需要大量柳秸料、木桩、麻绳、石料，不符合生态保护发展大局。另一种方式是近年来采用的土工包闭气，其缺点是土工包之间有间隙，中间易过流淘涮，且包与包摩擦力小，易下滑走失，整体防护效果差。另外土工布在工程施工及抢险中应用多年，但均为单纯的将土工布铺开护坡护底，稳定性较差，受到河水的冲刷后容易从护坡上脱落，本实用新型有效解决了现有的护坡的问题，设计了一种堤坝抢险防护用土工枕布护坡护根。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种堤坝抢险防护用土工枕布护坡护根。
5.本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种堤坝抢险防护用土工枕布护坡护根，包括垛，所述垛邻水的一侧设置有第一坡体和第二坡体，所述第一坡体位于第二坡体的上方，且所述第一坡体与水平面的夹角小于第二坡体与水平面的夹角，所述垛顶部邻水一侧的边沿处开设有上枕固定槽；
6.所述垛邻水的一侧覆盖有土工布，所述土工布的一侧缝制有上枕，所述土工布的另一侧缝制有下枕，所述上枕的内部填充有第一装枕土，所述下枕的内部填充有第二装枕土；
7.所述土工布远离垛的一侧面覆盖有填土，所述填土远离土工布的一侧覆盖有散抛石，所述散抛石远离填土一侧的底部覆盖有铅丝石笼。
8.可选的，所述上枕填充于上枕固定槽的内部。
9.可选的，所述土工布的材质为丙纶长丝机织土工布。
10.可选的，所述土工布由迎水面、圆头和背水面缝制而成，且所述迎水面和背水面分别缝制在圆头的两侧。
11.可选的，所述迎水面和背水面均由若干矩形土工布缝制而成，所述圆头由若干三角形土工布和若干矩形土工布依次排列，并缝制而成。
12.可选的，所述填土的厚度为0.2～0.3m之间。
13.可选的，所述散抛石顶部的宽度为一米。
14.可选的，所述第一装枕土和第二装枕土均为河滩土。
15.本实用新型具有以下优点：
16.1、本方案主要由丙纶长丝机织土工布、沙土组成，其中坝顶、水下土坡各有一个枕，中间土工布紧贴土坡铺设，并将两个枕相连成一个整体。中间土工布紧贴第一坡体和第二坡体，其作用是保护土坝坡，防止水下土体流失，避免水上土坡因雨水冲刷而形成水沟浪窝，同时，将上枕和下枕连系在一起，形成一个整体，下枕的作用是在水流的冲刷下，在依靠自重向下滚动的同时带动土坡上土工布展开下移，形成更大的保护面，用于保护水下土坡，避免土体流失，上枕位于坝顶下0.5～0.8m处，作用是通过坝坡土工布牵拉下部枕，防止下部枕走失，同时起到了避免坝顶水沟浪窝的形成。
17.2、本实用新型为连体设计，上枕和下枕分别是现场装入第一装枕土和第二装枕土，然后现场缝制，并且土工布为迎水面、圆头和背水面缝制而成，迎水面和背水面均由若干矩形土工布缝制而成，圆头由若干三角形土工布和若干矩形土工布依次排列，并缝制而成，可以根据垛不同的大小和形状而制成不同形状和大小的土工布，组成结构新颖，生产方便，具有较强的适应性、较高的整体性、较强的稳定性。
18.3、下枕在水流的冲刷下，依靠自重向下滚动的同时带动土坡上土工布展开下移，形成更大的保护面，用于保护水下土坡及冲刷坑的进一步发展，避免土体流失，以往的水中进占施工，很少使用过土工布水下防护，更没有使用连体土工枕进行水上及水下整体防护的，连体土工布使用时，由于上枕、下枕的自身重量使第一坡体和第二坡体上的土工布处于绷紧状态，避免了土体长时间浸泡后形成的饱和土体在水位骤降时因反渗作用力造成的滑坡、坍塌，大大提高了坝坡的稳定性，在短期强降雨形成集中水流时，此连体的土工布有效解决了坝顶、坝坡因雨水冲刷造成的水沟浪窝发生和坦石下蛰，确保了工程完整，降低了工程养护成本。
附图说明
19.图1为本实用新型的爆炸图；
20.图2为本实用新型侧视的剖视图；
21.图3为本实用新型土工布的连接结构示意图；
22.图4为本实用新型工况1的受力分析图；
23.图5为本实用新型工况2的受力分析图；
24.图6为本实用新型工况3的示意图。
25.图中：1
‑
垛，11
‑
第一坡体，12
‑
第二坡体，13
‑
上枕固定槽，2
‑
土工布，21
‑ꢀ
上枕，22
‑
下枕，201
‑
迎水面，202
‑
圆头，203
‑
背水面，3
‑
第一装枕土，4
‑
第二装枕土，5
‑
填土，6
‑
散抛石，7
‑
铅丝石笼。
具体实施方式
26.下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
27.如图1至图3所示，一种堤坝抢险防护用土工枕布护坡护根，它包括垛1，垛1 邻水的一侧设置有第一坡体11和第二坡体12，第一坡体11位于第二坡体12的上方，且第一坡体11与水平面的夹角小于第二坡体12与水平面的夹角，垛1 顶部邻水一侧的边沿处开设有上枕固定槽13；
28.垛1邻水的一侧覆盖有土工布2，土工布2的一侧缝制有上枕21，土工布2的另一侧缝制有下枕22，上枕21的内部填充有第一装枕土3，下枕22的内部填充有第二装枕土4，本实用新型为连体设计，上枕21和下枕22分别是现场装入第一装枕土3和第二装枕土4，然后现场缝制，并且土工布2为迎水面201、圆头202和背水面203缝制而成，迎水面201和背水面203均由若干矩形土工布缝制而成，圆头202由若干三角形土工布和若干矩形土工布依次排列，并缝制而成，可以根据垛1不同的大小和形状而制成不同形状和大小的土工布2，组成结构新颖，生产方便，具有较强的适应性、较高的整体性、较强的稳定性，下枕22在水流的冲刷下，依靠自重向下滚动的同时带动土坡上土工布2展开下移，形成更大的保护面，用于保护水下土坡及冲刷坑的进一步发展，避免土体流失，以往的水中进占施工，很少使用过土工布水下防护，更没有使用连体土工枕进行水上及水下整体防护的，连体土工布2使用时，由于上枕21、下枕22的自身重量使第一坡体11和第二坡体12上的土工布2处于绷紧状态，避免了土体长时间浸泡后形成的饱和土体在水位骤降时因反渗作用力造成的滑坡、坍塌，大大提高了坝坡的稳定性，在短期强降雨形成集中水流时，此连体的土工布2有效解决了坝顶、坝坡因雨水冲刷造成的水沟浪窝发生和坦石下蛰，确保了工程完整，降低了工程养护成本；
29.土工布2远离垛1的一侧面覆盖有填土5，填土5远离土工布2的一侧覆盖有散抛石6，散抛石6远离填土5一侧的底部覆盖有铅丝石笼7，本方案主要由丙纶长丝机织土工布、沙土组成，其中坝顶、水下土坡各有一个枕，中间土工布紧贴土坡铺设，并将两个枕相连成一个整体。中间土工布紧贴第一坡体11和第二坡体12，其作用是保护土坝坡，防止水下土体流失，避免水上土坡因雨水冲刷而形成水沟浪窝，同时，将上枕21和下枕22连系在一起，形成一个整体，下枕22的作用是在水流的冲刷下，在依靠自重向下滚动的同时带动土坡上土工布展开下移，形成更大的保护面，用于保护水下土坡，避免土体流失，上枕21位于坝顶下0.5～0.8m处，作用是通过坝坡土工布牵拉下部枕，防止下部枕走失，同时起到了避免坝顶水沟浪窝的形成。
30.作为本实用新型的一种优选技术方案：上枕21填充于上枕固定槽13的内部。
31.作为本实用新型的一种优选技术方案：土工布2的材质为丙纶长丝机织土工布。
32.作为本实用新型的一种优选技术方案：土工布2由迎水面201、圆头202和背水面203缝制而成，且迎水面201和背水面203分别缝制在圆头202的两侧。
33.作为本实用新型的一种优选技术方案：迎水面201和背水面203均由若干矩形土工布缝制而成，圆头202由若干三角形土工布和若干矩形土工布依次排列，并缝制而成。
34.作为本实用新型的一种优选技术方案：填土5的厚度为0.2～0.3m之间。
35.作为本实用新型的一种优选技术方案：散抛石6顶部的宽度为一米。
36.作为本实用新型的一种优选技术方案：第一装枕土3和第二装枕土4均为河滩土，材料常见，容易施工。
37.土工枕布的制作需根据工程的外部轮廓而定，以2019年修建的河南原阳县仁村堤护村工程3垛为例，本实用新型的土工布2的制作过程以及护坡的修筑过程如下：
38.s1：在进占土工包及水上土方填筑到位，坡度方向校正后，按照3垛需要防护尺寸缝制一个扇形的土工布2，上窄下宽，制作扇形土工布2尺寸及步骤如下；
39.s1
‑
1、土工布2中迎水面201的缝合，用8块长22.26m、布幅宽3.5m土工布缝合成宽22.26m、长26.13m的矩形土工布，缝合处与纵向受力方向一致(缝合宽度0.15～0.25m，缝合
4道，下同)；
40.s1
‑
2、土工布2中圆头202的缝合，用长22.26m、布幅宽3.5m的矩形土工布沿对角线裁成高22.26m、底边长3.5m的三角形土工布7块，然后，再与6 块长22.26m、宽3.5m的矩形土工布缝合，按照三角形
→
矩形
→
三角形
→
矩形
→
三角形
→
矩形
→
三角形
→
矩形
→
三角形
→
矩形
→
三角形
→
矩形
→
三角形的顺序缝合(三角形底边在扇形外弧)成扇形，内弧长18.84m、外弧长42.48m的扇形，缝合处与纵向受力方向一致；
41.s1
‑
3、土工布2中背水面203的缝合，用3块长22.26m、布幅宽3.5m土工布缝合成纵向长22.26m、横向长9.68m的矩形土工布，缝合部位与受力方向一致；
42.s1
‑
4、将圆头202分别与迎水面201和背水面203进行缝合，缝合成一个内弧长54.83m、外弧长78.47m，宽度22.26m的土工布；
43.s1
‑
5、用长54.83m、宽3.5m矩形土工布与内弧缝合，用于制作上枕21，缝合部位在距3.5m宽土工布外边缘1m处(布幅宽3.5m土工布在1m处对折，即对折后，一边宽2.5m，一边宽1m)，缝合成时，接口处长边2.5m，短边1m，长边在下，此封合方法，可增加接缝处抗拉强度；用长78.47m、宽3.5m的矩形土工布与外弧缝合，用于制作下枕22，缝合部位在距3.5m宽土工布外边缘1m 处(布幅宽3.5m土工布在1m处对折，即对折后，一边宽2.5m，一边宽1m)，缝合成时，接口处长边2.5m，短边1m，长边在下，缝合处缝合6道，以防止缝合部位受下部枕拉力过大而撕裂；
44.s2：在垛1外口下0.5～0.8米处预留一条宽1.5米左右的平台，之后在平台上挖宽0.5～0.8米、深0.5～0.8米沟槽，沟槽外预留平台宽0.5m，便于施工；
45.s2：将缝制好扇形土工布2短边(54.83m)放在沟槽内，余布放在坝顶内沿处，用挖掘机向沟槽内土工布上第一装枕土3，要求均匀压实确保缝合，人工用缝包机缝4道，枕两头缝合结实紧密，上枕21重能保证上拉下枕22的拉力；
46.s3：将余布拉到坝垛外沿，以便于下枕22的制作；
47.s4：在缝好的土工枕上压土0.5～0.8米，便于压槽；
48.s5：在顶部平面外口处用挖掘机压出0.5米到0.6米深，宽0.6米到0.8米深的沟槽，将扇形土工布长边(78.47m)放于沟槽内；
49.s6：用挖掘机向槽内土工布2上第二装枕土4(直径约1m，确保向下拉力即可)，人工将土工布缝合4～5道，枕两头缝合结实紧密，缝合后，目的是使土工枕推入水后，缝合部位紧贴土坝坡，保证入水后在枕上压石或水流冲刷不破裂；
50.s7：缝合后，用挖掘机缓慢将缝好的下枕22推向水中，这时下枕22拉动土工布2向下滑动，土工布2被拉紧，多余部分随下落土工枕入水，土工布2 中间部分紧贴第一坡体11和第二坡体12，保护土坝体不被水流冲刷；
51.s8：再用挖掘机在土工布2上由下至上压填土5，填土5压实后，再抛洒散抛石6，使下部枕下滑至河底，再放入铅丝石笼7。
52.从力学分析本实用新型的合理性：
53.首先假定两种工况，此两种工况按现今常用的方式铺设土工布。
54.(一)工况1
55.请参阅图4，假设连体土工枕均在河水位之上，在1：0.8的斜坡上用土工布直接拉住单位长度1m，直径为1m的土工枕，下枕22处于静力平衡状态，受力分析如下图4所示，连体
土工枕枕体(沙土)密度取ρ
土
＝1.7t/m3。
56.下枕22的重力g＝gv＝1.7t/m3*9.8n/kg*0.785m3＝13.078kn；
57.斜坡对于下枕22的支持力n＝gcosa＝10.217kn；
58.土工布2对于下枕22的拉力f＝gsina＝8.174kn。
59.由以上计算结果可知，下枕22对于土工布的拉力为8.174kn，是土工布的径向撕破强力0.84kn约10倍，可见，在这种假定的工况下，土工布的径向撕破强力是不能承受的，连体土工枕是不可行的。
60.(二)工况2
61.请参阅图5，在工况1的基础上考虑河水的影响，下枕22位于河水位之下，下枕22处于静力平衡状态，受力分析如下图所示(图4)。ρ
水
取值1.0t/m3。
62.下枕22的重力g＝gv＝1.7t/m3*9.8n/kg*0.785m3＝13.078kn；
63.下枕22的上浮力f’＝gv＝1.0t/m3*9.8n/kg*0.785m3＝7.693kn；
64.斜坡对于下枕22的支持力n＝(g
‑
f’)cosa＝4.207kn；
65.土工布2对于下枕22的拉力f＝(g
‑
f’)sina＝3.367kn。
66.由以上计算结果可知，当下部土工枕位于河水位之下时，考虑上浮力作用下，土工布受到的拉力为3.367kn，是土工布的径向撕破强力0.84kn的约4 倍。可见，在这种假定的工况下，土工布的径向撕破强力也是不能承受的，连体土工枕是不可行的。
67.(三)工况3
68.请参阅图6，经过上面的两种工况分析计算可知，无论是水上还是水下，简单的考虑让径向撕破强力只有0.84kn土工布2去拉住直径约1m的土工枕是不可行的，但是，经过多年的实践证明，连体土工枕是可行的，经过现场开挖检验是效果良好的，究其原因，还需考虑更符合实际的情况，即连体土工枕施工完成后，在连体土工枕外侧设置填土5(厚0.2～0.3m)，再设置散抛石6(顶宽 1m)，之后抛铅丝石笼7备塌体(顶宽1m)，受力分析如下图所示(图5)：
69.由受力分析图可知，无论有没有土工布2，对于单独的下枕22和上枕21来说，两个土工枕均处于静力平衡稳定状态。
70.对于下枕22：
71.下枕22的重力g＝gv＝1.7t/m3*9.8n/kg*0.785m3＝13.078kn；
72.下枕22的上浮力f’＝gv＝1.0t/m3*9.8n/kg*0.785m3＝7.693kn；
73.地基对于下枕的支持力n＝g
‑
f’＝5.385kn；
74.对于上枕21：
75.上枕21的重力g＝gv＝1.7t/m3*9.8n/kg*0.785m3＝13.078kn；
76.地基对于上枕21的支持力n＝g＝13.078kn；
77.对于两个土工枕，只要下部的地基是稳定的，地基支撑力n则满足要求，土工枕也会是稳定的，连接两个土工枕的土工布基本不受拉力影响，这也是为什么土工布的径向撕破强力只有0.84kn，经过工程开挖检验，土工布2没有被撕破，且能长期保持有效果的原因。
78.如要保证土工枕的基础稳定，则要求土工枕及相连接的土工布2之下的边坡保持稳定，因此，只要保证土工枕及相连接的土工布2之下的边坡稳定，土工枕之间的土工布2将不会受到大的拉力的作用；
79.经过以上内容的详细分析，可以初步得出：土工枕及相连接的土工布共同所起的作用，不在于连体土工枕的重力等力学作用，而在于连体土工枕所起的护坡作用，正是连体土工枕起到的较好的护坡作用，才保证了其防护之内的坝体边坡稳定。
80.通过市场调查选用丙纶长丝机织土工布作为本实用新型中土工布2的选料，丙纶长丝机织土工布是通过聚酯长丝成网和固结的方法制成，其纤维排列成三维结构。具有良好的力学性能，纵横向排水性能和良好的延伸性能，较高的耐生物、耐酸碱、耐老化等化学稳定性能。具有较宽的孔径范围、曲折的孔隙分布、优良的渗透性能和过滤性能。
81.丙纶长丝机织土工布的特点：
82.1、抗拉、抗撕裂、抗顶破，抗穿刺等力学强度高，是同等克重短纤土工布的一倍以上，尤其是抗顶破、抗刺穿强度达到2200牛顿以上，在块石护坡中，能有效防止不规则石块对布面的冲击；
83.2、延伸性能好，应力分散和传送快，使负载均布化；
84.3、摩擦系数大，施工时不易滑移；
85.4、耐化学性能优良；
86.5、抗腐蚀。
87.正因为丙纶长丝机织土工布具体以上优点，因此通过本实用新型修筑的护坡，稳定性极强。
88.特别说明的是：土工枕布长度可根据工程具体出险部位的实际情况作适当增减。
89.综上所述：本方案主要由丙纶长丝机织土工布、沙土组成，其中坝顶、水下土坡各有一个枕，中间土工布紧贴土坡铺设，并将两个枕相连成一个整体。中间土工布紧贴第一坡体11和第二坡体12，其作用是保护土坝坡，防止水下土体流失，避免水上土坡因雨水冲刷而形成水沟浪窝，同时，将上枕21和下枕22 连系在一起，形成一个整体，下枕22的作用是在水流的冲刷下，在依靠自重向下滚动的同时带动土坡上土工布展开下移，形成更大的保护面，用于保护水下土坡，避免土体流失，上枕21位于坝顶下0.5～0.8m处，作用是通过坝坡土工布牵拉下部枕，防止下部枕走失，同时起到了避免坝顶水沟浪窝的形成；本实用新型为连体设计，上枕21和下枕22分别是现场装入第一装枕土3和第二装枕土4，然后现场缝制，并且土工布2为迎水面201、圆头202和背水面203缝制而成，迎水面201和背水面203均由若干矩形土工布缝制而成，圆头202由若干三角形土工布和若干矩形土工布依次排列，并缝制而成，可以根据垛1不同的大小和形状而制成不同形状和大小的土工布2，组成结构新颖，生产方便，具有较强的适应性、较高的整体性、较强的稳定性；下枕22在水流的冲刷下，依靠自重向下滚动的同时带动土坡上土工布2展开下移，形成更大的保护面，用于保护水下土坡及冲刷坑的进一步发展，避免土体流失，以往的水中进占施工，很少使用过土工布水下防护，更没有使用连体土工枕进行水上及水下整体防护的，连体土工布2使用时，由于上枕21、下枕22的自身重量使第一坡体 11和第二坡体12上的土工布2处于绷紧状态，避免了土体长时间浸泡后形成的饱和土体在水位骤降时因反渗作用力造成的滑坡、坍塌，大大提高了坝坡的稳定性，在短期强降雨形成集中水流时，此连体的土工布2有效解决了坝顶、坝坡因雨水冲刷造成的水沟浪窝发生和坦石下蛰，确保了工程完整，降低了工程养护成本。
90.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修
改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。