格宾挡墙结构设计计算书

生态格网结构

设计计算实例

目录

1生态格网结构的设计要求 ............................................................................................................ 2

1.1生态格网结构的特点 ......................................................................................................... 2 1.2与传统护坡的联系和区别 ................................................................................................. 3 1.3生态格网结构在工程设计中要注意的一些问题 ............................................................. 3 2生态格网结构的施工要求 ............................................................................................................ 7 3材料的技术说明及产品主要规格 .............................................................................................. 12

3.1基本要求 ........................................................................................................................... 12 3.2钢丝盐雾试验 ................................................................................................................... 13 3.3钢丝的外包高分子高密度PVC材料 ............................................................................. 15 3.4使用环境及寿命 ............................................................................................................... 15 3.5常用规格 ........................................................................................................................... 15 4设计计算实例 .............................................................................................................................. 18

4.1固滨笼挡墙的设计 ........................................................................................................... 18

4.4.1计算的参数取值 .................................................................................................... 18 4.4.2土压力计算 ............................................................................................................ 19 4.4.3挡墙稳定验算 ........................................................................................................ 19 4.2绿滨垫护坡的设计 ........................................................................................................... 23

4.2.1构造形式 ................................................................................................................ 23 4.2.2基础准备及滤层设置 ............................................................................................ 23 4.2.3填石尺寸 ................................................................................................................ 23 4.2.4考虑波浪作用时，绿滨垫厚度设计 .................................................................... 24 4.2.5计算结果 ................................................................................................................ 25 4.3、加筋固滨笼的设计 ........................................................................................................ 26

4.3.1计算的参数取值 .................................................................................................... 26 4.3.2加筋生态格网结构整体稳定计算 ........................................................................ 26 4.3.3加筋生态格网结构内部力计算 ............................................................................ 27

5生态格网挡墙与传统挡墙的造价比较 ...................................................................................... 29

1生态格网结构的设计要求

1.1生态格网结构的特点

生态格网结构是一种重力式的柔性结构，它是由特定的金属线材箱体内填卵石或碎石材料而成的组合体，是由多绞的、六边形网目的网片或加筋网片结合建筑物的尺寸将网片裁剪后组装成的绿滨垫、固滨笼等结构单元的新型的支挡结构。（见下图，结构尺寸见第三章）

生态格网结构运用到工程之中主要用作护岸或挡土设施，它的特点是在保证护坡具有一定的强度、安全性和耐久性的同时兼顾工程的环境效应和生物效应，以达到一种土体和生物相互涵养，适合生物生长的仿自然状态，因此它具有以下几方面的功能：

①安全性：这是护坡（或挡墙护岸）的基本功能，有效地固坡和护坡；

②生物性：基本不影响土的原生动植物，不扰动原有的生、动物的栖息环境，完工后被

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本土的生、动物接受；

③景观性：完工后与周围的景观环境相协调。

1.2与传统护坡的联系和区别

1.2.1联系

①生态格网结构与传统结构的设计依据相一致，要符合国家标准和运用行业的标准要求；比如国家标准《防洪标准》、《堤防工程设计规范》，水利行业标准《碾压土石坝设计规范》、《水工挡土墙设计规范》等等；

②生态格网结构与传统结构的结构布置都要符合建筑物功能要求，比如：用于河道治理的顺水坝、潜坝、防洪堤，用于消能的有消力池、护坦等等；

1.2.2区别

①传统结构只考虑了稳定性，忽略了边坡在生物、环境的要求，生态格网结构是传统护坡基础上的改进，是功能的延伸，它不单纯限于新型材料的应用，同时也重视发掘传统人工材料和技术的生态功能的改进，在设计中更多的顾及环境和生物的需求；

②在某些方面生态格网结构还不能取代传统结构，比如对变形要求较高的承力结构像闸墩、桥墩等，另外，生态格网结构是透水性结构对有防渗要求底板或箱体等不适用；

因此，生态格网结构起源于传统护坡，又有别于传统护坡，是护坡工程发展的新阶段，随着生态环保理念的深入，人们对环境效益要求的逐渐提高，传统的护坡必然要向生态技术型护坡转变。

1.3生态格网结构在工程设计中要注意的一些问题

1.3.1石材的选择

浆砌石与干砌石护坡石材选用的是尺寸越规整，越接近料石越好，生态格网结构对石材的要求是1.5～2.0DM(中值粒径)，抗冲流速取决于石材的粒径控制，并非厚度，因此，生态格网绿滨垫的厚度为t≧2DM ,设计时要了解当地材料的粒径情况；

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1.3.2护坡形式的选择选择

一般来说，当自然边坡≦1：1.5时。护坡形式选用绿滨垫，当自然边坡1：1.5～1：1时。护坡形式选用固滨笼，当自然边坡≧1：1时。护坡形式选用加筋固滨笼；复式断面可根据实际情况结合使用。（见下图）

1.3.3对结构尺寸要求

生态格网绿滨垫或固滨笼尺寸拟定时要符合厂家的规格要求，由于固滨笼的生产是成批机械化生产，固滨笼网目只有几种规格（80×100，100×120，130×150mm）,为了满足公差要求，它的长、宽、高有固定的规格尺寸，因此拟定结构尺寸尽量采用厂家已有的规格。

1.3.4耐久性

设计人员对固滨笼的使用寿命比较关心，因为这也是结构安全的一个方面，选择信誉好的厂家是非常重要的，它的产品会提供所用相关试验报告和材料性能报告，一般来铰好的自然环境可达50年，差的有腐蚀的环境能够使用30年左右。

1.3.5抗冲能力

美国科罗拉多州立大学对不同流速下绿滨垫（固滨笼）模型的试验结果表明，临界流速可达6m/s(指绿滨垫、固滨笼中的填石不产生移动的流速),极限流速可达8 m/s(指虽然填石移动导致绿滨垫（固滨笼）变形，但流速仍在可接受的范围内)。

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1.3.6挡墙稳定验算

①抗倾、抗滑稳定计算时不需要考虑墙后的渗透压力，也不需要考虑浮力，安全系数应符合《水工挡土墙设计规范》的相关要求；土基上的挡墙要考虑沿基底面的抗滑稳定之外，还应核算墙体与基础整体的抗滑稳定性，建议采用《堤防工程设计规范》之中的瑞典圆弧法进行计算；

②.基地压应力验算时，一般要求合力的偏心距e0在地板中心的1/3范围内，最大压应力σmax＜〔σ0〕地基承载力，σmax/σmin粘性土1.5～2.5, 砂性土2.0～3.0 (传统结构挡墙的要求σm≤〔σ0〕，σmax≤1.2〔σ0〕)；

③.墙体内应力的验算：墙身截面变化处承受的外部压力与剪应力小于实际的允许值。

1.3.7抗震性能和适应适应地基变型能力

试验表明，生态格网网片顺机编方向承受拉力34KN/M,变形为6～7%,垂直机编方向承受拉力14.4KN/M，变形为20～22%，说明抗拉强度顺机编方向是垂直绞线方向的2～3倍；台湾的试验资料表明，挡墙固滨笼在承受侧向土压力时，竖向变形为水平变形的2～3，滑动的危险度高于倾斜的危险度，因此在承受地震能力方面优于传统结构，适应地基变形的能力也强于传统结构。

1.3.8经济性

①直接的经济效益有以下几点：

a． 对石材的要求较宽松，可因地制宜充分利用当地材料；

b． 对地基承载力要求相对较低，可降低地基处理费，不需设变形缝； c． 生态格网网片可机械化生产，打包成卷（捆）包装运输，运输成本较低； d． 由于施工方法为干砌，对于施工时用水、用电困难项目，可以节省投资； e． 对气候无特殊要求，有利于缩短工期，可以降低工程投资。 ②间接的经济效益：

a. 减少水泥用量，有利于节约能源，减少污染，改善环境；

b. 不改变河道的自然状态，可以促进地表水和地下水的交换。滞洪补枯、调节水位，

恢复河中动植物的生长,利用动植物自身的功能净化水体，增加了景观有美化环境的功能。。

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1.3.9生态措施

① 绿滨垫施工完成后，在其上覆土10～15cm,栽种植物；（见下图）

②固滨笼挡墙施工时，在笼内的一角装土，施工完成后栽种植物或插枝；（见下图）

1.3.10施工说明

为了达到好的工程效果，施工图中要有详细的施工做法说明，把材料的要求、固滨笼的规格的要求等相关情况写清楚。施工说明见第二章。

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2生态格网结构的施工要求

2.1组装箱体

2.1.1 拉直边网片、端网片和隔片，组装时确保所有折缝位置正确，箱体组应按设计图示位置依次安置,并按设计要求定位,定位时需挂线调整平整度。

2.1.2 间隔网与网身应成90º相交，经绑扎形成长方形或正方形箱体或箱体组，绑扎用扎丝连接，由边缘起连接，绑扎丝应与网丝同材质的钢丝，每一道绑扎应是双股线并绞紧，钢丝的末端向里折。

双股线作为扎丝 扎丝绑扎

箱体装配

2.2构成箱体的各种网片交接处绑扎道数应符合以下要求：

2.2.1 间隔网与网身的四处交角各绑扎一道；

2.22.2 间隔网与网身交接处每间隔20~25cm处绑扎一道；

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2.3箱体组间连接绑扎，应符合下列要求：

2.3.1 相邻箱体组的上下四角各绑扎一道；

2.3.2 相邻箱体组的上下框线或折线，应每间隔20~25cm绑扎一道； 2.3.3 相邻箱体组的网片结合面则每平米绑扎2处；

2.3.4 在绑扎相邻边框线下角一道时，如下方有箱体组，应将下方箱体一并绑扎，连成一体；

2.3.5 各层箱连接完成后,可用木(铁)杆(长6m以上)顺层箱边缘临时固定,以保证箱体装料后边缘线顺直流畅。

2.4填充石料

2.4.1 所用石料要求坚硬、有棱角、耐久，确保使用期遇水或风化作用不会崩解。用石料填满固滨笼，石块的尺寸应在1.5D—2.0D（D为生态格网的网目名义尺寸）之间。不在外露表面的石料尺寸允许有15%的偏差。当填充的加筋固滨笼单元高1m时，则至少应铺三层石料；当单元高0.5m时，至少应铺二层石料。

单元箱体填石示意图

2.4.2 在箱体中填充石料时，每个格室填充高度不得比相邻隔间高出30cm。对垂直或接近垂直的结构来说，固滨笼的外层石料应手工仔细铺设以获得整洁、平坦和紧凑的外观。填充石料时应小心，确保PVC护膜不破损。考虑到石料的沉降，填石高度应超过固滨笼26-40mm。

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组合体填石示意图

2.5靠外侧部位的网片应设置内部加强钢丝，按以下要求绑扎：

2.5.1 1m高的箱体单元，在1/3和2/3高度处绑扎； 2.5.2 0.5m高的单元在1/2高度处绑扎；

2.5.3 内连加强钢丝应连接格室的外露面及其对面。

内部连接加强钢丝绑扎示意图

2.6箱体封盖施工应符合下列要求：

2.6.1 封盖宜在顶部石料砌垒平整的基础上进行； 2.6.2 宜先使用封盖夹固定每端相邻结点后，再加以绑扎； 2.6.3 封盖与箱体边框相交线，应每间隔20~25cm 绑扎一道。

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封盖示意图

2.7铺设土工布

按结构设计要求，在施工之前应在结构护面与回填料的界面上铺设土工织物，在顶部和底部织物都应伸出0.3m。

2.8回填土

回填土时应防止损坏土工织物。重型压实机械必须至少距离箱体1m，以减少对箱体的损坏，墙后使用人工压实机械压实填土。表面1m以内压实时，应使用手扶式压实机仔细操作，以避免挡土墙或边坡表面损伤。箱体每安装一层，及时回填一层土。

2.9加筋固滨笼的装配及施工步骤：（下图为装配过程图示）

2.9.1 从捆件里取出单元并将其放在平坦、坚硬的平面上。

2.9.2 拉直前网片、后网片和隔片进行护面的安装。保证所有网片位置摆放正确，所有边的顶端排列整齐。

2.9.3 相邻单元用系扣连接。系扣应每间隔20~25cm。沿网板边缘连接，以确保填料表面平整。

2.9.4 拉筋带铺设时底面填料应碾压密实、平整，要求将筋带拉直、拉紧，平铺不重叠，不卷曲，不扭结和不皱褶，与挡墙面垂直，尾部成均匀辐射形状。与墙面连接要牢靠，不得有硬质、尖锐棱角的填料直接接触。

2.9.5 填土时多填30cm，并将其压到所需高度。推荐的土级配在0.02mm与6mm之间。用传统的压实机压实，压实度应能达到标准机器95%的程度。

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2.9.6 逐层安装其它单元时，每层单元应与其上及其下单元在护面四周连接。

加筋固滨笼的装配示意图

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3材料的技术说明及产品主要规格

3.1基本要求

3.1.1生态格网所用钢丝为低碳钢丝，编织前的钢丝最小抗拉强度范围为：350~500Mpa（允许有更高的抗拉强度），编织前的钢丝延伸率不得小于10%。

3.1.2生态格网采用的钢丝为高镀锌、镀锌-5%铝-稀土合金、镀锌-10%铝-稀土合金镀层钢丝或者包覆高分子高密度PVC的以上同质钢丝。

3.1.3生态格网即用以上钢丝采用专用设备编织而成的多铰状、六边形网目的网片，D-指铰合中心线的轴线距离，H-网目对角间的距离，h-铰制长度，铰制长度一般不小于50mm。（见五铰示意图）。参照欧洲标准委员会CEN标准，生态格网常用网孔、网丝见表3.1.3-1。表中网丝为编织格网所用的钢丝，列出了不同规格的格网所采用的网丝直径，表3.1.3-2、表3.1.3-3列出了公差（EN 10223-3:1997 table 1）以及对镀锌量（GB/T 15393）、铝锌合金镀层量（GB/T 20492-2006）的要求；边丝缠绕在所有网片的边缘，目的是增加结构强度，表中列出了与网丝对应的边丝直径；扎丝用于固滨笼各网片的连接以及与相邻固滨笼连接，直径一般为2.2mm。边丝、扎丝的性能要求参照对应直径的网丝。

表3.1.3-1 固滨笼和绿滨垫的网孔、钢丝规格

类型 （D×H） 80×100 绿滨垫 （mm） 100×120 （mm） 固滨笼 130×150 （mm） 130 2.7/3.7 （-4%~+16%） 3.4/4.4 2.2/3.2 ≥60 （-4%~+16%） 100 2.7/3.7 （-4%~+16%） 3.4/4.4 2.2/3.2 ≥55 80 2.2/3.2 2.7/3.7 2.2/3.2 ≥50 网目 网丝直径 钢丝直径 边丝直径 （mm） 扎丝直径 （mm） 铰合长度 （mm） D（mm） （mm） 12

注：铰制长度是保证钢丝铰合时不被过度拉伸，金属防腐层和高分子高密度PVC防腐层不被过度挤压造成破损的重要保证，因此铰制长度必须≥50mm，否则为不合格产品。D的允许公差-4%~+16%。

表3.1.3-2 钢丝最小镀层量和直径公差表

公差 钢丝直径（mm） （mm） 2.2 2.7 3.4 ±0.06 ±0.08 ±0.1 (g/m2) 230 245 265 镀层重量表3.1.3-3 固滨笼和绿滨垫尺寸的公差表 长度（L）（mm） ±4% 宽度（W）（mm） ±3% 高度（H）（mm） ±2% 3.2钢丝盐雾试验

3.2.1我公司通过ISO9001和ISO14000体系认证，在在近三年中通过原材型式试验，能出示三年内权威检测机构（取得CMA认证和CNAS认证）的以下检测报告正本，提供该报告复印件。 3.2.2镀锌钢丝

①《镀锌钢丝盐雾3000h检验报告》

镀锌钢丝经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于2%，腐蚀率不得大于105g/m2； ②《镀锌钢丝组成的网片盐雾3000h检验报告》

镀锌钢丝组成的网片经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于2%。 3.2.3镀锌钢丝包PVC

①《镀锌钢丝包PVC盐雾3000h检验报告》

镀锌钢丝包PVC经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于1%，腐蚀率不得大于20g/m2；

②《镀锌钢丝包PVC组成的网片盐雾3000h检验报告》

镀锌钢丝包PVC组成的网片经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于1%；

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③《镀锌钢丝包PVC平端深度检验报告》

经2000小时盐雾试验，平端深度即钢丝腐蚀的渗透深度小于15mm。 3.2.4镀锌-5%铝-稀土钢丝

①《镀锌-5%铝-稀土钢丝盐雾3000h检验报告》

镀锌-5%铝-稀土钢丝经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于1.9%，腐蚀率不得大于100g/m2；

②《镀锌-5%铝-稀土钢丝组成的网片盐雾3000h检验报告》

镀锌-5%铝-稀土钢丝组成的网片经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于0.8%。 3.2.5镀锌-5%铝-稀土钢丝包PVC

①《镀锌-5%铝-稀土钢丝包PVC盐雾3000h检验报告》

镀锌-5%铝-稀土钢丝包PVC经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于1%，腐蚀率不得大于20g/m2；

②《镀锌-5%铝-稀土钢丝包PVC组成的网片盐雾3000h检验报告》

镀锌-5%铝-稀土钢丝包PVC组成的网片经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于1%；

③《镀锌-5%铝-稀土钢丝包PVC平端深度检验报告》

经2000小时盐雾试验，平端深度即钢丝腐蚀的渗透深度小于15mm。 3.2.6镀锌-10%铝-稀土钢丝

①《镀锌-10%铝-稀土钢丝盐雾3000h检验报告》

镀锌-10%铝-稀土钢丝经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于1.5%，腐蚀率不得大于50g/m2；

②《镀锌-10%铝-稀土钢丝组成的网片盐雾3000h检验报告》

镀锌-10%铝-稀土钢丝组成的网片经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于1.2%。

3.2.7镀锌-10%铝-稀土钢丝包PVC

①《镀锌-10%铝-稀土钢丝包PVC盐雾3000h检验报告》

镀锌-10%铝-稀土钢丝包PVC经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不大于1%，腐蚀率不得大于20g/m2；

②《镀锌-10%铝-稀土钢丝包PVC组成的网片盐雾3000h检验报告》

镀锌-10%铝-稀土钢丝包PVC组成的网片经3000小时盐雾试验检验，其质量变化率不

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大于1%；

③《镀锌-10%铝-稀土钢丝包PVC平端深度检验报告》

经2000小时盐雾试验，平端深度即钢丝腐蚀的渗透深度小于15mm。

3.3钢丝的外包高分子高密度PVC材料

3.3.1《PVC材料检验报告》

PVC基片初始性能：比重1.3~1.35g/cm3，拉伸强度≥20.6Mpa，拉伸模量≥18.6Mpa，邵氏硬度D50~60，耐磨性：质量磨损率<12%; 3.3.2《PVC材料盐雾3000h检验报告》

PVC材料经盐雾3000h后，比重变化率不大于6%，拉伸强度变化率不大于25%; 3.3.3《PVC材料抗UV耐光3000h检验报告》

PVC材料经耐光3000h后，比重变化率不大于6%，拉伸强度变化率不大于25%.

3.4使用环境及寿命

国外研究及应用表明，镀锌钢丝生态格网使用寿命约40年，镀铝锌钢丝使用寿命约60年，包覆PVC后使用寿命可达120年。一般来说，在中性条件下可以使用镀锌钢丝或镀铝锌钢丝，而在以下情况下则应使用包覆PVC的镀锌钢丝或镀铝锌钢丝：1）存在冲积物磨损的河流；2）海洋条件或盐雾区域；3）工业废料；4）矿业工程；5）废水；6）污水（PH<7或>12）；7）土壤高酸性或高碱性区域。

3.5常用规格

表3.5-1 金利达固滨笼标准规格尺寸表 规格（m） 网孔（mm） 长（±4%） 宽（±3%） 高（±2%） （m2） 隔片数 网的用量（即展开面积）体积（m3） 2 100×120 1 1 1 0.45 0.45 0.55 15

1 0 1 7.15 5.25 7.85 0.90 0.68 1.10 1.5 (-4%~+16%) 2

1.5 2 1.5 2 1.5 130×150 (-4%~+16%) 1 1 1 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.55 1 1 0.45 0.45 0.95 0.95 1.05 1.05 0 1 0 1 0 1 0 1 0 5.75 11.00 8.00 6.88 5.06 10.31 7.51 10.99 8.00 0.83 2.00 1.50 0.86 0.64 1.81 1.35 2.00 1.50 2 1.5 2 1.5 表3.5-2 金利达绿滨垫标准规格尺寸表 规格（m） 网孔（mm） 长（±4%） 宽（±3%） 高（±2%） （m2） 3 4 5 6 3 4 5 80×100 (-4%~+16%) 6 3 4 5 6 3 4 5 6

网的用量（即隔片数 展开面积）体积（m3） 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.38 0.38 0.38 0.38 0.45 0.45 0.45 0.45 16

2 3 4 5 2 3 4 5 2 3 4 5 2 3 4 5 14.8 19.6 24.4 29.2 16.2 21.4 26.6 31.8 17.32 22.84 28.36 33.88 18.3 24.1 29.9 35.7 1.2 1.6 2 2.4 1.8 2.4 3 3.6 2.28 3.04 3.8 4.56 2.7 3.6 4.5 5.4

注：

1、 钢丝要求：表中固滨笼所用网丝直径为2.7mm，包覆PVC后直径为3.7mm；边丝直径3.4mm，包覆PVC后直径为4.4mm；绿滨垫所用网丝直径为2.2mm，包覆PVC后直径为3.2mm；边丝直径2.7mm，包覆PVC后直径为3.7mm；扎丝直径为2.2mm，包覆PVC后直径为3.2mm。

2、 箱体高度≤0.45m，网孔为80*100mm，网丝2.2mm，边丝2.7mm的统称为绿滨垫。箱体高度≥0.45m，网孔为100*120mm或者130×150mm，网丝2.7mm，边丝3.4mm的统称为固滨笼。

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4设计计算实例

4.1固滨笼挡墙的设计

4.4.1计算的参数取值

选取3米高的典型断面来计算挡墙的稳定性。具体参数取值如下：

①挡墙高度3，顶宽1.0m，底宽2m。墙底逆坡脚0，墙背与竖直夹角0，填土表面与水平面的夹角13°，延伸至0.45米高处，又变为水平。墙前河底高出基底约1m。

②网箱回填石料的单位体积重25KN/m，孔隙率30%。墙体容重为17.5KN/m，在迎水面的墙体浮容重取为13.5KN/m。

③挡墙墙后填土参数：天然容重18.5kN/m3，浮容重12KN/m3，c=0 φ=30度，墙背与墙厚填土摩擦角采用10度。

④最高洪水位在堤顶下0.2米，故墙前水深2.8，墙后水深2.8。 ⑤挡墙基底面与土质地基之间的摩擦系数取0.4。

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4.4.2土压力计算

参考《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）附录A中A.0.6条计算，挡土墙后填土为斜坡面与水平面组合。

主动土压力系数：Kacos2()sin()sin()cos2cos()1cos()cos()2

00填土面倾角为13时，Ka0.367；0时，Ka0.310。

最终求得土压力：Ea30.39kNm 土压力作用点：YE1.08m

4.4.3挡墙稳定验算

下图为固滨笼挡土墙受力简图。

完建期生态格网挡墙荷载计算表

项目 自重 土重 墙后土压力 墙前土压力 合计

垂直力(kN) 78.75 0.00 78.75 水平力(kN) -30.39 2.86 -27.53 19

力臂(m) 1.19 0.00 1.08 0.33 力矩(kN·m) 94.06 0.00 -32.69 0.95 62.32

设计洪水位生态格网挡墙荷载计算表

项目 自重 墙前水重 墙前水平水压力 墙后水平水压力 墙后土压力 墙前土压力 合计 ①抗倾稳定性验算

垂直力(kN) 64.75 13.00 77.75 水平力(kN) 39.20 -39.20 -19.71 1.86 -17.86 力臂(m) 1.21 0.33 0.93 0.93 1.08 0.33 力矩(kN·m) 78.56 4.33 36.59 -36.59 -21.21 0.62 61.69 ，无需考虑墙前后同水位水压力作用。 由于生态格网结构具有透水性，PWPW按绕墙趾转动校核，抗倾安全系数：

F0GaEaVBEpcEaHb

式中Ea―墙后主动土压力(kN/m)；Eav为土压力的竖向分力，计算式不考虑竖向力

的左右，这样偏安全。

G―为墙体重力(kN/m)，若挡土墙有墙踵，则应计入其上的填土重量。

②抗滑稳定性验算

通过将回填土产生的推力与基础产生的摩擦力及墙前的被动土压力Ep比较，校核挡墙的抗滑能力，不考虑基底粘聚力的有利影响。抗滑安全系数

FS式中b―为基础摩擦角(°) ③基底压应力验算

(GEaVEp)tgbEaH

进行基础稳定性验算时先确定基底合力的偏心距e0，根据e0判断基底的应力情况，计算荷载作用下挡土墙墙趾和墙踵下土的应力，一般要求e0在底板中间的1/3范围

20

内，即e0BGaEaVBEpcB 2GEaV6(GEaV)6e01 BBmax满足上式时基础底面的最大、最小应力为min基底最大应力不应超过基底允许承载力[

0]。

生态格网挡墙的稳定计算成果表(按照土质地基上的三级挡土墙取值）

抗倾覆安全系数 工况 完建期 设计洪水位期

④本次实例暂不考虑地震的影响力，一般稳定分析时可能还需考虑地震主动动土压力，地震主动动土压力的计算参照《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97），代表值按下式计算。

k0 2.91 2.08 [K0] 1.40 1.50 地基应力(kPa) Pmax 64.01 62.04 Pmin 14.74 15.71 抗滑稳定安全系数 Kc 1.14 1.74 [Kc] 1.10 1.25 avcos11EeqHH21gCecos()212cos2(e1)Ce2cosecos21cos(1e)1Z

Zsin()sin(e2)cos(1e)cos(21)etg1式中：

ahgavEe——地震主动动土压力代表值(kN/m)； q——填土表面均布荷载(kN/m2)；

1——挡土墙面与垂直面夹角(°)；

2——土表面和水平面夹角(°)；

H——土的高度(m)；

e——地震系数角；

——土的重度标准值（kN/m3）；

21

——土的内摩擦角(°)；

——计算系数，采用拟静力法计算地震作用效应，固滨笼结构取0.25；

ah——水平向设计地震加速度代表值，按下表取值； av——竖向设计地震加速度代表值，取2/3ah。

水平向设计地震加速度代表值ah

设计烈度 ah

7 0.1g 8 0.2g 9 0.4g 22

4.2绿滨垫护坡的设计

4.2.1构造形式

绿滨垫可用于堤岸防护，或者对整个河床及河岸进行防护。用于堤岸防护的绿滨垫护坡由两部分组成——护脚和护面。设计时应重点考虑坡脚及滤层。

为额外增加护坡侧缘的强度，绿滨垫的上游及下游边界应加厚。护坡安装完成后，可以在边界单元上方覆盖一层薄的表层土以便种植。

4.2.2基础准备及滤层设置

河岸应平整成均匀的坡度。平整后的平面，无论是岸坡还是设置绿滨垫的坡脚，与设计平面偏差不能超过15cm。所有突出在平整后表面的钝形及尖锐物体（例如岩石、树根）都应移除。

虽然人工摆放的小尺寸石料能起到天然滤层的作用，仍宜铺设一层合成纤维织成的土工布，也可以铺设一层10～15cm厚的砾石层作为滤层，滤层在粉土河岸及绿滨垫护坡之间，以便进一步阻止细粒料的流失。

4.2.3填石尺寸

填石尺寸的设计准则是绿滨垫中的填石不致出现移位，因为填石移位引起的绿滨垫变形，会造成水流阻力改变及钢丝破坏。该法适用于厚度为150～500mm的绿滨垫，水流不是急流，河流坡度小于2%的场合。

绿滨垫中填石的平均粒径Dm按下式计算，用于河道转弯处外侧的绿滨垫填石Dm应乘以系数1.2。

成水流阻力改变及钢丝破坏。绿滨垫中填石的平均粒径Dm按式4.2.3-1计算，用于河道转弯处外侧的绿滨垫填石Dm应乘以系数1.2。

wDmSfCsCvdws式中：

0.5V gdK1 （4.2.3-1）

2.5 23

Dm——绿滨垫填石的中值粒径，50%的填石粒径超过该值； Sf——安全系数（推荐最小1.1）；

Cs——绿滨垫中填石的稳定系数，大多数情况为0.1（适用于填石有棱角，最大及最小

填石尺寸比在1.5-2.0之间）；

Cv——流速分布系数，1.283-0.2log（R/W）（最小1.0），在堤和混凝土渠道的端部为

1.25；

d——流速V处局部水深(m)；

w——水的容重(kN/m3)； s——填石的容重(kN/m3)；

V——断面平均流速(m/s)，通常取水面以下0.6倍水深处流速，或者取0.2倍、0.8倍

水深处流速平均值；

g——重力加速度(9.81m/s2)；

K1——边坡修正因子，坡度1:1取0.46，1:1.5取0.71，1:2取0.88，1:3取0.98，

1:4以上取1.0；

R——水力半径； W——水面宽度。

该法适用于厚度为150mm～500mm的绿滨垫，水流非急流，河流坡度小于2%的情况。绿滨垫内最大填石的直径不能超过最小填石直径的2倍，同时最小填石直径应大于网目，以免填石穿过网目而流失。

通常情况下，填石粒径确定后，按下式确定绿滨垫厚度

t2.0Dm （4.2.3-2）

上式t为绿滨垫的最小厚度，实际使用中应选用厚度不小于t的标准规格绿滨垫。

4.2.4考虑波浪作用时，绿滨垫厚度设计

考虑波浪作用时，绿滨垫厚度设计按下式确定： 当tan1/3时，tmHstan （4.2.4-1）

21nm 24

Htan当tan＜ （4.2.4-2） 1/3时，tms41nm1/3上式中：

Hs―波浪设计高度(m);―河岸倾角(°);

n―绿滨垫填石空隙率(%);

m―水下材料的相对单位重度，mrsrw; rwrs―填石重度（kN/m3）;rw―水的重度（kN/m3）

大多数情况下，1nm1.0，式4.2.4-1和式4.2.4-2可简化为： 当tan1/3时，tmHstan （4.2.4-3） 21/3Htan当tan＜1/3时，tms4 （4.2.4-4）

4.2.5计算结果

最终确定绿滨垫厚度取4.2.3条与4.2.4条计算后较大值。 按4.2.3条计算得出以下数据： V（m/s) Dm(m) t(m) 2 0.04 0.08 2.5 0.07 0.14 3 0.10 0.20 3.5 0.14 0.27 4 0.19 0.38 按4.2.4，波浪爬高取0.5米，因此考虑波浪作用时，绿滨垫厚度最小0.16米。 结论：（结合实际生产中常用的尺寸） 流速（m/s) 绿滨垫厚度(m) 填石尺寸(mm) Dm(mm) 2 0.2 75-100 85 2.5 0.2 75-100 85 3 0.2 75-125 100 3.5 0.3 100-200 140 4 0.4 120-250 190 25

4.3、加筋固滨笼的设计

4.3.1计算的参数取值

选取某公路边挡墙作为典型断面进行计算，具体参数取值如下： ①

0高度H4.0m，加筋固滨笼的规格为5×2×1m。墙底逆坡脚0，填土表面

与水平面的夹角0。路面的荷载q20KN/m（墙上的荷载20KN/m为此计算案例近似取值，其他的工程需根据公路的等级和荷载要求来取）。 ② ③

3生态格网固滨笼内填石料的重度s25kNm，孔隙率n0.3。

0生态格网固滨笼挡墙墙后填土参数：填土内摩擦角25，填土干容重

01t18kNm3，墙背与填土之间的摩擦角100。

3④

设地基为砂性土地基，挡墙基底面与土质地基之间的摩擦系数取f=0.4。

4.3.2加筋生态格网结构整体稳定计算

方法可参考重力式固滨笼挡墙的计算方法。计算出受力的情况列表如下： 项目 自重 土压力 合计 垂直力(kN) 350.00 350.00 水平力(kN) -83.72 -83.72 力臂(m) 3.25 1.57 力矩(kN·m) 1137.50 -131.56 1005.94 26

整体稳定性分析结果如下：

抗倾覆安全系数 工况 完建期 k0 8.65 [K0] 1.5 地基应力(kPa) Pmax 101.43 Pmin 38.57 抗滑稳定安全系数 Kc 1.67 [Kc] 1.3 4.3.3加筋生态格网结构内部力计算

①加筋片强度验算

每层筋片均应进行验算。第i层单位墙长筋片所承受的水平拉力Ti：

TiviviKihiSvi式中：



vi—第i层筋片层所受的土的垂直自重压力(kPa)；

—第i层水平附加荷载(kPa)；

vihi

—超载引起的第i层垂直附加压力(kPa)；

Svi—第i层筋片垂直间距(m)；

Ki—土压力系数 (Ki=Ka)；Ka—主动土压力系数； Ti应满足

TaTi1.5Ta＜1.5，当Ti时，应调整筋片间距或改用具有更高强度的筋

T

K1T 为极限抗拉强度，K11.24。)

片。(Ta为设计容许抗拉强度，Ta=②筋片抗拔稳定性验算

筋片抗拔力TPi取决于填土破裂面以外筋片有效长度按下式计算：

Lei与周围土体产生的摩擦力大小，

TPiCSviLei式中：

vi—第i层筋片上的有效法向应力(kPa)；

—筋片与土的摩擦系数，对于生态格网

CSLeiCS取0.91；

—第i层筋片有效长度(m)，按破裂面以外的筋片长度确定；

Lri(Bb)(Hh)tan(45/2)Leihi——加固网i部分的配置深度

27

筋片抗拔稳定安全系数应符合下式要求，安全系数Fs=Tpi/Ti不小于1.3。若不能满足要求，应加长筋片，重新进行计算。具体计算结果见下表：

距顶层序距离号 （m） 1 2 3 4 4 3 2 1 3 3 3 3 1 1 1 1 72 54 36 18 46.91 40.18 33.45 26.73 3.00 2.92 2.85 2.77 196.56 143.64 93.23 45.36 4.19 3.57 2.79 1.70 长（m） （m） 筋带层距 （KN/m） vi 水平拉力Ti （KN/m） Lri（m） 筋片抗拔力Tpi（KN/m） 抗拔安全系数 28

5生态格网挡墙与传统挡墙的造价比较

生态格网挡墙与传统的结构的造价比较，主要从结构体、基础处理及临时工程等方面综合比较，由于生态格网尺寸要根据产品来拟定，不可只使用单位体积进行对比，一般需要对工程结构的一个延长的造价进行比较，这样才能较全面的分析工程的经济性。

下面就对宁波化工区护塘河连接段280m河道浆砌石挡墙方案和固滨笼挡墙进行经济上的比较。

图1 河道连接段固滨笼断面图 图2 河道连接段断面图（比较方案） 其中固滨笼挡墙的每立方单价计算见表5.1。块石价格约80元/m3（含运输费）。固滨笼施工中，一个成熟人工可施工大约为2~5m3/工日，下面计算时取为2.5m3/工日，其中工作日为8小时。土工布可选用250g/m2的聚酯长纤无纺布，每人施50m2/工日。

表5.1 连接段固滨笼用量计算表

规格 隔片数 单套用量套数 总用量体积（m3) 29

长度(m) 宽度(m) 2 1.5 2 1 1 0.8 高度(m) 1 1 0.5 纵向 (个) 1 0 1 2 (m2) 11 8 6.4 米合计 5 6 1 (m2) 55 48 6.4 109.4 54.7 10 9 0.8 19.8 9.9 每米合计

表5.2 固滨笼挡墙单价分析表

编号： 4.5m挡墙工程 单位：1延米 施工方法： 人工组装、安装、封闭及各工序绞合、石料装填、土工布铺设 编号 一 〈一〉 1 名称及规格 直接工程费 直接费 人工费 固滨笼施工（包括安装 绞合、石料装填） 2 土工布铺设 材料费 固滨笼（高镀锌覆塑） 土工布 250g/m 石料（鹅卵石或块石） 粒径1.5~2倍的孔径 （二） 二 三 四 措施费 间接费 计划利润 税金 合计 ％ ％ ％ ％ 5.5 8.25 5 3.22 133.63 211.47 138.74 93.82 3007.34 m3 9.90 80 792.00 2单位 数量 单价（元） 合计(元） 2563.31 2429.68 197.48 工日 3.96 48.76 193.09 工日 m2 m2 0.09 54.70 4.50 48.76 26.00 4 4.39 2232.20 1422.20 18.00 换算到每立方的单价为：3007.34÷9.9=303.77元

表5.3 浆砌块石方案造价表

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序号 1 2 3 4 5 6 项目名称 C20砼压顶 土方开挖 土方填筑 浆砌块石 30㎝砼保护层 松木桩 小计 单位 m3 m3 m3 m3 m3 根 元

单价 405.39 15.58 6.59 228.85 405.39 150.00 断面工程量 43.17 24549.10 9121.94 合价 17500.69 382474.98 60113.58 4790.15 1096225.83 564.96 1255.00 229029.13 188250.00 1973594.21 表5.4 固滨笼挡墙断面方案造价表

序号 1 2 3 项目名称 土方开挖 土方填筑 固滨笼挡墙 小计 单位 m3 m3 m3 元 单价 15.58 6.59 303.77 断面工程量 23893.49 8768.50 4748.48 合价 372260.6 57784.42 1442446 1872491 从表5.3和表5.4可以看出，固滨笼挡墙方案与浆砌石方案造价相比较低，造价主要节约在基础处理和混凝土底版上。而且就施工中的造价而言，施工现场不需水、电，对场地、设备的要求低，且不需要机械设备，人工施工即可，施工过程对气候也无特殊要求，施工快速高效，更能大大的节约费用，是一种性价比很高的新型结构。

此次设计采用生态格网，能减少能源、土地、水、生物资源的使用，提高使用效率，并且能充分利用工程所在地原有材料，包括植被、土壤、砖石等，同时可以保证河流水体与边坡土体中地下水之间的正常交换，利于水生动植物的生长，并满足河道洪水期抗冲的需要，让护岸处于良性循环中，工程完工后可以迅速恢复到原生态。

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