DB13/T 2700-2018 水工柔性生态防护结构设计规范

ICS93.160

P57

DB13

河北省地方标准

DB13/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

河北省质量技术监督局发布

DB13/T2700—2018

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

I

DB13/T2700—2018

前言

本标准按照GB/T1.1-2009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。

II

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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

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。

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

生态防护ecologicalprotection

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retainingstructure

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flexiblestructure

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flexibleecologicalstructure

1

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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mixedecologicalstructure

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

对建筑物的危害程度

建筑物级别严重一般较轻

防护工程级别

1123

2234

3345

445

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。

2

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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；

0SdRd…………………（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；

Sd——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；

Rd——结构构件的抗力设计值。

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；

R

kK……………………（2）

Sk

式中：

Rk——抗力标准值；

Sk——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；

SdC……………………（3）

式中：

Sd——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。

3

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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（0Sd）可采用下列内力设计值表示：

a)弯矩设计值M；

M0Mk……………………（4）

式中：

M

k——作用标准组合的弯矩值（kN·m）。

b)剪力设计值V；

V0Vk……………………（5）

式中：

Vk——作用标准组合的剪力值（kN）。

a)轴力设计值N；

NN……………………（6）

0k

式中：

Nk——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

c

ccu、cu或直剪固结快剪强度指标cq、cq，对地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ccu、cu或直剪固结快剪强

4

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c

度指标cq、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cuu、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，也可采用

c

三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、cu或直剪固结快剪强度指标cq、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。

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。

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

植物种植防护

植物种植三维土工网植草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

结构防护土工网垫植草防护或水流冲刷较小的坡面。

土工格室防护

柔性生态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。

结构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。

5

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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

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

垫式网笼护坡

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。

柔性

生态框格格构防护适用于各种岸坡的防护。

结构

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。

防护

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。

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。

混合

生态土钉植草固坡适用于非稳定的边坡。

结构排桩栽植防护适用于边坡护脚。

防护

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Ⅰ和非常运用条件Ⅱ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Ⅰ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Ⅱ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；

6

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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

建筑物级别

项目运用条件

12345

正常运用条件1.301.251.201.151.10

边坡抗滑稳定非常运用条件Ⅰ1.251.201.151.10

非常运用条件Ⅱ1.151.101.05

正常运用条件1.351.301.251.20

挡墙抗滑稳定非常运用条件Ⅰ1.201.151.101.05

非常运用条件Ⅱ1.101.051.0

正常运用条件1.601.501.40

挡墙抗倾覆稳定

非常运用条件Ⅰ、Ⅱ1.501.401.30

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、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

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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，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；

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，即根系常扎在潮湿的土壤中，耐水湿，短期内可忍

耐被水淹没的植物，如玉簪、落新妇、木芙蓉等；

b)常水位以下；

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1)水深不大于0.8m的区域采用挺水植物，即茎叶伸出水面，根和地下茎埋在水下泥土中的

植物，如：芦苇、蒲草、菖蒲、荷花、水生美人蕉、灯芯草等。

2)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

自然漂浮在水面上的植物，如：金银莲花、睡莲、满江红等。

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

植物，如苦草、金鱼藻等。

6.3三维土工网植草防护

6.3.1三维土工网采用高密度聚乙烯或高分子聚合物等主要原材料编织而成，似丝瓜网络样的三维网

状结构，其质地疏松、柔韧，留有90%的空间可填充土壤、砂砾和细石，植物根系可以穿过其间扎根于

岸坡土层生长，实现其固土护坡的作用。

6.3.2三维土工网设计应包括：

a)三维土工网的网眼尺寸、单位重、厚度和纵、横向抗拉强度以及抗老化能力等技术指标的选择；

b)三维土工网铺设、搭接、坡面固定和周边锚固方式方法；

c)覆土土质及覆土方式方法；

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)三维土工网及覆土自重；

b)雨滴击溅力；

c)径流剪切力；

d)坡面摩擦力；

e)坡面支撑力；

f)锚固力；

g)施工荷载等。

6.4土工网垫植草防护

6.4.1土工网垫植草防护利用活性植物并结合土工网垫材料，在坡面上构建一个具有自身生长能力的

防护系统，植物根系扎根于岸坡土层中，实现其固土护坡的作用。

6.4.2按材质不同土工网垫可分为：塑料土工网垫、镀锌钢丝网垫、过塑钢丝网垫、加筋网垫等，通

常成单片状平铺于岸坡上。

6.4.3土工网垫设计应包括：

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

择；

b)土工网垫铺设、搭接、坡面固定和周边锚固方式方法；

c)有覆土要求的还应包括覆土土质、厚度及覆土方式方法；

d)植物种植设计，见6.2。

6.5土工格室防护

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6.5.1土工格室防护利用活性植物并结合土工合成材料焊接形成的三维网状格室结构，其结构本身具

有较大侧向限制变形能力。格室内种植植物在坡面上构建一个具有自身生长能力的防护系统，植物根

系扎根于岸坡土层中，实现其固土护坡的作用。

6.5.2一般土工格室高度的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

种植，防止坡面遭受水流或雨水冲刷。

6.5.3土工格室设计应包括：

a)土工格室的尺寸、格室高度、片材厚度、材质、焊接要求、单位重以及纵、横向延伸和抗张拉

强度等技术指标；

b)格室膜片透水孔尺寸及要求，应满足格室间水汽沟通，植物均衡生长；

c)土工格室铺设、坡面固定和周边锚固方式方法；

d)格室内充填土土质、厚度及其充填方式方法；

e)植物种植设计，见6.2。

6.5.4应根据不同的坡面坡度，选择不同规格或型号的格室：

a)坡面坡度≤45°时，宜选用10cm×25cm×25cm格室；

b)坡面坡度＞45°时，宜选用15cm×25cm×25cm格室。

7柔性生态结构防护设计

7.1一般规定

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

护、预制混凝土块护坡、自嵌式挡土墙及抛石防护等，其结构应具有良好的透水、透气能力。

7.1.2柔性生态防护结构应根据工程所在地的地形、地质、水流等条件进行布置，以满足过流断面、

抗冲刷、岸坡稳定等功能和运用要求。

7.1.3设计柔性生态防护结构时宜充分利用当地材料，并通过经济技术比较确定。

7.1.4柔性生态防护结构的植物种植设计应结合结构本身特点、水位变化、水流冲刷等条件，按照本

标准第6章的规定进行设计。

7.2干砌石护坡

7.2.1干砌石护坡适用于深层稳定的边坡，广泛应用于水下、水上的边坡防护中。

7.2.2干砌石石料应符合下列要求：

a)石料应新鲜、质地坚硬、无裂纹疏松、无锈斑，具有较强的抗水蚀、抗风化性能，石料的饱和

抗压强度不宜小于40MPa；

b)石料按外形可分为毛石、块石和粗料石三种：

1)毛石：无一定规格形状，单块重量宜大于25kg，中部或局部厚度不宜小于