寒區(qū)水庫(kù)土壩混凝土護(hù)坡存在的問(wèn)題及解決辦法

周立軍

(青岡縣水務(wù)局，黑龍江青岡 151600)

寒區(qū)水庫(kù)土壩混凝土護(hù)坡存在的問(wèn)題及解決辦法

周立軍

(青岡縣水務(wù)局，黑龍江青岡 151600)

根據(jù)寒區(qū)水庫(kù)的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)已護(hù)工程的實(shí)地考察對(duì)比，對(duì)土壩混凝土護(hù)坡存在的問(wèn)題進(jìn)行了綜合分析、論證，提出了針對(duì)性的解決辦法，并在愛(ài)國(guó)水庫(kù)土壩護(hù)坡工程施工中具體實(shí)施，取得了良好的效果。

土壩;混凝土護(hù)坡;冰推力影響;結(jié)構(gòu)型式;板斷面尺寸;效果

1 冰推力的危害

水庫(kù)為蓄水工程，汛期過(guò)后均要正常蓄水，以保證第二年春季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水，一般水位較高，寒區(qū)水庫(kù)冬季水結(jié)冰，體積膨脹，冰推力對(duì)土壩破壞十分嚴(yán)重。受冰推力影響，土壩迎水坡冬季都隆起一道冰土混合的峰脈;春季解凍期，冰排未融之際，若遇大風(fēng)，冰排對(duì)土壩沖擊更為嚴(yán)重，每塊冰排撞擊土壩，都會(huì)切入壩體很深;汛期若遇特大洪水，水庫(kù)高水位運(yùn)行，水流沖刷壩坡亦很?chē)?yán)重。長(zhǎng)此以往，循環(huán)往復(fù)，土壩破壞越來(lái)越重，土壩迎水坡均會(huì)形成一道3～4 m高的陡坎，若不采取措施，就會(huì)有潰壩的危險(xiǎn)，因此，寒區(qū)水庫(kù)土壩均需要加固護(hù)砌。

2 水庫(kù)混凝土護(hù)坡的結(jié)構(gòu)型式

近年來(lái)，水利工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所起的作用越來(lái)越被各級(jí)政府領(lǐng)導(dǎo)重視。尤其1998年特大洪水過(guò)后，國(guó)家對(duì)堤防工程和蓄水工程的投資有所傾斜，比重逐年增加，這就要求我們水利工作者，對(duì)這一類(lèi)工程的建設(shè)要進(jìn)一步探索研究，采取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式，達(dá)到以最小的投入，收到最好的效果，獲得最大效益的目的。

寒區(qū)土壩混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式，就是我們水利工作者多年來(lái)探討研究的課題之一，成敗與否直接關(guān)系到這種結(jié)構(gòu)今后在水利工程中的應(yīng)用，尤其象明水縣這樣自然資源極為貧乏，主要砂石材料均需外進(jìn)，價(jià)格很高，采用這種薄型結(jié)構(gòu)極為經(jīng)濟(jì)的地域，更適合應(yīng)用，也更有研究?jī)r(jià)值。

愛(ài)國(guó)水庫(kù)土壩護(hù)坡工程為第7批以工代賑工程項(xiàng)目，1995年正式列項(xiàng)，1996年開(kāi)始施工，1999年竣工，工程總投資844萬(wàn)元。其護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式采用20 cm厚現(xiàn)澆大板塊混凝土，下鋪無(wú)紡布反濾層及10 cm厚砂墊層。

由于此結(jié)構(gòu)型式的護(hù)坡存在著很多問(wèn)題，因此，該工程在施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段，我們先后走訪了附近市縣幾處已護(hù)水庫(kù)工程，進(jìn)行了詳細(xì)的工程的實(shí)地考察。并對(duì)這些工程土壩護(hù)坡的結(jié)構(gòu)型式作了對(duì)比，對(duì)其實(shí)際運(yùn)行情況，存在的問(wèn)題進(jìn)行了綜合分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，通過(guò)反復(fù)論證，最后得出結(jié)論：在滿足厚度和整體穩(wěn)定的前提下，還應(yīng)解決設(shè)計(jì)與施工中的幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，主要有3個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題需要克服解決：①護(hù)坡混凝土板塊尺寸大小問(wèn)題即穩(wěn)定性問(wèn)題;②現(xiàn)澆斜坡混凝土表面密實(shí)度問(wèn)題即強(qiáng)度問(wèn)題;③混凝土表面光滑度問(wèn)題即引滑問(wèn)題，這3個(gè)問(wèn)題歸結(jié)為一起，也就是如何增加抵抗或緩解冰推力破壞的問(wèn)題。

3 解決抵抗冰凍脹力問(wèn)題的方法

通過(guò)對(duì)已護(hù)水庫(kù)工程的考察，就其運(yùn)行情況，存在問(wèn)題，破壞原因的分析，我們認(rèn)為這3個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題不解決，這種結(jié)構(gòu)型式的護(hù)坡很難成功。因此，針對(duì)這3個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，在愛(ài)國(guó)水庫(kù)護(hù)坡工程中，我們采取了相應(yīng)的解決辦法，并付諸實(shí)施。

1)護(hù)坡混凝土板塊尺寸大小的確定，我們調(diào)研了小塊混凝土護(hù)坡的水庫(kù)工程，發(fā)現(xiàn)小塊混凝土護(hù)坡型式，實(shí)際運(yùn)行破壞嚴(yán)重，冰凍脹、冰排上爬，護(hù)坡混凝土塊被推走，冰爬效果不好。因此，我們考慮應(yīng)加大護(hù)坡板塊的尺寸，我們又兩次調(diào)研了大板塊水庫(kù)護(hù)坡工程發(fā)現(xiàn)板塊過(guò)大，凍脹、沉陷，板塊又出現(xiàn)多處裂縫，從而導(dǎo)致混凝土表面破壞，因此，土壩護(hù)坡混凝土板塊尺寸既不能過(guò)小，也不宜太大，那么，究竟板塊尺寸多大，才能克服上述兩種弊端，也就是找出既不能推壞，又不能出現(xiàn)裂縫的臨界狀態(tài)下板塊的尺寸。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究對(duì)比，分析各種因素，最后采取4.1 m×2.0 m尺寸大小的板塊，順坡分布，以利于抵抗冰凍脹力和便于蓋模施工。

2)混凝土表面密實(shí)度即強(qiáng)度問(wèn)題的解決。采用大板塊護(hù)坡，需現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土，而在斜坡上澆筑，由于陡坡且混凝土具有一定的坍落度，流動(dòng)性較大，再加之混凝土的澆筑需振搗，這就增加了施工難度，自然澆筑斜坡混凝土表面的密實(shí)度很難達(dá)到，其強(qiáng)度也就達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在愛(ài)國(guó)水庫(kù)護(hù)坡工程施工中，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和多次試驗(yàn)，成功地使用了鋼模板作為蓋模施工的方法，即用5 mm鋼板，加縱橫梁肋制作而成，為便于施工，分塊組裝，分塊拆卸，上面施加重物，防止脹模。通過(guò)這種施工工藝，所澆筑的斜坡混凝土表面的表面密度即強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，效果良好。

3)混凝土表面光滑度問(wèn)題的解決。護(hù)坡混凝土應(yīng)起到引滑作用，如果表面粗糙，則增加了冰排與混凝土表面間的摩擦阻力，冰排上爬困難，甚至?xí)鸦炷帘砻嫱茐?，或是把混凝土板塊推走，而且給工程管理帶來(lái)了難度，增加管理費(fèi)用，小塊護(hù)坡水庫(kù)需采取塑料布引滑措施。為克服這一難題，我們?cè)趷?ài)國(guó)水庫(kù)護(hù)坡施工中，蓋模拆除后，先用靠尺刮平，對(duì)混凝土表面抹面、壓面，然后到初凝期前再進(jìn)行壓光等工序，從而保證了護(hù)坡混凝土表面的光滑度，保證了冰排的上爬，工程運(yùn)行效果良好。

4 需注意的問(wèn)題

從愛(ài)國(guó)水庫(kù)護(hù)坡工程來(lái)看，還有兩點(diǎn)值得注意的問(wèn)題：

4.1 混凝土板塊分布問(wèn)題

板塊順坡分布，上、下變形不均，但抵抗冰推力效果較好，若橫坡分布可增加板塊截面抵抗彎距，上、下變形較為均勻，因?yàn)樵谕桓叱叹€上，板上部推力和板下部脹力基本相同，從上、下變形均勻程度效果上看，橫坡分布要好于順坡分布。順坡分布板塊過(guò)大，出現(xiàn)裂縫的可能性就大，橫坡分布出現(xiàn)裂縫的可能性就小。

4.2 砂墊層鋪設(shè)厚度問(wèn)題

這種結(jié)構(gòu)護(hù)坡型式砂墊層不宜過(guò)厚，因?yàn)樯昂襁^(guò)厚，一般護(hù)坡坡度較陡，無(wú)法采用水沉砂來(lái)鋪墊層，只能踩一踩、夯一夯，墊層很難象水沉那樣實(shí)。到工程正常運(yùn)行時(shí)，水位上升，墊層自然水沉，可能造成上疏下實(shí)現(xiàn)象，故板塊上、下沉陷變形不均，墊層越厚，則上下變形越不均勻，尤其是在施工期間，因護(hù)坡工程一般不筑圍堰，自然降雨或汛期若遇洪水，已澆筑完板塊下面墊層兩側(cè)易被水沖空或淘空，造成沉陷不均，嚴(yán)重的會(huì)傾斜。即使不沖空淘空，也會(huì)造成上疏下實(shí)問(wèn)題，上下沉陷變形不均，越厚越嚴(yán)重。因此，土壩護(hù)坡砂墊層厚度問(wèn)題還有待于進(jìn)一步研究探討。但在實(shí)際施工過(guò)程中，我們體會(huì)到，墊層不易過(guò)厚。愛(ài)國(guó)水庫(kù)護(hù)坡工程，我們采用10 cm厚砂墊層，不均勻變形雖有但卻不大。

5 實(shí)施效果

愛(ài)國(guó)水庫(kù)土壩護(hù)坡工程1996年開(kāi)始施工，1999年竣工，1998年始蓄水，1999年已正常蓄水運(yùn)行。該工程經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，效果非常理想：①穩(wěn)定性情況。由于采用適當(dāng)?shù)陌鍓K尺寸，避免了冰推力推動(dòng)或推走現(xiàn)象，位移現(xiàn)象雖有但卻不明顯，效果良好。②裂縫情況。由于局部位置回填土不實(shí)，個(gè)別板塊有裂縫現(xiàn)象，但由于我們采取斜坡現(xiàn)澆混凝土上加蓋模施工，表面強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，表面裂縫沒(méi)有開(kāi)展，相當(dāng)于多分一道縫而已，通過(guò)運(yùn)行可以確定裂縫不是板塊尺寸本分造成的，只是回填土不實(shí)，不均勻沉陷造成的。③引滑情況。愛(ài)國(guó)水庫(kù)護(hù)坡工程經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，我們對(duì)冰爬坡情況進(jìn)行了多次實(shí)測(cè)，1998年冬—1999年春的實(shí)測(cè)結(jié)果，在無(wú)任何引滑的情況下，冰自然爬高最大達(dá)40多厘米，爬長(zhǎng)100多厘米，1999年冬—2000年春的實(shí)測(cè)結(jié)果，冰自然爬高最大為100多厘米，爬長(zhǎng)200多厘米，可見(jiàn)引滑效果良好。正因?yàn)槲覀兗夹g(shù)上采取了相應(yīng)的措施，解決了上述幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，才使愛(ài)國(guó)水庫(kù)土壩混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式取得這樣好的效果。

［1］黃河水利委員會(huì)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

［2］水利部水利管理司.SL106-96水庫(kù)工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1996.

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1007-7596(2011)06-0281-02

2011-11-10

周立軍(1969-)，男，黑龍江青岡人，工程師。