基于護(hù)坡混凝土預(yù)制塊性能改良的研究及應(yīng)用

文／陳愛民，陳 芳，游 黎

土石料是分布區(qū)域最廣泛、儲量最豐富、取用最方便、工程造價(jià)最低、應(yīng)用最廣泛的地產(chǎn)材料，也是興建大壩、堤防等小型水利工程的首選地產(chǎn)材料。為防止水流、風(fēng)浪對土石料的沖刷和沖蝕，有必要對大壩、堤防進(jìn)行護(hù)坡防護(hù)。堤坡防護(hù)常用防護(hù)措施有現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡、護(hù)坡混凝土預(yù)制塊、漿（干）砌石護(hù)坡和草皮護(hù)坡等，其中護(hù)坡混凝土預(yù)制塊因其諸多優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)護(hù)坡混凝土預(yù)制塊的優(yōu)點(diǎn)

護(hù)坡混凝土預(yù)制塊能有效保護(hù)大壩和堤防，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

①便于檢測，保證質(zhì)量?，F(xiàn)澆混凝土護(hù)坡壩體由于土石方施工放樣、坡面整坡、現(xiàn)場施工和其他人為因素等影響，導(dǎo)致設(shè)計(jì)護(hù)坡強(qiáng)度、厚度均難以保證。護(hù)坡混凝土預(yù)制塊通過工廠化生產(chǎn)，原材料質(zhì)量控制、中間產(chǎn)品生產(chǎn)和半成品的養(yǎng)護(hù)均可以得到有效的管理和控制，實(shí)體尺寸和強(qiáng)度等便于檢測，可對質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)控，保障了工程質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

②易于鋪設(shè)，較為平整。加工好的護(hù)坡混凝土預(yù)制塊在工地現(xiàn)場易于鋪設(shè)，對整平的坡面誤差和單體之間的縫隙可以進(jìn)行二次調(diào)整，使鋪設(shè)后的坡面平整、線條順直。

③方便組織，保障工期。水利工程施工季節(jié)性強(qiáng)，為保證在有限的工期內(nèi)完成建設(shè)任務(wù)，采用交叉施工是一種有效辦法。護(hù)坡混凝土預(yù)制塊順應(yīng)了這一特點(diǎn)，可以在不適宜施工的時(shí)段內(nèi)先期或同時(shí)完成護(hù)坡混凝土預(yù)制塊的制作，不僅大大提高工效，也縮短了工期。

傳統(tǒng)護(hù)坡混凝土預(yù)制塊的不足

由于傳統(tǒng)混凝土預(yù)制塊表面平整光滑，而小型水庫大壩和堤防的邊坡偏陡，由此出現(xiàn)不同程度的問題。

①威脅涉坡人員人身安全，對涉坡的施工作業(yè)人員、防汛期間搶險(xiǎn)人員、維修養(yǎng)護(hù)作業(yè)人員和非涉坡的兒童等人員的人身安全構(gòu)成威脅。

②增加工程建設(shè)成本，由于風(fēng)浪爬高的原因，造成大壩安全超高增加和護(hù)坡面積增大。

③拼裝后易裂縫，傳統(tǒng)的混凝土預(yù)制塊拼裝后填筑砂漿，其黏合力不強(qiáng)，易產(chǎn)生裂縫。

④整體鋪設(shè)后呆板，缺少美感。

功能結(jié)構(gòu)改良分析

為解決上述存在的不足，筆者對護(hù)坡混凝土預(yù)制塊進(jìn)行了改良。為了改善護(hù)坡混凝土預(yù)制塊防滑性能差、安全系數(shù)低和呆板不美觀等問題，提出一種防滑性能好、安全系數(shù)高且美觀的新型護(hù)坡混凝土預(yù)制塊，實(shí)體效果如圖1（圖中以中國水利圖標(biāo)為例，并注明鋪設(shè)年月）。

圖1 護(hù)坡混凝土預(yù)制塊實(shí)體效果圖

防 滑

在光滑的護(hù)坡混凝土預(yù)制塊表面增加凸出的文字、條紋和圖案，有效增加了護(hù)坡混凝土預(yù)制塊與人體腳底（鞋底）的摩擦力，防止涉坡人員打滑摔倒，極大地避免了人員傷亡。

抑 浪

在大壩壩址確定的情況下，水庫水位及迎面水深、氣象資料及風(fēng)域內(nèi)平均水深、大壩級別及壩坡護(hù)面類型是定值，風(fēng)浪要素（平均波高及平均波長）也為定值。影響波浪爬高的因素主要是斜坡的糙率滲透性系數(shù)，人為加大護(hù)坡混凝土預(yù)制塊的糙率，從而降低波浪爬高值，壩頂高程和護(hù)坡高度也可相對減少。

安 全

護(hù)坡混凝土預(yù)制塊的使用可大大增加施工作業(yè)、防汛搶險(xiǎn)、維修養(yǎng)護(hù)人員在坡面作業(yè)時(shí)的安全系數(shù)，同時(shí)一定程度上保障了非必要涉坡人員尤其是兒童的安全。加之護(hù)坡混凝土預(yù)制塊側(cè)面的梯形凹槽設(shè)計(jì)，增加了接觸面積，改善了原有的光面接觸，在保持砌塊易于鋪設(shè)的條件下，使砌塊側(cè)面接觸處黏結(jié)力更強(qiáng)，其整體性能和安全性能得到有效增加。

圖2 已投產(chǎn)產(chǎn)品的模具圖

美 觀

在護(hù)坡混凝土預(yù)制塊表面增加條紋和圖案（如中國水利標(biāo)志、建設(shè)單位名稱、建設(shè)年代和其他立體幾何圖形等），使原本較為呆板的護(hù)坡混凝土預(yù)制塊變得生動(dòng)、美觀，增加的文字體現(xiàn)了記載歷史的功能。

圖3 已投產(chǎn)的護(hù)坡鋪設(shè)效果

改良后的部分成果推廣應(yīng)用

護(hù)坡混凝土預(yù)制塊部分功能結(jié)構(gòu)改良后，筆者委托某模具廠進(jìn)行加工，該模具呈六邊形，預(yù)制塊表面有11條凸出的防滑條紋，預(yù)制塊正中間設(shè)有凸出的中國水利圖案，并注明建設(shè)單位。如圖2、圖3，圖中護(hù)坡混凝土預(yù)制塊邊長為30～40cm，厚度為8～30cm，條紋寬度為1～3cm，目前已投入使用。

下一步，筆者擬對護(hù)坡混凝土預(yù)制塊的抑制風(fēng)浪爬高進(jìn)行試驗(yàn)研究，并通過模型試驗(yàn)和工程實(shí)踐得出相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)工程實(shí)踐。全部改良完成后，擬在江西省九江市范圍內(nèi)100多座病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。