寒區(qū)水庫土壩混凝土護坡存在的問題及解決辦法

周立軍

(青岡縣水務局，黑龍江青岡 151600)

寒區(qū)水庫土壩混凝土護坡存在的問題及解決辦法

周立軍

(青岡縣水務局，黑龍江青岡 151600)

根據(jù)寒區(qū)水庫的特點，通過對已護工程的實地考察對比，對土壩混凝土護坡存在的問題進行了綜合分析、論證，提出了針對性的解決辦法，并在愛國水庫土壩護坡工程施工中具體實施，取得了良好的效果。

土壩;混凝土護坡;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

水庫為蓄水工程，汛期過后均要正常蓄水，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)水庫冬季水結(jié)冰，體積膨脹，冰推力對土壩破壞十分嚴重。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，冰排對土壩沖擊更為嚴重，每塊冰排撞擊土壩，都會切入壩體很深;汛期若遇特大洪水，水庫高水位運行，水流沖刷壩坡亦很嚴重。長此以往，循環(huán)往復，土壩破壞越來越重，土壩迎水坡均會形成一道3～4 m高的陡坎，若不采取措施，就會有潰壩的危險，因此，寒區(qū)水庫土壩均需要加固護砌。

2 水庫混凝土護坡的結(jié)構(gòu)型式

近年來，水利工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所起的作用越來越被各級政府領(lǐng)導重視。尤其1998年特大洪水過后，國家對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，對這一類工程的建設要進一步探索研究，采取適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式，達到以最小的投入，收到最好的效果，獲得最大效益的目的。

寒區(qū)土壩混凝土護坡結(jié)構(gòu)型式，就是我們水利工作者多年來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，價格很高，采用這種薄型結(jié)構(gòu)極為經(jīng)濟的地域，更適合應用，也更有研究價值。

愛國水庫土壩護坡工程為第7批以工代賑工程項目，1995年正式列項，1996年開始施工，1999年竣工，工程總投資844萬元。其護坡結(jié)構(gòu)型式采用20 cm厚現(xiàn)澆大板塊混凝土，下鋪無紡布反濾層及10 cm厚砂墊層。

由于此結(jié)構(gòu)型式的護坡存在著很多問題，因此，該工程在施工圖紙設計階段，我們先后走訪了附近市縣幾處已護水庫工程，進行了詳細的工程的實地考察。并對這些工程土壩護坡的結(jié)構(gòu)型式作了對比，對其實際運行情況，存在的問題進行了綜合分析，總結(jié)經(jīng)驗教訓，通過反復論證，最后得出結(jié)論：在滿足厚度和整體穩(wěn)定的前提下，還應解決設計與施工中的幾個難點問題，主要有3個難點問題需要克服解決：①護坡混凝土板塊尺寸大小問題即穩(wěn)定性問題;②現(xiàn)澆斜坡混凝土表面密實度問題即強度問題;③混凝土表面光滑度問題即引滑問題，這3個問題歸結(jié)為一起，也就是如何增加抵抗或緩解冰推力破壞的問題。

3 解決抵抗冰凍脹力問題的方法

通過對已護水庫工程的考察，就其運行情況，存在問題，破壞原因的分析，我們認為這3個難點問題不解決，這種結(jié)構(gòu)型式的護坡很難成功。因此，針對這3個難點問題，在愛國水庫護坡工程中，我們采取了相應的解決辦法，并付諸實施。

1)護坡混凝土板塊尺寸大小的確定，我們調(diào)研了小塊混凝土護坡的水庫工程，發(fā)現(xiàn)小塊混凝土護坡型式，實際運行破壞嚴重，冰凍脹、冰排上爬，護坡混凝土塊被推走，冰爬效果不好。因此，我們考慮應加大護坡板塊的尺寸，我們又兩次調(diào)研了大板塊水庫護坡工程發(fā)現(xiàn)板塊過大，凍脹、沉陷，板塊又出現(xiàn)多處裂縫，從而導致混凝土表面破壞，因此，土壩護坡混凝土板塊尺寸既不能過小，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)過反復研究對比，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)混凝土表面密實度即強度問題的解決。采用大板塊護坡，需現(xiàn)場澆筑混凝土，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度很難達到，其強度也就達不到設計標準。在愛國水庫護坡工程施工中，經(jīng)過反復研究和多次試驗，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。通過這種施工工藝，所澆筑的斜坡混凝土表面的表面密度即強度達到設計標準，效果良好。

3)混凝土表面光滑度問題的解決。護坡混凝土應起到引滑作用，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，甚至會把混凝土表面推壞，或是把混凝土板塊推走，而且給工程管理帶來了難度，增加管理費用，小塊護坡水庫需采取塑料布引滑措施。為克服這一難題，我們在愛國水庫護坡施工中，蓋模拆除后，先用靠尺刮平，對混凝土表面抹面、壓面，然后到初凝期前再進行壓光等工序，從而保證了護坡混凝土表面的光滑度，保證了冰排的上爬，工程運行效果良好。

4 需注意的問題

從愛國水庫護坡工程來看，還有兩點值得注意的問題：

4.1 混凝土板塊分布問題

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，因為在同一高程線上，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 砂墊層鋪設厚度問題

這種結(jié)構(gòu)護坡型式砂墊層不宜過厚，因為砂厚過厚，一般護坡坡度較陡，無法采用水沉砂來鋪墊層，只能踩一踩、夯一夯，墊層很難象水沉那樣實。到工程正常運行時，水位上升，墊層自然水沉，可能造成上疏下實現(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，嚴重的會傾斜。即使不沖空淘空，也會造成上疏下實問題，上下沉陷變形不均，越厚越嚴重。因此，土壩護坡砂墊層厚度問題還有待于進一步研究探討。但在實際施工過程中，我們體會到，墊層不易過厚。愛國水庫護坡工程，我們采用10 cm厚砂墊層，不均勻變形雖有但卻不大。

5 實施效果

愛國水庫土壩護坡工程1996年開始施工，1999年竣工，1998年始蓄水，1999年已正常蓄水運行。該工程經(jīng)過幾年的運行，效果非常理想：①穩(wěn)定性情況。由于采用適當?shù)陌鍓K尺寸，避免了冰推力推動或推走現(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，個別板塊有裂縫現(xiàn)象，但由于我們采取斜坡現(xiàn)澆混凝土上加蓋模施工，表面強度達到了設計標準，表面裂縫沒有開展，相當于多分一道縫而已，通過運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，不均勻沉陷造成的。③引滑情況。愛國水庫護坡工程經(jīng)過多年的運行，我們對冰爬坡情況進行了多次實測，1998年冬—1999年春的實測結(jié)果，在無任何引滑的情況下，冰自然爬高最大達40多厘米，爬長100多厘米，1999年冬—2000年春的實測結(jié)果，冰自然爬高最大為100多厘米，爬長200多厘米，可見引滑效果良好。正因為我們技術(shù)上采取了相應的措施，解決了上述幾個難點問題，才使愛國水庫土壩混凝土護坡結(jié)構(gòu)形式取得這樣好的效果。

［1］黃河水利委員會勘測設計研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設計規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2001.

［2］水利部水利管理司.SL106-96水庫工程管理設計規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，1996.

TV861

B

1007-7596(2011)06-0281-02

2011-11-10

周立軍(1969-)，男，黑龍江青岡人，工程師。