水利工程護坡防風浪的技術措施

袁莉　邢軻堯

摘 要：水利工程中的土石壩，江河、湖泊兩岸堤防的迎水面以及平原水庫的圍堤經常遭受波浪（風浪）沖擊破壞，一般情況下都要采取護坡防護。護坡工程設計是否合理，工程運行是否安全，對水利工程特別是對堤防、大壩的安全至關重要。據統計，我國現有300座大型水庫發生的1200次工程事故中，護坡破壞的就有82次，其中因風浪破壞的就有46次，占護坡破壞總數的56.10%。因此可見，研究水利工程防風浪技術對保障工程安全具有重要意義。

關鍵詞：水利工程；護坡；防風浪

1 風浪對水利工程破壞機理

在風力作用下，水質點沿著主風方向運動使風浪不斷向岸邊傳播，而岸邊的波浪因水深不斷減小，波浪與岸邊的摩擦加劇，并與岸坡碰撞而破碎。在摩擦和碰撞過程中波浪的能量發生消耗或轉化，因而對坡產生極大的破壞作用。

2 水利工程護坡設計的原則

護坡設計的原則一般為：

2.1 護坡的保護范圍

上限應以最高水位加最大風速、最大吹度情況下的風浪爬高和安全超高，一般到壩頂；下限為最低水位（水庫為限制低水位或死水位）以下，并能滿足壩體抗淘刷和冰凍層的要求。

2.2 護坡工程必須穩定可靠

護面材料應有足夠的重量、厚度和耐磨蝕性，以抗御水流沖擊、淘刷，并保證滲壓、浮力作用下不產生局部或整體滑動。

2.3 反濾層的工作要安全可靠

反濾層要保證在滲流作用下被保護的土代體不至流失，防止土層產生滲流破壞，同時要有足夠的透水能力，防止淤堵而影響滲水的暢流。

3 水利工程防浪護坡技術措施

隨著風浪破壞水利工程堤防壩坡面機理研究的深入以及新材料、施工新工藝的出現，新的防風浪技術措施不斷增加和完善，護坡工程目前正趨向更安全、合理、經濟和便于機械化施工的方向發展。下面介紹國內外幾種水利工程防風浪護坡的技術措施。

3.1 塊石護坡

塊石護坡是我國最為常用的幾種護坡型式，對于當地或就近開采塊石方便且材料費用較低的地區，應優先采用此種結構型式。塊石護坡有剛性和柔性之分，有漿砌和干砌之別，其設計包括：

（1）塊石材料的選擇：根據穩定可靠的原則要求，綜合國內外經驗，護坡石料的抗壓強度（經25次凍融）不能小于4-5KN/cm2軟化系數大0.85，巖石孔隙率小于3%，按孔隙體積比計算的吸水率≤0.8，巖石容重大于是2.24T/m3，石料形狀以正方形為最佳，石料的最長邊與最短邊之比小于1.5-2.0，最適宜的石料為巖漿巖。

（2）面層塊石尺寸的選擇：可根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）介紹的公式，按在最大局部波壓力下所需的直徑來計算塊石直徑及最大厚度。而實際情況是整個坡面波壓力分部為中間大、上下兩端小。因此對于水位相對穩定的水庫、江河，為了經濟起見，可根據壓力波變化情況采用不同的護坡厚度。

（3）反濾層設計：為防止塊石土粒在波動滲流作用下從塊石之間的縫隙流出，塊石與坡面之間一般應設反濾層。傳統的反濾層可由2-4層不同的粒徑砂、礫石或碎石組成。層次與滲流方向正交，粒徑順水流由細到粗。

3.2 混凝土、鋼筋混凝土板護坡

這也是目前較為廣泛使用的一種護坡方式。按施工工藝可分為現場整體澆筑和預制板（塊），然后在現場裝配兩種形式。現場澆筑的一般板厚度為0.3-0.5m；平面尺寸一般為5.0×5.0m或10×10m；裝配式鋼筋混凝土板厚一般為0.15-0.25m，平面尺寸1.50×1.50m-3.0×3.0m。板下應鋪設0.15-0.2m厚的砂、礫石墊層或采用無紡布作反濾層。板的形狀以方形、矩形或六角形為宜。

鋼筋混凝土護面板的設計，首先需要根據波浪作用所產生的波壓力和浮托力，按《水工鋼筋混凝土設計規范》（SL/T191-96）中的公式計算板厚，然后根據波壓力按置于彈性基礎上的板來確定所需的鋼筋。若以板面尺寸較大亦可按三邊或四邊簡支板計算配筋。由于作用在護板上的力很復雜，且不甚明確，設計時要考慮運輸、安裝、溫度、土坡變形等因素。

進入90年代以后，有些水利工程的防風浪措施陸續采用了混凝土預制板或現澆砼板結構形式，此種結構一方面能適應施工的機械化，且美觀，再結合采用無紡布作為反濾層，能夠利用當地的礫石材料節省工程投資，縮短工期，是一種值得推廣使用的防風浪護坡措施。據掌握，黑龍江沿岸上起漠河，下至撫遠，采用此種結構形式就有十余處之多，經過十幾年運行，防風浪效果非常好，為繁榮邊疆經濟，保護生態環境和發展旅游事業、防止國土流失起到了不可替代的作用。

3.3 梁格式護坡

一般用C15混凝土澆筑梁格網，并在網格內填筑混凝土塊、碎石、塊石等防浪材料。在填筑塊石時，一般采用C10三級配預埋塊石混凝土做防浪材料。在缺乏石料的地區，可用C10二級配混凝土，逐格進行現場澆筑，但應注意設置排水孔和在混凝土板下部要鋪設10-20cm厚碎石墊層。按粒徑大小，自下而上分層鋪填。梁格應比碎石高5-10cm。

梁格網格的幾何形狀多為正方形、菱形、矩形，在布置格梁時，最好使縱梁或橫梁與主風向垂直。尺寸一般以3m×3m為宜。

3.4 化纖模袋混凝土護坡

化纖模袋混凝土護坡是利用化纖材料按一定尺寸縫制成模袋，布設于壩坡上，用水泥漿泵將砼混凝土壓入化纖模袋內。由數個模袋組成一護坡塊，整個護坡由多個護坡塊組成。一般用于水下護坡、護基。

3.5 塑料編織袋裝土護坡

用塑料編織袋裝土，置于堤壩水下護坡部位以達到護坡防風浪的目的。該法對于堤防防洪搶險是最為適宜的。

3.6 植物防浪護坡

在堤防坡面及平臺上植柳樹、楊樹等防風林木，既起到防浪護坡和防風固堤的作用，增加綜合經濟收入。對于水深較小、堤防厚墩的河道，不失為一種防風浪措施。對于水庫大壩和重要江河堤防，則應取慎重態度。近年來在某些小型水庫雖然也有利用，但尚需進一步總結經驗，分析利弊，慎重處置。嘉蔭縣雪水溫護岸0+000-1+500樁號上部也采用此法，自從1998年運行至現在，防風浪效果比較好。

3.7 其它護坡防浪措施

（1）鋼筋混凝土沉排，它是將若干個預制混凝土塊鉸結起來，下墊無紡布構成排體，再將沉排沉入水中置至護坡部位。這種方法最早起用于美國密西西比河下游的護岸工程。此種結構可以承受每秒1.7m/s以上流速，可用于水深較大的護坡部位。1998年大水以后，長江干流中有一部分采用了此種防風浪形式，經過幾年的運行，效果很好。

（2）放緩土坡。堤防坡面的陡坡對抗風浪破壞的能力影響較大，一般情況下，坡面越緩，風浪的破壞作用越小，相對說來，護坡的抗風浪破壞能力較強，當土坡放緩到一定程度時，自然的土坡基本上就能承受風浪的破壞。

參考文獻

[1]李東祥.堤防護岸防風浪的技術部措施[J].水利工程管理技術，1991（2）：36-40.

[2]蘇勝奎.冰對水工建筑物的作用[J].海河水利，1992（3）：42-48.

[3]SL274-2001.碾壓式土石壩設計規范[S].

[4]SL/T191-96.水工混凝土結構設計規范[S].

作者簡介：袁莉，女，嘉蔭縣水務局，工程師。