小水库除险加固工程中上游坝面护坡方案的确定

【摘要】目前，小水库除险加固工程以全面展开，时间紧，任务重，这就要求在设计方案中必须考虑诸多因素，力争选择既科学合理、切合实际的加固方案。洪涧河水库上游坝坡设计方案中通过几个方面的比较，选择了混凝土板护坡方案，效果良好，值得类似工程借鉴。 【关键词】小水库除险加固；上游坝面护坡方案设计；现浇混凝土板 　　 　　1 前言 　　在小水库除险加固方案设计中，坝体护坡工程在整个项目中占相当大的比重，作为坝体防冲防渗的一项重要措施，上游护坡在加固工程中，显得尤为重要。一旦护坡方案选择不当，将会影响工程进度，以至于影响坝体防汛安全。 　　土石坝上游护坡形式有以下几种：①堆石或抛石护坡；②干砌石护坡；③浆砌石护坡；④混凝土护坡（预制混凝土块或现浇混凝土板）；⑤其它形式护坡。 　　小水库除险加固工程中比较常用的是干砌石护坡和混凝土护坡。干砌石护坡施工工艺简单，就地取材，便于群众性施工等特点，在传统的小水库坝体上游护坡中广泛应用。从上世纪80年代开始，随着经济的发展和施工技术的进步，混凝土护坡外形规则美观，对环境影响小，施工质量易于控制等优点，越来越多的为堤坝护坡工程中采用。 　　近年来，干砌石护坡和混凝土护坡在小水库除险加固工程中都有大量应用，已成为上游坝面防冲刷、防渗措施常用方案，但各有优缺点，下面就以洪涧河水库除险加固工程中大坝上游护坡方案的确定来说明影响护坡设计方案选择的几个因素。 　　2 实例分析 　　洪涧河水库λ于黄河流域伊河二级支流洪涧河上，于1966年2月动工，经过几次反复，1974年5月工程完工。大坝为粘土均质土坝，最大坝高33m，坝顶长105m，顶宽5.0m；控制流域面积13.6km2 ，水库总库容290.2万m3，兴利库容166万m3，死库容20万m3，是一座以灌溉、防洪为主兼顾养殖等综合效益的小（Ⅰ）型Ⅳ等水库。地震基本烈度为Ⅵ度，经安全鉴定评定为三类坝，被列入2010年度除险加固任务。工程设计的主要内容有：大坝除险加固措施上下游坝面护坡工程，溢洪道开挖衬砌及输水洞修复等。洪涧河水库上游干砌石护坡经过近半个世纪的运行，上游坝面杂草丛生，砌石护坡受波浪淘刷、风化、丢失损坏严重，修复难度较大，须拆除重建。根据现场及当地情况，护坡措施在干砌石护坡与混凝土板护坡两方案中比较确定。 　　2.1 环境保护影响及水土保持因素 　　洪涧河水库所在区域水库周边大面积分布为震旦系下统许组安山玢岩，致密坚硬，大坝下游200米内两岸坡均有安山玢岩出¶，具备就近开采的条件。但是该区域高差较大，坡度较陡，河谷深切30米以上，植被不太发育，森林覆盖率较低，一旦开采，工程完工后也无法恢复，对区域环境影响较大，增加了水土流失。另一方面，由于石料的开采随着国家不断加强对炸药等爆破器材的管制，开采作业往往很难进行，大量施工时，石料供应极不稳定。 　　2.2 施工方面 　　干砌石护坡具有施工工艺简单，投资省，便于群众性施工等优点。石料要求质地坚硬、不易风化、块度均匀，ÿ块石料最少具有一个平面，中部厚度不小于15cm，最小边长度不小于20cm，单块重量不小于30kg；施工中要求表面平整，砌筑紧密、牢固，砌缝最大宽度不宜大于30mm,三角缝最大宽度不宜大于70mm，通缝长度不宜大于1000m。在实际施工实践中，由于各方面原因，真正达到规范要求的标准较难，以至于经常出现弃料较多，工程返工现象。 　　混凝土护坡具有外型美观，对环境影响小，易于施工，管理简便，施工质量便宜控制等优点。混凝土所需粗细骨料可从附近沙石料场采购，机械化施工，质量稳定可靠；混凝土可购买商品混凝土，也可现场拌制，施工工艺成熟，一般专业队伍施工，施工质量、施工进度均易控制，工期和质量比较容易保证，质量状况较好。 　　2.3 运行管理方面 　　在运行管理方面，干砌石护坡能很好的适应坝面的局部变形，修复简单；砌石表面较粗糙，抗风浪程度好，也利于日常巡查管理；但是干砌石护坡比较容易发生风浪淘涮破坏及人为损坏，尤其是临近村庄的水库，由于护坡砌石人为翻动、搬移，从而造成砌石护坡损坏，后期管理维护投入较大。 　　混凝土护坡的稳定性较好，管理简便，维护费用较低，长期高水λ运行环境下，防渗效果好。其缺点是：当大坝局部沉陷时不易发现；现浇混凝土板护坡表面糙率小，抗风浪效果差，防滑系数差，不利于日常巡查；混凝土塑性较差，经过长期运行局部易出现裂缝。 　　2.4投资因素 　　2.4.1 干砌石块径和护坡厚度 　　块石粒径采用下式计算： 　　 　　式中Pmax――最大波压力，取Pmax=1.59γw

HDPE土工膜是以(中)高密度聚乙烯树脂为原料生产的一种防水阻隔型材料。（密度为0.94g/cm3或以上的土工膜）。HDPE土工膜全称“高密度聚乙烯膜”，具有优良的耐环境应力开裂性能，抗低温、抗老化、耐腐蚀性能，以及较大的使用温度范围(-60--+60)和较长的使用寿命 (50年)。HDPE土工膜全称“高密度聚乙烯土工膜”，具有优良的耐环境应力开裂性能，抗低温、抗老化、耐腐蚀性能，以及较大的使用温度范围(-60--+60)和较长的使用寿命50年，广泛使用在生活垃圾填埋场防渗，固废填埋防渗，污水处理厂防渗，人工湖防渗，尾矿处理等防渗工程。

k(2h),式中h取0.75m，经计算得Pmax取值为3.10t/�； 　　γk――块石容重，取2.7t/m3； 　　γw――水容重，取1.0t/m3； 　　m――上游坝坡坡率，取2.50； 　　A――系数，取0.64； 　　K――随坡率变化的系数，取1.3； 　　经计算得：D=0.28m 　　干砌块石的平均重量：Q=0.525γkD3，经计算得：Q=0.031t 　　干砌石块石护坡的厚度用以下公式计算： 　　经计算得:tk=0.26m； 　　干砌块石护坡厚度取30cm，下铺0.5-4cm砂砾石垫层，厚20cm。 　　⑵混凝土板护坡厚度 　　计算采用《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）附¼A.2.3公式计算，详见下式： 　　式中： ―系数，本工程取1.1； 　　Hp―累计频率为1%的波高， h1% =2.42hm=1.55m； 　　 ―平均波长, 取设计洪水λ时平均波长8.24m； 　　b―沿坝坡向板长，取2.0m； 　　 ―板的密度，取2.4t/m3。 　　m―上游坝坡坡率，取2.5； 　　经计算得：t=0.147m，设计板厚取16cm。 　　大坝上游坝坡用现浇混凝土板进行护坡，纵向间隔3m，横向间隔2m进行分缝，缝宽8cm，缝内填C20无砂混凝土，缝下铺土工布（200g/�），宽度为48cm。 　　内容 干砌石护坡 混凝土板护坡 　　单λ工程量 块石0.3m3,反滤料0.2m3 现浇混凝土0.16m3,其它1.5元 　　单λ投资 71.4元/� 60.2元/� 　　总投资 29.85万元 25.3万元 　　因此，从环境保护及水土保持、施工、后期管理、投资方面综合分析，并结合大坝实测横断面及稳定计算、渗©计算结果，在确保大坝稳定前提下，设计确定大坝上游护坡方案为：拆除原大坝上游护坡砌石，对坝坡塌陷部λ用粘土回填并压实，压实度不小于96%。塌陷部λ修复完成后，对坝坡进行平整压实；大坝上游坝坡用现浇混凝土板进行护坡，纵向间隔3m，横向间隔2m进行分缝，缝宽8cm，缝内填C20无砂混凝土，缝下铺土工布（200g/�），宽度为48cm。 　　3 结语 　　水库除险加固工程中大坝上游护坡形式的选择是除险加固设计中方案设计的重点，方案选择是否符合现场实际情况，直接影响着施工工程质量、施工工期和工程投资。在经济可行的原则下，充分的调查论证，结合工程总体布置和施工条件，对大坝护坡措施进行细致的科学论证，选择合理的护坡形式，对于提高工程质量，缩短工程工期，降低工程造价都有着良好的效果。