浅谈樵子涧水库除险加固工程中混凝土护坡的应用

周家智

浅谈樵子涧水库除险加固工程中混凝土护坡的应用

周家智

樵子涧水库位于五河县大巩山北麓，属淮河流域。水库控制来水面积40km2。水库加固前大坝上游为干砌石护坡，经过几十年运行，出现较为严重的风化现象，水位变幅区附近的护坡已出现整体滑移和大面积的松动、塌陷，底部碎石垫层被淘空；部分块石达不到设计要求。水库除险加固对护坡拆除重建，选定现浇混凝土板护坡和干砌石护坡两种方案进行技术经济比较。

一、护坡设计

1.方案比较

根据设计要求及坝坡现状拟采用以下两个方案进行比较：方案一为干砌块石护坡，方案二为混凝土护坡。方案简述如下：

方案一：干砌块石护坡

上游大坝护坡设计采用干砌块石结构，干砌块石厚度和块石重量按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）附录A中有关规定进行计算，计算公式如下：

块石在最大局部压力作用下所需的直径D（D为换算球形直径）为：

式中：

D—石块的换算球形直径（m）；

Q—单个块石质量（t）；

t—护坡厚度（m）；

ρk—块石的密度，2.6t/m3；

ρw—水的密度，1.0t/m3；

hp—累积频率为5%的波高，采用h5%=1.683m；

Kt—随坡率变化的系数，Kt＝1.4；

m—斜坡坡率，m=3.0；

Lm—平均波长，Lm=15.06m；

计算得：D=0.32m，Q=43.1kg，t=0.38m。

根据块石计算结果，干砌石护坡厚取0.4m，下设0.1m厚碎石垫层。护坡顶高程为21.0m，底高程为17.0m，并采用0.4m×0.8m混凝土齿墙镇脚，17.0～15.0m高程采用块石护坡。

方案二：混凝土护坡

大坝上游护坡设计采用混凝土结构，混凝土厚度按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）附录A中有关规定进行计算，计算公式如下：

式中：η—系数，取1.0；

hp—累积频率为1%的波高，取2.07m；

b—沿坝坡向的板长，m；

ρc—板的密度，t/m3；

经计算t=0.10m，考虑刚度要求，取0.15m。

混凝土护坡方案是将原干砌块石护坡拆除，全坝段采用C20混凝土进行护坡，护坡厚度0.15m，下设0.1m厚碎石垫层。范围为高程15.0m至坝顶，在高程15.0m坡脚处做一道深0.8m、宽0.40m混凝土齿墙。混凝土护坡分块尺寸为4m×3.8m，缝间设两毡三油，在板下游每2.0m设一排水孔，孔口设横向排水砂沟。

2.投资比较

对上述两个方案进行投资比较，可比投资计算见表1。

表1 护坡比较方案可比投资计算表

3.方案选用

方案一为干砌块石护坡，单个块石质量要求大，现有护坡拆除的块石风化严重、块石较小，可利用率低。其投资最省，实施较简单，消浪减少风浪爬高效果较好，但整体外观效果较差、强度较低。

方案二为混凝土护坡，现有干砌护坡拆除，采用混凝土护坡形式，优点为施工方便、耐久性好、整体性强、美观。采用混凝土护坡风浪爬高比砌石护坡风浪爬高高0.4m，即设计坝顶高程应为22.44m，现状防浪墙顶高程22.0m，坝顶高程满足要求，其投资较方案一略高。

通过以上比较，将方案二作为推荐方案比较适宜。

4.上游护坡设计

现有护砌高程15.0～21.0m，无齿脚。本次设计先拆除干砌块石后，将原有碎石垫层清除干净，并对上游坝面进行平整，然后再进行混凝土浇筑。考虑已建成水库存在放水困难等问题，混凝土护坡高程从15.0m护至坝顶21.0m，混凝土护坡厚0.15m，并在高程15.0m处做一道深0.8m、宽0.40m混凝土齿墙。

二、护坡施工

水利工程混凝土板护坡一般有预制混凝土板护坡和现浇混凝土板护坡两种形式，樵子涧水库采用现浇混凝土护坡。施工板缝处理采用闭孔泡沫板填缝。施工工艺流程如下：铺设砂砾垫层→模板安装→混凝土的运输、平仓、振捣、抹面→模板拆除→混凝土养护。

1.铺设砂砾垫层

大坝上游护坡按设计坡比整平、压实后，开始铺设砂砾石垫层，砂垫层振捣密实后，采用粗砂找平或铺设土工布，防止混凝土浇筑时垫层吃浆。垫层铺设验收合格后立模。

2.模板安装

立模前应测量放线，利用坝顶及坝脚布桩拉线，上游护坡分格成平面控制网，模板严格按照施工放线位置及高程安装，利用坝顶及坝脚桩线校正模板的平直度，保证板缝顺直。第一层混凝土护坡板的模板安装质量非常关键，按照设计好的层数控制模板的位置，立模时应考虑混凝土板间格浇筑，利于浇筑块分缝，同时充分利用模板。

3.混凝土的运输、平仓、振捣、抹面

混凝土水平运输采用混凝土罐车运输，保证了混凝土在运输过程中不发生漏浆、离析等现象。混凝土垂直运输采用溜槽，当混凝土运至施工现场后，用溜槽将混凝土传送至浇筑部位。根据护坡高程确定溜槽需分几节，每节长度≤4m。当混凝土板浇筑完后，采用人工平仓，采用振动粱对混凝土振捣严实。混凝土振捣后再次挂线校正模板是否走模，如有走模，在混凝土初凝前校正完毕。混凝土振捣结束后用拉板对混凝土表面进行抹面，以比模板高度高1～2 mm为标准抹平混凝土面，在混凝土初凝后进行二次收光，抹面平整度控制在2 mm以内。二次收光1h后进行三次收光。

4.混凝土养护

混凝土带模养护期间，应采取带模包裹、浇水、喷淋洒水等措施进行保湿、潮湿养护，保证模板接缝处不致失水干燥。为了保证顺利拆模，可在混凝土浇筑24～48h后略微松开模板，并继续浇水养护至拆模后再继续保湿至规定龄期。混凝土去除表面覆盖物或拆模后，应对混凝土采用浇水或覆盖洒水等措施进行潮湿养护，也可在混凝土表面处于潮湿状态时，迅速采用麻布、草帘等材料将暴露面混凝土覆盖或包裹，再用塑料布或帆布等将麻布、草帘等保湿材料包覆。

5.模板拆除

当混凝土初凝抹面后进行模板拆除。拆除时，垂直向上小心操作，保证缝隙顺直、清晰。严格控制混凝土不掉角、不损边，如出现掉角、损边现象应采取补强措施。

三、结语

20世纪建成的水库大坝上游护坡都是采用干砌石。目前的水库除险加固工程，因无块石原材料或原材料紧缺，或缺乏施工人员等原因，大坝护坡大都采用混凝土护坡。随着现代化生产的发展，混凝土护坡更能适应机械化生产的要求，且混凝土护坡表面平整度比干砌石护坡更容易控制，表面也较为美观■

（作者单位:安徽省五河县头铺水利站 233300）