整澆切割混凝土面板施工技術在水利邊坡防護工程中的應用

鄭學華，湯秀娥

（海城市河務管理處，遼寧海城114200）

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整澆切割混凝土面板施工技術在水利邊坡防護工程中的應用

鄭學華，湯秀娥

（海城市河務管理處，遼寧海城114200）

摘要：整澆切割混凝土面板作為新型的水利堤壩護坡構件，在我國水利工程建設中的重要作用日漸突出。為了進一步加快整澆切割混凝土面板在水利工程中推廣和應用，本文對整澆切割混凝土面板的結構特點、工程結構設計和施工工藝進行了研究，對在施工過程中的工作性能及其面板厚度進行了設計分析和確定，借助工程現場資料對該類護坡結構的性能進行了驗證，為其在水利工程建設中的廣泛應用提供了借鑒和指導。

關鍵詞：整澆切割；混凝土面板；堤壩護坡

堤壩護坡是保證堤壩質量合格的關鍵，其修建、維護費用通常能夠達到總造價的1 /3～1 /2。因此，充分研究堤壩的變形特征并合理選擇最優護坡結構，是確保工程安全、減少投資費用的前提［1-2］。

作為一種護坡新型結構，整澆切割混凝土面板不僅具備了普通預制六方塊護坡的堅固、耐磨損特點外，還兼有占地面積小、造價低、施工工藝簡便、不易開裂等優勢。為使整澆切割混凝土面板結構在護坡工程中得到更好的發展，本文對其施工工藝進行了介紹，并與普通護坡結構進行了對比分析［3-4］。

1　整澆切割混凝土護坡面板施工工藝

將整澆混凝面板按照一定的尺寸進行切割，并設置分割縫之后便可制成整澆切割混凝土面板。這類護坡結構的施工工序主要包括如下步驟：削坡整平→固定槽的開設→墊層的澆筑→分塊澆筑混凝土→切割并設置縫隙等。具體施工順序如圖1所示。

1.1 平整與削坡

首先將堤壩原有的護坡進行初步整理，使之盡量保持平整，然后進行削坡。削坡的優劣對后期墊層的鋪設質量起關鍵作用，質量良好的削坡能夠在一定程度上壓縮墊層厚度。為確保削坡質量達標，多利用機械進行初期的處理，然后采取人工削坡的方法對局部進一步修整。

圖1　整澆切割護坡板施工流程

1.2 固腳槽開挖

應保證固腳槽存在一定坡腳，其寬度與深度約為1m。一般采取人工開挖，以便更好地調整固腳槽尺寸，盡量在最短時間內高質量地完成開挖工作。

1.3 墊層施工

削坡完成后，先在其表面鋪設厚約0.1m的碎石，再往碎石上方鋪設厚約0.1m的粗砂。利用平面振搗器對墊層充分振搗，使墊層完成后的密度不小于原土體的干密度。墊層的干密度可使用標準貫入法測得［5］。

1.4 混凝土面板分塊澆筑

在確定面板尺寸與規格時，應當充分考慮水浪大小及溫度變化對坡面應力變化的影響，使之在巨大水浪的作用下不會被沖散或者卷走，也不會因溫度變化過大而出現結構的破壞。當前國內的切割面板尺寸多為厚0.1m、長5～10m，相鄰兩塊板的縫隙為0.02m，并用PE充填［6］。具體施工工藝如下：

（1）攤鋪。將混凝土倒入現場之后，自下而上進行鋪設，鋪設厚度約為0.1m。如需在坡面上攤鋪，要先將材料放置于澆筑部位上方，這樣可使使材料振搗時自然下降，逐步將下方的空隙充填，從而保證攤鋪質量。

（2）振搗。振搗時的方向也是自下而上，振搗過程中要認真、仔細，每個振搗部位的振動時間不小于20秒，當澆筑材料不再產生氣泡且體積不再減小時便可停止振搗。

（3）整平。振搗完成后要將澆筑完成的混凝土整平。整平工作通常需要三個步驟：①對護坡進行初期處理，將存留的空洞填補平整；②利用水泥砂漿進一步抹平混凝土的表面；③修補遺漏部位、找平，使之平整、光滑。

（4）壓光。混凝土澆筑完畢并完成整平工序后，應在6h之內對其抹平，抹平材料為M10水泥砂漿，厚度約10mm。為保證混凝土的表面平整與光滑，通常需要開展3遍或者4遍的壓光工序。

（5）清理及養護。完成（1）～（4）道工序之后，需對護坡表面進行清潔與養護。混凝土初凝完成后，可在其表面鋪設一定厚度的草席或者麻袋，然后灑水養護，以防止裂縫的出現，確保護坡的強度與穩定性滿足要求。

1.5 面板切割分縫

為了防止混凝土因為溫度變化而出現裂縫，應在初凝完成后及時進行切割分縫，切割時只需保證混凝土上方保留分割縫即可。切割時間的選取要考慮環境溫度與混凝土強度。通常，在混凝土的抗壓強度在10MPa時便能進行切割。圖2中展示的六邊形切塊是較為常見的切割方式，其邊長為0.3m，縫的寬為0.005cm，深度為0.05m。

圖2　整澆切割混凝土面板結構圖

2　與預制六方體混凝土塊護坡對比

預制護坡因具有可批量生產、模塊強度易控制等優勢，目前在堤壩加固工程中的應用較為廣泛。本文將整澆切割混凝土面板護坡與預制六方塊混凝土護坡在以下幾個方面做出對比。

（1）場地要求及工序

預制正六方體混凝土塊通常要求較大的制作、養護面積。預制護坡塊的制作工序如下：混凝土砂漿的拌合→運送至現場→投放原料→入摸成型→拆模→灑水養護。整個制作工藝較為復雜，且周期漫長。

整澆切割混凝土面板一般為現場制作，節約了養護時占用的場地，還能省去運輸所占時間，同時降低了成本，提高了經濟利益［7-8］。

（2）護坡面板尺寸

為便于運輸與鋪設，預制護坡塊的尺寸往往不能制作的過大，通常采用的尺寸為：厚0.15m、邊長0.3m。同時，預制塊拼接縫需要使用砂漿填充

由于是現場澆筑，整澆切割混凝土面板的尺寸便能設置的較大，考慮到溫度浮動以及水浪沖擊的影響，多將護坡塊厚度設置為0.1m，邊長多為5～10m，縫隙寬度為0.02m，利用PE進行縫隙的填充。若設置為六邊形，其尺寸為：邊長0.3m，縫寬0.003～0.005m，縫的深度為0.05m。

（3）壩（堤）坡平整度要求

預制護坡結構對堤壩表面的平整程度有著很高要求，尤其是使用石材做鋪設材料時，一定要把坡面處置平整、光潔。整澆切割混凝土面板均為現場澆筑施工，混凝土可以相對自由地流動，從而能夠與坡面進行更充分的接觸，因此，只需對堤壩坡面初步簡單處理便可，整個施工工序得到了極大的簡化。

（4）護坡效果及耐久性

預制護坡塊的抗凍融能力欠佳，塊體的拼接部位常在較大水量的沖刷作用下發生開裂現象，嚴重時還能引起護坡發生整體變形，大大降低了其整體穩定性。由于整澆切割面板采取了上方切縫的措施，使塊體能夠更好地抵抗由溫度變化引起的應力，防止產生集中應力，提高了護坡的整體穩定性。

（5）技術成熟程度

預制護坡結構在我國的發展已經趨于完善，經過幾十年的研發與總結，形成了一套較為合理的設計、施工規范。而整澆切割面板的研究尚處于起步階段，有很多技術規范尚未成熟，因此，需要對其進行更深入的探討與應用，并根據此類面板的材料特性與結構特征制定合理的施工方案與規程。

3　整澆切割混凝土面板護坡厚度計算

混凝土護坡厚度的選取不僅關系到整個堤壩的安全系數，還與工程的造價密切相關。因此，如何選取最優混凝土護坡板的厚度是水利護坡施工的關鍵問題。

3.1 計算依據

《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）中有明確規定：如果護坡板中存在有明縫，或者護坡結構采用鋼筋混凝土作為原材料，且護坡系數為2～5m時，面板厚度的確定方法應按公式（1）計算［9］：

式（1）：η為修正系數，整體式為1.0，裝配式為1.1；hp為累積頻率是1%的波高，m；b為順坡方向板長，m；Lm為根據平均周期算出的波長，m；ρw為水的密度，t/m3；ρc為板的密度，t/m3；m為斜坡坡率，m =ctgα；α為斜坡坡角。

混凝土板充當土堤護面時，為保證護坡的強度與穩定性，其厚度t的計算方法可參見公式（2）：

式（2）中：t為混凝土護面板厚度，m；η為修正系數，混凝土板存在裂縫時取0.075；上方開裂，下方完整的板取0.10；H為計算波高，m；γb為混凝土板重度，kN/m3。

3.2 混凝土護坡厚度計算實例

3.2.1 波浪計算

（1）計算所需資料收集

①某水庫的正常蓄水水位為345.6m，設計最高水位為372.8m，校核洪水水位為374.5m；

②根據當地的水文氣象統計可知，該地區的年均風速為1.5m/s；

（2）最大風速W的計算方法為：W =16×1.5 =24（m/s）

（3）風區內水域平均深度Hm計算

繪制詳細的水庫剖面圖，用來確定水庫底部的平均高度，并與設計靜水位相減［10-12］。經計算，水庫底部平均高度為352.20m，從而可得：

正常蓄水位情況下的深度均值：Hm1=345.6 -352.2 =-6.60m；

設計洪水位以情況下的深度均值：Hm2=372.8 -352.2 =20.60m。

校核洪水位情況下的深度均值：Hm3=374.5 -352.2 =22.3m。

（4）波浪的平均波高和平均波周期計算

風區水域波浪的平均波高hm計算式（3）和平均波周期Tm計算式（4）按莆田試驗站公式進行計算：

由W=24m/s，g =9.81m/s2，D=860m，代入式（3）和式（4）可得，各種設計狀態下的平均波高hm和平均波周期Tm。計算結果如表1所示：

表1　各種設計狀態下的hm和Tm

（5）平均波長計算

按式（5）進行計算：

將W =24m/s，g =9.81m/s2，D=860m代入公式（5）可算得Lm=8.674m。

3.2.2 混凝土護坡厚度計算

（1）工程計算所需資料。

①大壩內側的護坡坡度為3.0m；②護坡結構的材料選取強度為G15的混凝土，其密度ρk= 2.4t/m3；③水的密度ρk=1.0t/m3。

（2）護坡板的厚度t按公式（1）進行計算。

若當選取整澆切割混凝土面板作為護坡結構時，取系數η=1.0，并將快板制作為六方塊，板長b= 0.52m，將m=3.0，ρk=2.4t/m3，ρk=1.0t/m3，h1%=1.0t/m3，Lm=8.674m帶入式（1）算得：t=0.114m。

4　結語

本文對整澆切割混凝土護坡面板的結構組成、制作流程以及厚度計算方法進行了詳細的介紹，并與傳統的預制護坡板在施工工序、場地要求、板塊尺寸以及穩定性等方面做出全面對比，得出以下研究結論：整澆切割混凝土面板的制作工藝更加簡單、易操作，在堤壩加固工程中具有很強的可行性；整澆切割混凝土面板比預制混凝土護坡板的抗裂性能好，整體穩定性高，具有很強的耐久性；由于是現場制作，整澆切割混凝土面板可抑制混凝土的使用量，節約運輸時間，從而降低了共造成造價，提高了工程的經濟效益。

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作者簡介：鄭學華（1969年—），女，助理工程師。

收稿日期：2015-10-08

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.037

中圖分類號：TV523

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0101-04