躍進河水庫護坡工程試驗

張彩軍

(黑龍江省共青農場，黑龍江 蘿北154213)

0 前 言

我國北方地區多數平原水庫存在著土壩護坡受凍脹、冰壓力、風浪作用破壞的問題。隨護坡形式的不同上述3 種力的作用也不同。由于平原水庫庫面大、吹程長、風速大，因而風浪是造成各種形式的護坡大面積破壞的直接原因;冰壓力將護坡推移造成局部破壞是造成風浪作用下大面積破壞的先導;壩體的不均勻凍脹加劇了冰壓力和風浪對護坡的破壞作用。我省建成的近10 座中小型平原水庫經多年運用實踐表明同樣存在著一些問題。據多年工程實踐資料分析，平原水庫護坡工程投資要占土壩工程總投資50%以上，所以平原水庫護坡工程方案的選擇與確定歷來是平原水庫工程設計和施工的關鍵問題之一。為此結合躍進河水庫工程開展了平原水庫土壩護坡試驗研究工作。主要進行了簡易模袋、肋梁混凝土板、鋼筋混凝土框架干砌石、機織模袋混凝土4 種新型平原水庫護坡結構型式的室內外實驗研究。對比分析了幾種護坡結構的優缺點、適用條件和工效指標。并通過室內外試驗及工程應用研究，提出了平原水庫機織模袋混凝土護坡工程設計參數、施工工藝和質量控制標準。

1 工程概況

平原水庫迎水坡工程存在著凍脹、凍推和風浪破壞等問題。躍進河水庫位于農墾寶泉嶺管理局延軍農場境內，黑龍江一級支流鴨蛋河支流躍進河上，壩址以上集水面積11.02 km2，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養魚等綜合利用的小(1) 型水庫，保護下游1333.3 hm2耕地、1個場部、約4 600人。該水庫始建于1984年，主要由土壩、溢洪道和輸水洞組成。由于諸多因素的影響，致使土壩護坡工程常年維修。對于凍深60 ～80 cm的寶泉嶺地區土壩護坡如采用30 cm左右的砂礫料濾層，再加上砌石或混凝土板40 ～25 cm厚護面，其換填率達60% ～100%，可足以防止護坡遭受凍脹引起的破壞。但少砂石料的護坡濾層其造價是昂貴的，而且施工質量也難于保證。隨著土工合成材料的發展和新型護坡結構的產生，已有可能用新的反濾材料或護坡結構替代傳統的材料和結構。使工程達到既安全又經濟的目的。

2 工程結構設計

2.1 試驗工程結構型式

經躍進河水庫現場勘察，土壩迎水坡邊坡1∶2.0 ～1∶2.5，壩頂高程8.2 m，由于2011年冬季水庫有整修加固任務，庫水年降至近年來最低水位4.6 m高程。因此，確定試驗段護坡邊坡為1∶2.5，護至壩頂，護坡底腳高程4.6 m，并在此高程上下砌筑斷面為50cm × 80cm 鐵絲石籠護腳。施護壩段長210 m，斜坡坡長9.0 m，施護面積1 890 m2。試驗方案采用4種結構6 種處理，具體結構型式如下:

2.1.1 混凝土肋梁板護坡

采用C 20現澆混凝土肋梁板，肋梁網格為5.0m×5.0m，斷面尺寸肋梁為30cm×30cm，與板結合為一體，混凝土板厚為15 cm。配筋按構造配筋，垂直壩軸線方向每米布置3 根Φ10 鋼筋，平行壩軸線方向每米布置3 根Φ6 鋼筋。下面墊層分為兩種處理，各長35 m，計長70 m。

1)400 g/m2滌綸無紡布一層，15 cm厚中砂墊層。

2) 400 g/m2滌綸無紡布一層，15 cm 厚中砂碎石混合墊層。

2.1.2 混凝土框架充填干砌石護坡

采用C 20現澆混凝土梁，斷面尺寸為30cm ×55cm( 寬×高) ，網格尺寸為3.0m ×3.0m，按垂直壩軸線45°角交叉布置，梁按構造配筋。框架內干砌塊石厚為40 cm，墊層為400 g/m2滌綸無紡布一層，10 cm厚碎石、護坡長度為35 m。

2.1.3 干砌塊石護坡

采用40 cm厚干砌石，下設400 g/m2滌綸無紡布一層，10 cm厚碎石墊層，護坡長度為25 m。

2.1.4 模袋混凝土護坡用聚丙烯編織布人工或機械縫制成模袋，采用人工自流灌填混凝土( 砂漿) 成型，硬化后形成模袋混凝土。設計標號C 20，平均厚度為15 cm，模袋混凝土內設置的Φ12 鋼筋，下面墊層分為兩種，每種處理長35 cm，計長70 m。15 cm厚中砂碎石混合墊層，400 g/cm2滌綸無妨布一層;400 g/m2滌綸無紡布一層。

2.2 工程材料試驗

2.2.1 壩坡被保護土性質見表1。

表1 躍進河水庫壩坡被保護土性質實驗結果

2.2.2 模袋混凝土及混凝土梁、板配合比設計

1) 模袋充填料配合比設計。模袋混凝土設計R28=19.61 MPa、抗凍標號為D50采用425 號礦渣硅酸鹽水泥，水泥:中砂=1∶3，每立方米砂漿用量為461 kg，中砂為1 383 kg，水灰比控制在0.55 ～0.65，用水300 kg，由于施工期間天氣漸冷屬冬季施工，故外加具有減水20%作用的防凍劑，摻量見表2，實際施工中采用4%摻量。

2) 現澆混凝土梁、板配合比設計。混凝土梁、板設計標號均為R28=19.61 MPa，抗凍標號為D50，采用42 號礦渣硅酸鹽水泥，砂;用細度模數為F·M=3.0 的中砂，碎石粒徑為2 ～4 cm( ＜2cm 占7.2%) ，坍落度控制在1 ～3 cm，為了提高混凝土抗凍性可適量摻加外加劑。混凝土采用機械拌和、振搗器振搗，配合比選定為水泥;砂:碎石=1∶3.88∶5. 35，水灰比控制在0.50 ～0.55，每m3混凝土水泥用量為250 kg，中砂為970 kg，碎石為1337.5 kg，用水為125 kg。SG 防凍劑摻用量見表2。混凝土梁架立筋4 根Φ10，箍筋每延米4 根為Φ6，板配筋在上部，垂直壩軸線方向為Φ10，順壩軸線方向為Φ6，形成縱橫0.33m×0.33m 的網格，鋼筋保護層為2.5 cm。

3) 混凝土及模袋混凝土強度室內抗壓及構件回彈法測試結果( 見表3、表4) 。

表2 SG 防凍劑摻用量表

表3 混凝土及模袋混凝土室內抗壓強度測試結果

表4 現場混凝土及模袋混凝土構件回彈法測試結果

3 結 論

1) 通過試驗工程的實施，摸索出了坡面上現澆脅梁混凝土板、現澆混凝土框架網格以及穿插鋼筋的模袋混凝土( 砂漿) 充灌的施工工藝，從而為工程應用提供了依據。同時，進行的低溫季節施工取得的經驗、為北方寒冷地區應用上述護坡結構創造了更為有利的條件。

2) 通過試驗以及結合試驗工程所做的室內、外試驗，提出了現澆混凝土及模袋砂漿的強度指標，提出了護坡濾層的設計指標。同時進行了幾種不同護坡結構的造價分析。為躍進河水庫土壩護坡方案的選擇提供了依據。

3) 按計劃進行了凍脹、冰壓力、風浪、變形等要素的觀測，試驗工程經1 a運行，證明方法合理，數據可靠。

4) 試驗工程達到了預期的目的，為進一步開展平原水庫土壩護坡方面的試驗研究打下了良好的基礎。

5) 應結合試驗工程繼續進行凍脹、冰壓力、風浪、變形等觀測，積累數據，繼續進行工程的原型觀測。同時進一步開展脅梁混凝土板，模袋混凝土( 砂漿) 、混凝土框架有關材料工程性質的現場試驗，以便為躍進河水庫土壩護坡設計提供充分可靠的依據，同時提出完整的試驗觀測分析成果。

［1］田志強，閆文斌. 土石壩護坡的破壞與修理［J］. 黑龍江水利科技，2011，39(5) :225－226.