跃进河水库护坡工程试验

张彩军

(黑龙江省共青农场，黑龙江 萝北154213)

0 前 言

我国北方地区多数平原水库存在着土坝护坡受冻胀、冰压力、风浪作用破坏的问题。随护坡形式的不同上述3 种力的作用也不同。由于平原水库库面大、吹程长、风速大，因而风浪是造成各种形式的护坡大面积破坏的直接原因;冰压力将护坡推移造成局部破坏是造成风浪作用下大面积破坏的先导;坝体的不均匀冻胀加剧了冰压力和风浪对护坡的破坏作用。我省建成的近10 座中小型平原水库经多年运用实践表明同样存在着一些问题。据多年工程实践资料分析，平原水库护坡工程投资要占土坝工程总投资50%以上，所以平原水库护坡工程方案的选择与确定历来是平原水库工程设计和施工的关键问题之一。为此结合跃进河水库工程开展了平原水库土坝护坡试验研究工作。主要进行了简易模袋、肋梁混凝土板、钢筋混凝土框架干砌石、机织模袋混凝土4 种新型平原水库护坡结构型式的室内外实验研究。对比分析了几种护坡结构的优缺点、适用条件和工效指标。并通过室内外试验及工程应用研究，提出了平原水库机织模袋混凝土护坡工程设计参数、施工工艺和质量控制标准。

1 工程概况

平原水库迎水坡工程存在着冻胀、冻推和风浪破坏等问题。跃进河水库位于农垦宝泉岭管理局延军农场境内，黑龙江一级支流鸭蛋河支流跃进河上，坝址以上集水面积11.02 km2，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养鱼等综合利用的小(1) 型水库，保护下游1333.3 hm2耕地、1个场部、约4 600人。该水库始建于1984年，主要由土坝、溢洪道和输水洞组成。由于诸多因素的影响，致使土坝护坡工程常年维修。对于冻深60 ～80 cm的宝泉岭地区土坝护坡如采用30 cm左右的砂砾料滤层，再加上砌石或混凝土板40 ～25 cm厚护面，其换填率达60% ～100%，可足以防止护坡遭受冻胀引起的破坏。但少砂石料的护坡滤层其造价是昂贵的，而且施工质量也难于保证。随着土工合成材料的发展和新型护坡结构的产生，已有可能用新的反滤材料或护坡结构替代传统的材料和结构。使工程达到既安全又经济的目的。

2 工程结构设计

2.1 试验工程结构型式

经跃进河水库现场勘察，土坝迎水坡边坡1∶2.0 ～1∶2.5，坝顶高程8.2 m，由于2011年冬季水库有整修加固任务，库水年降至近年来最低水位4.6 m高程。因此，确定试验段护坡边坡为1∶2.5，护至坝顶，护坡底脚高程4.6 m，并在此高程上下砌筑断面为50cm × 80cm 铁丝石笼护脚。施护坝段长210 m，斜坡坡长9.0 m，施护面积1 890 m2。试验方案采用4种结构6 种处理，具体结构型式如下:

2.1.1 混凝土肋梁板护坡

采用C 20现浇混凝土肋梁板，肋梁网格为5.0m×5.0m，断面尺寸肋梁为30cm×30cm，与板结合为一体，混凝土板厚为15 cm。配筋按构造配筋，垂直坝轴线方向每米布置3 根Φ10 钢筋，平行坝轴线方向每米布置3 根Φ6 钢筋。下面垫层分为两种处理，各长35 m，计长70 m。

1)400 g/m2涤纶无纺布一层，15 cm厚中砂垫层。

2) 400 g/m2涤纶无纺布一层，15 cm 厚中砂碎石混合垫层。

2.1.2 混凝土框架充填干砌石护坡

采用C 20现浇混凝土梁，断面尺寸为30cm ×55cm( 宽×高) ，网格尺寸为3.0m ×3.0m，按垂直坝轴线45°角交叉布置，梁按构造配筋。框架内干砌块石厚为40 cm，垫层为400 g/m2涤纶无纺布一层，10 cm厚碎石、护坡长度为35 m。

2.1.3 干砌块石护坡

采用40 cm厚干砌石，下设400 g/m2涤纶无纺布一层，10 cm厚碎石垫层，护坡长度为25 m。

2.1.4 模袋混凝土护坡用聚丙烯编织布人工或机械缝制成模袋，采用人工自流灌填混凝土( 砂浆) 成型，硬化后形成模袋混凝土。设计标号C 20，平均厚度为15 cm，模袋混凝土内设置的Φ12 钢筋，下面垫层分为两种，每种处理长35 cm，计长70 m。15 cm厚中砂碎石混合垫层，400 g/cm2涤纶无妨布一层;400 g/m2涤纶无纺布一层。

2.2 工程材料试验

2.2.1 坝坡被保护土性质见表1。

表1 跃进河水库坝坡被保护土性质实验结果

2.2.2 模袋混凝土及混凝土梁、板配合比设计

1) 模袋充填料配合比设计。模袋混凝土设计R28=19.61 MPa、抗冻标号为D50采用425 号矿渣硅酸盐水泥，水泥:中砂=1∶3，每立方米砂浆用量为461 kg，中砂为1 383 kg，水灰比控制在0.55 ～0.65，用水300 kg，由于施工期间天气渐冷属冬季施工，故外加具有减水20%作用的防冻剂，掺量见表2，实际施工中采用4%掺量。

2) 现浇混凝土梁、板配合比设计。混凝土梁、板设计标号均为R28=19.61 MPa，抗冻标号为D50，采用42 号矿渣硅酸盐水泥，砂;用细度模数为F·M=3.0 的中砂，碎石粒径为2 ～4 cm( ＜2cm 占7.2%) ，坍落度控制在1 ～3 cm，为了提高混凝土抗冻性可适量掺加外加剂。混凝土采用机械拌和、振捣器振捣，配合比选定为水泥;砂:碎石=1∶3.88∶5. 35，水灰比控制在0.50 ～0.55，每m3混凝土水泥用量为250 kg，中砂为970 kg，碎石为1337.5 kg，用水为125 kg。SG 防冻剂掺用量见表2。混凝土梁架立筋4 根Φ10，箍筋每延米4 根为Φ6，板配筋在上部，垂直坝轴线方向为Φ10，顺坝轴线方向为Φ6，形成纵横0.33m×0.33m 的网格，钢筋保护层为2.5 cm。

3) 混凝土及模袋混凝土强度室内抗压及构件回弹法测试结果( 见表3、表4) 。

表2 SG 防冻剂掺用量表

表3 混凝土及模袋混凝土室内抗压强度测试结果

表4 现场混凝土及模袋混凝土构件回弹法测试结果

3 结 论

1) 通过试验工程的实施，摸索出了坡面上现浇胁梁混凝土板、现浇混凝土框架网格以及穿插钢筋的模袋混凝土( 砂浆) 充灌的施工工艺，从而为工程应用提供了依据。同时，进行的低温季节施工取得的经验、为北方寒冷地区应用上述护坡结构创造了更为有利的条件。

2) 通过试验以及结合试验工程所做的室内、外试验，提出了现浇混凝土及模袋砂浆的强度指标，提出了护坡滤层的设计指标。同时进行了几种不同护坡结构的造价分析。为跃进河水库土坝护坡方案的选择提供了依据。

3) 按计划进行了冻胀、冰压力、风浪、变形等要素的观测，试验工程经1 a运行，证明方法合理，数据可靠。

4) 试验工程达到了预期的目的，为进一步开展平原水库土坝护坡方面的试验研究打下了良好的基础。

5) 应结合试验工程继续进行冻胀、冰压力、风浪、变形等观测，积累数据，继续进行工程的原型观测。同时进一步开展胁梁混凝土板，模袋混凝土( 砂浆) 、混凝土框架有关材料工程性质的现场试验，以便为跃进河水库土坝护坡设计提供充分可靠的依据，同时提出完整的试验观测分析成果。

［1］田志强，闫文斌. 土石坝护坡的破坏与修理［J］. 黑龙江水利科技，2011，39(5) :225－226.