水利工程护坡防风浪的技术措施

袁莉　邢轲尧

摘 要：水利工程中的土石坝，江河、湖泊两岸堤防的迎水面以及平原水库的围堤经常遭受波浪（风浪）冲击破坏，一般情况下都要采取护坡防护。护坡工程设计是否合理，工程运行是否安全，对水利工程特别是对堤防、大坝的安全至关重要。据统计，我国现有300座大型水库发生的1200次工程事故中，护坡破坏的就有82次，其中因风浪破坏的就有46次，占护坡破坏总数的56.10%。因此可见，研究水利工程防风浪技术对保障工程安全具有重要意义。

关键词：水利工程；护坡；防风浪

1 风浪对水利工程破坏机理

在风力作用下，水质点沿着主风方向运动使风浪不断向岸边传播，而岸边的波浪因水深不断减小，波浪与岸边的摩擦加剧，并与岸坡碰撞而破碎。在摩擦和碰撞过程中波浪的能量发生消耗或转化，因而对坡产生极大的破坏作用。

2 水利工程护坡设计的原则

护坡设计的原则一般为：

2.1 护坡的保护范围

上限应以最高水位加最大风速、最大吹度情况下的风浪爬高和安全超高，一般到坝顶；下限为最低水位（水库为限制低水位或死水位）以下，并能满足坝体抗淘刷和冰冻层的要求。

2.2 护坡工程必须稳定可靠

护面材料应有足够的重量、厚度和耐磨蚀性，以抗御水流冲击、淘刷，并保证渗压、浮力作用下不产生局部或整体滑动。

2.3 反滤层的工作要安全可靠

反滤层要保证在渗流作用下被保护的土代体不至流失，防止土层产生渗流破坏，同时要有足够的透水能力，防止淤堵而影响渗水的畅流。

3 水利工程防浪护坡技术措施

随着风浪破坏水利工程堤防坝坡面机理研究的深入以及新材料、施工新工艺的出现，新的防风浪技术措施不断增加和完善，护坡工程目前正趋向更安全、合理、经济和便于机械化施工的方向发展。下面介绍国内外几种水利工程防风浪护坡的技术措施。

3.1 块石护坡

块石护坡是我国最为常用的几种护坡型式，对于当地或就近开采块石方便且材料费用较低的地区，应优先采用此种结构型式。块石护坡有刚性和柔性之分，有浆砌和干砌之别，其设计包括：

（1）块石材料的选择：根据稳定可靠的原则要求，综合国内外经验，护坡石料的抗压强度（经25次冻融）不能小于4-5KN/cm2软化系数大0.85，岩石孔隙率小于3%，按孔隙体积比计算的吸水率≤0.8，岩石容重大于是2.24T/m3，石料形状以正方形为最佳，石料的最长边与最短边之比小于1.5-2.0，最适宜的石料为岩浆岩。

（2）面层块石尺寸的选择：可根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）介绍的公式，按在最大局部波压力下所需的直径来计算块石直径及最大厚度。而实际情况是整个坡面波压力分部为中间大、上下两端小。因此对于水位相对稳定的水库、江河，为了经济起见，可根据压力波变化情况采用不同的护坡厚度。

（3）反滤层设计：为防止块石土粒在波动渗流作用下从块石之间的缝隙流出，块石与坡面之间一般应设反滤层。传统的反滤层可由2-4层不同的粒径砂、砾石或碎石组成。层次与渗流方向正交，粒径顺水流由细到粗。

3.2 混凝土、钢筋混凝土板护坡

这也是目前较为广泛使用的一种护坡方式。按施工工艺可分为现场整体浇筑和预制板（块），然后在现场装配两种形式。现场浇筑的一般板厚度为0.3-0.5m；平面尺寸一般为5.0×5.0m或10×10m；装配式钢筋混凝土板厚一般为0.15-0.25m，平面尺寸1.50×1.50m-3.0×3.0m。板下应铺设0.15-0.2m厚的砂、砾石垫层或采用无纺布作反滤层。板的形状以方形、矩形或六角形为宜。

钢筋混凝土护面板的设计，首先需要根据波浪作用所产生的波压力和浮托力，按《水工钢筋混凝土设计规范》（SL/T191-96）中的公式计算板厚，然后根据波压力按置于弹性基础上的板来确定所需的钢筋。若以板面尺寸较大亦可按三边或四边简支板计算配筋。由于作用在护板上的力很复杂，且不甚明确，设计时要考虑运输、安装、温度、土坡变形等因素。

进入90年代以后，有些水利工程的防风浪措施陆续采用了混凝土预制板或现浇砼板结构形式，此种结构一方面能适应施工的机械化，且美观，再结合采用无纺布作为反滤层，能够利用当地的砾石材料节省工程投资，缩短工期，是一种值得推广使用的防风浪护坡措施。据掌握，黑龙江沿岸上起漠河，下至抚远，采用此种结构形式就有十余处之多，经过十几年运行，防风浪效果非常好，为繁荣边疆经济，保护生态环境和发展旅游事业、防止国土流失起到了不可替代的作用。

3.3 梁格式护坡

一般用C15混凝土浇筑梁格网，并在网格内填筑混凝土块、碎石、块石等防浪材料。在填筑块石时，一般采用C10三级配预埋块石混凝土做防浪材料。在缺乏石料的地区，可用C10二级配混凝土，逐格进行现场浇筑，但应注意设置排水孔和在混凝土板下部要铺设10-20cm厚碎石垫层。按粒径大小，自下而上分层铺填。梁格应比碎石高5-10cm。

梁格网格的几何形状多为正方形、菱形、矩形，在布置格梁时，最好使纵梁或横梁与主风向垂直。尺寸一般以3m×3m为宜。

3.4 化纤模袋混凝土护坡

化纤模袋混凝土护坡是利用化纤材料按一定尺寸缝制成模袋，布设于坝坡上，用水泥浆泵将砼混凝土压入化纤模袋内。由数个模袋组成一护坡块，整个护坡由多个护坡块组成。一般用于水下护坡、护基。

3.5 塑料编织袋装土护坡

用塑料编织袋装土，置于堤坝水下护坡部位以达到护坡防风浪的目的。该法对于堤防防洪抢险是最为适宜的。

3.6 植物防浪护坡

在堤防坡面及平台上植柳树、杨树等防风林木，既起到防浪护坡和防风固堤的作用，增加综合经济收入。对于水深较小、堤防厚墩的河道，不失为一种防风浪措施。对于水库大坝和重要江河堤防，则应取慎重态度。近年来在某些小型水库虽然也有利用，但尚需进一步总结经验，分析利弊，慎重处置。嘉荫县雪水温护岸0+000-1+500桩号上部也采用此法，自从1998年运行至现在，防风浪效果比较好。

3.7 其它护坡防浪措施

（1）钢筋混凝土沉排，它是将若干个预制混凝土块铰结起来，下垫无纺布构成排体，再将沉排沉入水中置至护坡部位。这种方法最早起用于美国密西西比河下游的护岸工程。此种结构可以承受每秒1.7m/s以上流速，可用于水深较大的护坡部位。1998年大水以后，长江干流中有一部分采用了此种防风浪形式，经过几年的运行，效果很好。

（2）放缓土坡。堤防坡面的陡坡对抗风浪破坏的能力影响较大，一般情况下，坡面越缓，风浪的破坏作用越小，相对说来，护坡的抗风浪破坏能力较强，当土坡放缓到一定程度时，自然的土坡基本上就能承受风浪的破坏。

参考文献

[1]李东祥.堤防护岸防风浪的技术部措施[J].水利工程管理技术，1991（2）：36-40.

[2]苏胜奎.冰对水工建筑物的作用[J].海河水利，1992（3）：42-48.

[3]SL274-2001.碾压式土石坝设计规范[S].

[4]SL/T191-96.水工混凝土結构设计规范[S].

作者简介：袁莉，女，嘉荫县水务局，工程师。