水利工程護(hù)坡防風(fēng)浪的技術(shù)措施

袁莉　邢軻堯

摘 要：水利工程中的土石壩，江河、湖泊兩岸堤防的迎水面以及平原水庫(kù)的圍堤經(jīng)常遭受波浪（風(fēng)浪）沖擊破壞，一般情況下都要采取護(hù)坡防護(hù)。護(hù)坡工程設(shè)計(jì)是否合理，工程運(yùn)行是否安全，對(duì)水利工程特別是對(duì)堤防、大壩的安全至關(guān)重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有300座大型水庫(kù)發(fā)生的1200次工程事故中，護(hù)坡破壞的就有82次，其中因風(fēng)浪破壞的就有46次，占護(hù)坡破壞總數(shù)的56.10%。因此可見，研究水利工程防風(fēng)浪技術(shù)對(duì)保障工程安全具有重要意義。

關(guān)鍵詞：水利工程；護(hù)坡；防風(fēng)浪

1 風(fēng)浪對(duì)水利工程破壞機(jī)理

在風(fēng)力作用下，水質(zhì)點(diǎn)沿著主風(fēng)方向運(yùn)動(dòng)使風(fēng)浪不斷向岸邊傳播，而岸邊的波浪因水深不斷減小，波浪與岸邊的摩擦加劇，并與岸坡碰撞而破碎。在摩擦和碰撞過程中波浪的能量發(fā)生消耗或轉(zhuǎn)化，因而對(duì)坡產(chǎn)生極大的破壞作用。

2 水利工程護(hù)坡設(shè)計(jì)的原則

護(hù)坡設(shè)計(jì)的原則一般為：

2.1 護(hù)坡的保護(hù)范圍

上限應(yīng)以最高水位加最大風(fēng)速、最大吹度情況下的風(fēng)浪爬高和安全超高，一般到壩頂；下限為最低水位（水庫(kù)為限制低水位或死水位）以下，并能滿足壩體抗淘刷和冰凍層的要求。

2.2 護(hù)坡工程必須穩(wěn)定可靠

護(hù)面材料應(yīng)有足夠的重量、厚度和耐磨蝕性，以抗御水流沖擊、淘刷，并保證滲壓、浮力作用下不產(chǎn)生局部或整體滑動(dòng)。

2.3 反濾層的工作要安全可靠

反濾層要保證在滲流作用下被保護(hù)的土代體不至流失，防止土層產(chǎn)生滲流破壞，同時(shí)要有足夠的透水能力，防止淤堵而影響滲水的暢流。

3 水利工程防浪護(hù)坡技術(shù)措施

隨著風(fēng)浪破壞水利工程堤防壩坡面機(jī)理研究的深入以及新材料、施工新工藝的出現(xiàn)，新的防風(fēng)浪技術(shù)措施不斷增加和完善，護(hù)坡工程目前正趨向更安全、合理、經(jīng)濟(jì)和便于機(jī)械化施工的方向發(fā)展。下面介紹國(guó)內(nèi)外幾種水利工程防風(fēng)浪護(hù)坡的技術(shù)措施。

3.1 塊石護(hù)坡

塊石護(hù)坡是我國(guó)最為常用的幾種護(hù)坡型式，對(duì)于當(dāng)?shù)鼗蚓徒_采塊石方便且材料費(fèi)用較低的地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先采用此種結(jié)構(gòu)型式。塊石護(hù)坡有剛性和柔性之分，有漿砌和干砌之別，其設(shè)計(jì)包括：

（1）塊石材料的選擇：根據(jù)穩(wěn)定可靠的原則要求，綜合國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，護(hù)坡石料的抗壓強(qiáng)度（經(jīng)25次凍融）不能小于4-5KN/cm2軟化系數(shù)大0.85，巖石孔隙率小于3%，按孔隙體積比計(jì)算的吸水率≤0.8，巖石容重大于是2.24T/m3，石料形狀以正方形為最佳，石料的最長(zhǎng)邊與最短邊之比小于1.5-2.0，最適宜的石料為巖漿巖。

（2）面層塊石尺寸的選擇：可根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）介紹的公式，按在最大局部波壓力下所需的直徑來計(jì)算塊石直徑及最大厚度。而實(shí)際情況是整個(gè)坡面波壓力分部為中間大、上下兩端小。因此對(duì)于水位相對(duì)穩(wěn)定的水庫(kù)、江河，為了經(jīng)濟(jì)起見，可根據(jù)壓力波變化情況采用不同的護(hù)坡厚度。

（3）反濾層設(shè)計(jì)：為防止塊石土粒在波動(dòng)滲流作用下從塊石之間的縫隙流出，塊石與坡面之間一般應(yīng)設(shè)反濾層。傳統(tǒng)的反濾層可由2-4層不同的粒徑砂、礫石或碎石組成。層次與滲流方向正交，粒徑順?biāo)饔杉?xì)到粗。

3.2 混凝土、鋼筋混凝土板護(hù)坡

這也是目前較為廣泛使用的一種護(hù)坡方式。按施工工藝可分為現(xiàn)場(chǎng)整體澆筑和預(yù)制板（塊），然后在現(xiàn)場(chǎng)裝配兩種形式。現(xiàn)場(chǎng)澆筑的一般板厚度為0.3-0.5m；平面尺寸一般為5.0×5.0m或10×10m；裝配式鋼筋混凝土板厚一般為0.15-0.25m，平面尺寸1.50×1.50m-3.0×3.0m。板下應(yīng)鋪設(shè)0.15-0.2m厚的砂、礫石墊層或采用無紡布作反濾層。板的形狀以方形、矩形或六角形為宜。

鋼筋混凝土護(hù)面板的設(shè)計(jì)，首先需要根據(jù)波浪作用所產(chǎn)生的波壓力和浮托力，按《水工鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL/T191-96）中的公式計(jì)算板厚，然后根據(jù)波壓力按置于彈性基礎(chǔ)上的板來確定所需的鋼筋。若以板面尺寸較大亦可按三邊或四邊簡(jiǎn)支板計(jì)算配筋。由于作用在護(hù)板上的力很復(fù)雜，且不甚明確，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮運(yùn)輸、安裝、溫度、土坡變形等因素。

進(jìn)入90年代以后，有些水利工程的防風(fēng)浪措施陸續(xù)采用了混凝土預(yù)制板或現(xiàn)澆砼板結(jié)構(gòu)形式，此種結(jié)構(gòu)一方面能適應(yīng)施工的機(jī)械化，且美觀，再結(jié)合采用無紡布作為反濾層，能夠利用當(dāng)?shù)氐牡[石材料節(jié)省工程投資，縮短工期，是一種值得推廣使用的防風(fēng)浪護(hù)坡措施。據(jù)掌握，黑龍江沿岸上起漠河，下至撫遠(yuǎn)，采用此種結(jié)構(gòu)形式就有十余處之多，經(jīng)過十幾年運(yùn)行，防風(fēng)浪效果非常好，為繁榮邊疆經(jīng)濟(jì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和發(fā)展旅游事業(yè)、防止國(guó)土流失起到了不可替代的作用。

3.3 梁格式護(hù)坡

一般用C15混凝土澆筑梁格網(wǎng)，并在網(wǎng)格內(nèi)填筑混凝土塊、碎石、塊石等防浪材料。在填筑塊石時(shí)，一般采用C10三級(jí)配預(yù)埋塊石混凝土做防浪材料。在缺乏石料的地區(qū)，可用C10二級(jí)配混凝土，逐格進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)澆筑，但應(yīng)注意設(shè)置排水孔和在混凝土板下部要鋪設(shè)10-20cm厚碎石墊層。按粒徑大小，自下而上分層鋪填。梁格應(yīng)比碎石高5-10cm。

梁格網(wǎng)格的幾何形狀多為正方形、菱形、矩形，在布置格梁時(shí)，最好使縱梁或橫梁與主風(fēng)向垂直。尺寸一般以3m×3m為宜。

3.4 化纖模袋混凝土護(hù)坡

化纖模袋混凝土護(hù)坡是利用化纖材料按一定尺寸縫制成模袋，布設(shè)于壩坡上，用水泥漿泵將砼混凝土壓入化纖模袋內(nèi)。由數(shù)個(gè)模袋組成一護(hù)坡塊，整個(gè)護(hù)坡由多個(gè)護(hù)坡塊組成。一般用于水下護(hù)坡、護(hù)基。

3.5 塑料編織袋裝土護(hù)坡

用塑料編織袋裝土，置于堤壩水下護(hù)坡部位以達(dá)到護(hù)坡防風(fēng)浪的目的。該法對(duì)于堤防防洪搶險(xiǎn)是最為適宜的。

3.6 植物防浪護(hù)坡

在堤防坡面及平臺(tái)上植柳樹、楊樹等防風(fēng)林木，既起到防浪護(hù)坡和防風(fēng)固堤的作用，增加綜合經(jīng)濟(jì)收入。對(duì)于水深較小、堤防厚墩的河道，不失為一種防風(fēng)浪措施。對(duì)于水庫(kù)大壩和重要江河堤防，則應(yīng)取慎重態(tài)度。近年來在某些小型水庫(kù)雖然也有利用，但尚需進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，分析利弊，慎重處置。嘉蔭縣雪水溫護(hù)岸0+000-1+500樁號(hào)上部也采用此法，自從1998年運(yùn)行至現(xiàn)在，防風(fēng)浪效果比較好。

3.7 其它護(hù)坡防浪措施

（1）鋼筋混凝土沉排，它是將若干個(gè)預(yù)制混凝土塊鉸結(jié)起來，下墊無紡布構(gòu)成排體，再將沉排沉入水中置至護(hù)坡部位。這種方法最早起用于美國(guó)密西西比河下游的護(hù)岸工程。此種結(jié)構(gòu)可以承受每秒1.7m/s以上流速，可用于水深較大的護(hù)坡部位。1998年大水以后，長(zhǎng)江干流中有一部分采用了此種防風(fēng)浪形式，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，效果很好。

（2）放緩?fù)疗?。堤防坡面的陡坡?duì)抗風(fēng)浪破壞的能力影響較大，一般情況下，坡面越緩，風(fēng)浪的破壞作用越小，相對(duì)說來，護(hù)坡的抗風(fēng)浪破壞能力較強(qiáng)，當(dāng)土坡放緩到一定程度時(shí)，自然的土坡基本上就能承受風(fēng)浪的破壞。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：袁莉，女，嘉蔭縣水務(wù)局，工程師。