土石坝上游护坡设计研究

姜耀东

【期刊名称】《《农业科技与信息》》 【年(卷),期】2019(000)022 【总页数】3页(P97-99)

【关键词】土石坝; 上游护坡; 设计; 对比 【作 者】姜耀东

【作者单位】甘肃水务兰州新区供水有限责任公司 甘肃兰州730300 【正文语种】中 文 【中图分类】TV861

土石坝护坡对水库整体运行安全有着重要影响。土石坝护坡可以分为上游护坡和下游护坡，其中护坡迎水面为上游护坡、背水面为下游护坡。上游护坡设计中要确保其整体的抗冲击力，多数上游护坡都是采用堆石、干砌石、浆砌石护坡、混凝土护坡等形式，同时还需要考虑坝型、高程、材料、坝基形式、施工方法，结合工程实际需求拟定设计方案，之后对设计方案进行核算、修改确定。在能够满足上游坝坡稳定性的前提下，尽可能减少工程量，这样才能够保证上游护坡的设计效益。 1 工程概述 1.1 石门沟2号水库

兰州新区石门沟2号水库系注入式水库，引水水源为引大东二干渠道引来的大通

河外调水。本工程水库总库容525万m3，兴利库容470万m3，死库容18.7万m3，本水库年调节供水量2 973万m3。主要由引水工程、水库枢纽工程等组成。水库大坝为3级建筑物，水库防洪标准采用50年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核。水库枢纽工程由挡水大坝、引水放空洞组成。挡水大坝为粘土心墙堆石坝，最大坝高55 m，坝顶长323.58 m。在左岸垭口（单薄分水岭）处布置的混凝土重力式挡水副坝，最大坝高9.0 m，坝长81.9 m。引水放空洞线路长235.7 m，采用竖井式进水口，设计引水流量5.42 m3/s，水库放空时最大流量41 m3/s。 1.2 石门沟3号水库

石门沟3号水库总库容850万m3，兴利库容800万m3，死库容25万m3，挡水主坝为壤土心墙堆石坝，坝顶长450 m，坝顶宽6 m，最大坝高.50 m。考虑到3号水库工程大坝的挡水大坝坝址距离规划的兰州新区范围较近，失事后损失较大。为此，水库大坝建筑物的级别提高一级，即为3级建筑物。水库防洪标准采用50年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核。工程区50年超越概率10%的地震动峰值加速度0.15 g，相应地震基本烈度为VII度。 2 土石坝上游护坡设计方案的优缺点

结合上述工程案例，其中2号水库采用混凝土护坡，3号水库采用预制块护坡，二者各有优劣。 2.1 混凝土护坡

混凝土护坡的抗冰锥、抗风浪性能、抗冻胀的效果较好，但是相比预制块护坡方案，由于其光滑护面更容易引发波浪高爬，因此混凝土护坡要具有较高的坝顶高程，这不仅会增加护坡造价，同时也会提升整个坝体建造工程成本。混凝土护坡相比其他的护坡方案造价也非常高，所以从经济性层面考虑不宜采用。 2.2 预制块护坡

预制块护坡的具有抗冻融性好、柔性适应变形，对地基要求较低，具有较高的耐久

性，采用工厂流水线生产模式，质量可靠、维修便捷，相比混凝土护坡，预制块护坡由于表面粗糙，所以抗水性较强，不需要有较高的坝顶高程，因此降低了工程量，并且随着工厂生产技术不断成熟，预制块护坡方案的应用会愈加广泛。但是预制块护坡整体性较差，对施工技术要求较高，石材加工、安装砌筑困难，人工费远超于定额，并且由于预制块生产体系不完善，材料价格高、不易采购，整体造价偏高。 3 土石坝上游护坡设计方案 3.1 护坡坡度设计

结合行业规范，要求边坡坡度不应大于1∶2，如果在施工中靠近建筑物，则要适当调整护坡坡度，通常为1∶1.5或更大一些。护坡坡度和施工难度成正比，如果坡度大于1∶2，则施工难度非常大，难以保证混凝土质量或预制块施工质量。此外，坡度过大还有可能造成反滤层碎石被施工人员踩动下滑，混凝土铺设时还要确保平整性，否则可能造成局部混凝土偏薄、偏厚等问题。如果是抗滑桩挡板强+护坡段形式，只考虑桩顶高程，按照等高线设计，会呈现“S”造型提升施工难度。针对此类问题，需要将挡墙下移成为一条直线，挡墙向上变动时，要按照坡比收一些，确保坡面在相同斜面上，更有助于护坡成型。 3.2 是否设置护坡马道

通常情况下，边坡长达到10～15 m时就要设置马道。但增设马道会提升施工难度，对护坡混凝土坡面传力也会造成影响。石门沟2号水库在设计当中采用了试验对比方法，分别对第二护坡、第三护坡、第六护坡进行了马道设计试验。第二护坡区坡度为1∶2，坡长为 m，在弃土、堆积土区设置一马道。第三护坡区坡度为1∶2，坡长为 m，新填土设一马道，填土层厚度为15 m，之后进行碾压，但碾压效果不太理想。第六护坡区坡度为1∶2，坡长51 m。新填土不设马道。填土厚度为4 m，相比第三护坡填土量较少，碾压质量也不及第三护坡区。 马道宽度为1 m，没有经过特殊处理，作30 cm厚度的碎石垫层以及15 cm的

C20现浇混凝土，和上下护坡混凝土连接。在试验完成之后进行观察，发现第六护坡几乎无变形；第二护坡区出现了一定变形，但不严重；第三护坡区马道护坡变形最为严重，属于沉降变形，由于上坡面混凝土重力大，下坡面马道受到重大荷载，造成边缘向上翘，在坡顶平台、边沟与坡面接触部位都出现了不同长度的裂缝。由此可见，在边坡1∶2的情况下，坡长50 m混凝土护坡可以不设置马道，并且混凝土护坡坡面和平面接触部位是主要的变形区，因此可以不设置变形缝。考虑到护坡碾压达到一定标准十分困难，新填边坡由于变形量大于长期沉积的土，所以会出现沉降问题。想要设置马道，就必须要保证混凝土的厚度和强度，增设一排挡墙，并且做到深埋。外沿平下坡面，内沿平上坡面。 3.3 护坡坡脚处理

坡脚通常要设置在坡脚挡墙或桩挡板内侧，不可以设置在挡墙、桩挡板上。混凝土护坡坡面无论是在碎石反滤层上还是在土层上，都存在一定的下滑力，虽然这个下滑力不大，但是非常持久。当墙面上的摩擦力无法抵消下滑力，这就造成护坡会缓缓下滑，不如挡墙内侧面对混凝土护坡的蹬挡力可靠。如果既有护坡设置在挡墙顶，依然无法抵消下滑力，必须要将置于挡墙上方的护坡混凝土全部整改。 3.4 护坡侧边处理

护坡侧边如果没有安装稳固物体，则必须要采取相应的稳固措施，否则波浪长期冲刷会掏空护坡边的泥沙。通过分析发现，边坡侧边外地势越低、影响越大；边坡侧边外地势越高，影响越小。如果护坡和周围土体一样高，则做埋深1 m、宽0.5 m挡墙即可。边坡周围土地低于边坡，则要比土体深埋1 m。 3.5 土石坝护坡材料设计与选择

土料抗渗性要低于坝壳1/1000，不小于10-5cm/s，粘粒含量为15%～30%，塑性指数为10～17壤土。土石料的要求抗剪强度高、容易压实、抗震性强、稳定性好。颗粒级配好的中砂、砾石、粗砂、卵石、混合料皆可筑坝。浸润线下的土石料

要求有机质含量在5%以内，不溶岩含量不超过8%。反滤料和过渡料要求细粒含量不超过5%、有机质含量在1%以内、可溶盐含量在3%以内，保持良好的透水性。 4 结束语

综上所述，为了能够保证土石坝上游护坡设计质量，本文对石门沟2号、石门沟3号水库工程进行了研究，对比了混凝土护坡、预制块护坡的优劣势，要根据水库工程地理特点、工程要求科学选择护坡方案。在设计中，要从多个方面考虑，否则可能直接影响土石坝上游护坡质量或增加成本，得不偿失。