CN103938583B - 一种土石坝护坡及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土石坝护坡及其施工方法，土石坝护坡包括土工膜、砂砾石、干砌石和石笼网；其中土工膜设置于土石坝上游面，砂砾石设置于土工膜上面，干砌石设置于砂砾石上面，石笼网设置于干砌石上面；具体施工方法为先回填土石坝，然后沿坝轴线方向紧贴坝体填土铺设土工膜，在土工膜上面沿坝坡铺设砂砾石，在砂砾石上面铺设干砌石，干砌石之间用砂浆填充处理，干砌石铺设完毕后，再在干砌石上面铺设石笼网。本发明提供的土石坝护坡及其施工方法简单、方便、经济、实用，能够达到防冰推、浪推、防冻胀，与常规材料相比具有不均匀冻胀变形小，防冰推能力强，防冻胀效果好的特点。

Description

一种土石坝护坡及其施工方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种土石坝护坡及其施工方法。

背景技术

冻融作用、冰推、风浪对土石坝工程及建筑物造成了很大危害。北方地区，土石坝护坡在冬季负温作用下会产生冻胀变形，春季温度上升使其融化产生融沉变形，春季在风浪作用下产生冰推力，经过反复冻融、冰推和风浪作用下土石坝护坡会产生破坏。现有土石坝护坡主要在坝体填土表面铺设混凝土板然后形成护坡，坝体护坡结构单一，春季在风浪作用下产生冰推力，经过反复冻融、冰推和风浪作用下土坝护坡会产生破坏。然而，现有土石坝护坡结构形式单一，防冻胀、风浪、冰推力效果差，没有从本质解决防止护坡破坏的问题，经过几年运行后土石坝护坡产生破坏，不仅影响大坝的运行效益而且增加了水库维护费用。因此，开发一种既能抑制毛细水上升，又能适应冻胀变形能力强的材料以达到防冻胀、防风浪、防冰推效果，对北方地区防土石坝护坡破坏具有重要意义。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的在于为了克服土石坝护坡的上述缺陷而提供一种土石坝护坡及其施工方法。

技术方案：

一种土石坝护坡，包括土工膜、砂砾石、干砌石和石笼网；其中土工膜设置于土石坝上游面，砂砾石设置于土工膜上面，干砌石设置于砂砾石上面，石笼网设置于干砌石上面。

所述的土石坝护坡，土工膜优选为由添加了质量分数为2.5%抗老化剂的聚丙烯材料制成。

所述的土石坝护坡，石笼网优选为镀锌量为300g/m²，网丝为直径4mm的钢丝。

所述的土石坝护坡，土工膜优选为二布一膜的复合土工膜。

一以上所述的土石坝护坡的施工方法，采用如下步骤进行：

(1) 回填土石坝，形成坝坡；

(2) 将土工膜沿坝轴线方向铺设；

(3) 将砂砾石铺设于土工膜上，然后将干砌石铺设于砂砾石上；

(4) 在干砌石上铺设石笼网。

所述的土石坝护坡的施工方法，步骤（2）中铺设后可以找平，使土工膜与坝体形成一个平面；找平后相邻土工膜优选采用焊接的方式搭接在一起。

所述的土石坝护坡的施工方法，步骤（3）中铺设干砌石后相邻干砌石之间可以用砂浆填充处理。

所述的土石坝护坡的施工方法，在坝坡的坡顶、坡中、坡底均可以设置有用于固定石笼网的预埋件，石笼网在土石坝护坡坡顶、坡中、坡底均用螺栓与预埋件连接。

以上所述的土石坝护坡在水利工程中的应用。

有益效果：

本发明所述的土石坝护坡，其中各要素间相互协作的原理如下：(1) 利用土工膜阻止坝体上游水分进入坝体达到防渗效果，同时有保温作用；(2) 利用干砌石达到坝体不均匀变形，从而达到不均匀变形效果；(3) 利用干砌石和石笼网组合体达到防止坝体护坡破坏和防冻胀效果；(4) 利用石笼网达到阻止土石坝护坡遭受浪推破坏和冰推破坏的效果，同时在干砌石发生冻胀时能抑制其发生冻胀变形同时抑制坝面冰体对坝体护坡破坏；(5) 铺设砂砾石使得坝坡上游面形成一个平面，又能防止干砌石对土工膜局部的顶破。

本发明与现状均质土坝护坡试验相比，具有如下优点：

1. 本发明利用土工膜有效抑制毛细水上升，抑制毛细水效果明显优于其他防冻胀方法。

2. 本发明提供的土石坝护坡在冬季冰推、浪推作用下最大变形量为3.7cm，现状均质土坝护坡在冬季冰推、浪推作用下最大变形量为60.3cm，本发明提供的土石坝护坡在冬季冻胀量变化很小，冻胀量在1cm以下，含水量在不同深度变化很小，在140cm处含水量为3.8%，而现状均质土坝护坡在140cm处含水量为23%，表明本发明提供的土石坝护坡能够达到防冰推、浪推、防冻胀，防渗透作用并且与现状土坝护坡相比具有不均匀冻胀变形小，防冰推能力强，防冻胀以及防渗透效果好的特点。

附图说明

图1 为本发明土石坝护坡的示意图。

图2 为本发明土石坝护坡的局部放大图。

图3 为石笼网示意图。

图4 为石笼网与护坡预埋件连接图。

图1-4中1为土工膜，2为砂砾石，3为干砌石，4为石笼网，5为坝体，6为螺栓。

具体实施方式：

本发明提供一种土石坝护坡及其施工方法，利用土工膜作为防渗材料，利用干砌石和石笼网作为防冻胀材料，以达到土石坝防渗、防冻胀效果。下面结合附图对本发明提供的土石坝护坡及其施工方法进行进一步说明。

施工例1

如图1所示，为本发明土石坝护坡的示意图，图2所示，为土石坝护坡的局部放大图，其中包括土工膜1、砂砾石2、干砌石3、石笼网4和坝体5；其中土工膜1铺设在坝体5的上游面，在土工膜1上面铺设砂砾石2，在砂砾石2上面铺设干砌石3，在干砌石3上面铺设石笼网4。

如图3所示，为石笼网的示意图，石笼网间通过钢丝相连接。

图4所示，为石笼网与护坡预埋件连接图，在土石坝护坡坡顶、坡中、坡底均用螺栓6与预埋件进行如图所示的连接，使得石笼网4与坝体5贴合更加牢固，预埋件设置于坡顶、坡中或坡底，其一部分埋于坝坡内部，将本体固定，另外一部分露出可以与石笼网4连接，预埋体可以根据需要进行大小以及形状设定，可以为方形、长条等任意形状，可以为能够长期埋于土质中同时不会发生性能变化并且可以与石笼网通过连接物件进行连接的任意材质制作而成。

本施工例中使用的土工膜1为二布一膜的复合土工膜，规格为300g/m²，采用添加了质量分数为2.5%抗老化剂的聚丙烯材料制成；砂砾石2为天然和河砂；干砌石3为开采的岩石；石笼网4为四边形，规格为40mm×40mm×0.9mm，石笼网4宽10m，镀锌量为300g/m²，网丝为直径4mm的钢丝；进一步增加了其坚固性与耐用性。

以上土石坝护坡的具体施工方法如下：

(1) 回填土石坝：该土石坝坝形为梯形，坝高35m，坝顶宽10m，上游面、下游面倾角30°，上游面为水库的迎水面，下游面为水库背水面，将含水量15%粘土回填摊平，每回填1m用40吨的振动碾碾压8遍，碾压后使得均质土坝的密度为1.62g/cm³，回填碾压完毕形成土石坝坝体5，将土石坝坝体5上游面整平，使得坝体5上游面成水平面；

(2) 将土工膜1沿坝轴线方向紧贴坝体5填土铺设找平，土工膜1幅宽2m，土工膜1之间搭接距离为10cm，相邻土工膜1采用焊接方式搭接在一起，使得土工膜1与坝体5形成一个平面；

(3) 在土工膜1上面沿坝坡铺设砂砾石2，砂砾石2密度为1.6g/cm³，砂砾石2厚度为10cm，在砂砾石2上面铺设干砌石3，干砌石3厚度为80cm，直至铺设到坝顶为止，相邻干砌石3之间用砂浆填充处理，处理后的干砌石3形成一个护坡面，护坡面倾角为30°；

(4) 当干砌石3铺设完毕后，再在干砌石3上面铺设石笼网4，直至铺设到坝顶，在坝坡的坡顶、坡中、坡底均设置有预埋件，石笼网4在土石坝护坡坡顶、坡中、坡底均用螺栓6与预埋件连接，螺栓6直径为2cm。

本实施例中的土工膜1能有效防止坝体上游水分渗漏同时有保温作用，铺设砂砾石2使得坝坡上游面形成一个平面，又能防止干砌石3对土工膜1局部的顶破，石笼网4在干砌石3发生冻胀时能抑制其发生冻胀变形同时抑制坝面冰体对坝体护坡破坏作用。

对本发明提供的土石坝护坡与现状均质土坝护坡进行冻胀量测定对比，在本发明与现状均质土坝护坡于上游水位面接触处以上0.5m处分别布设位移传感器、TDR水分测量仪，冬季最低温期间分别测得冻胀量、含水率的试验结果如下：

本发明与现状均质土坝护坡的冻胀量(cm)

本发明与现状均质土坝护坡不同深度的含水量(%)

	20cm	40cm	60cm	80cm	100cm	120cm	140cm
								本发明均质土石坝护坡	1.5	1.5	1.5	1.5	4.3	4.3	3.8
现状均质土坝护坡	1.5	1.5	1.5	1.5	24.5	23.0	23.0

从以上试验结果可以看出，本发明提供的土石坝护坡在冬季的冻胀量明显小于现状均质土坝护坡，同时本发明提供的土石坝护坡在冬季的冻胀量变化很小，状态稳定，因此保证了其能够更好地发挥作用；含水量测试本发明提供的土石坝护坡,20cm处含水量为1.5%，在140cm处含水量为3.8%，最大值分别在100cm与120cm处达到4.3%，含水量变化范围很小，而现有均质土坝护坡在20cm处含水量为1.5%，而在140cm处含水量达到23%，最大值为100cm处达到24.5%，含水量变化很大，经过对比表面本发明提供的土石坝护坡具有很好的阻挡水分渗入的作用，可以更好地对土石坝坡面进行保护。

另外，进行了本发明均质土坝护坡和现状均质土坝护坡进行防冰推、浪推的试验，结果表明本发明均质土坝护坡在冬季冰推、浪推作用下最大变形量为3.7cm，现状均质土坝护坡在冬季冰推、浪推作用下最大变形量为60.3cm，表明本发明提供的土石坝护坡具有很好的放冰推及浪推的作用，能够进行长久使用。

本实施例中所采用的各种材料的规格以及参数只是具体施工过程中的一个实例，其中采用的土工膜与石笼网的规格参数是本发明在大量施工的基础上探索出的一个最优例，并不是对本发明保护范围的限制，在具体施工过程中可以根据实际需要进行变换，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种土石坝护坡，其特征在于，包括土工膜（1）、砂砾石（2）、干砌石（3）和石笼网（4）；其中土工膜（1）设置于土石坝上游面，砂砾石（2）设置于土工膜（1）上面，干砌石（3）设置于砂砾石（2）上面，石笼网（4）设置于干砌石（3）上面；

所述的土石坝护坡的施工方法，采用如下步骤进行：

(1) 回填土石坝，形成坝坡：该土石坝坝形为梯形，坝高35m，坝顶宽10m，上游面、下游面倾角30°，上游面为水库的迎水面，下游面为水库背水面，将含水量15%粘土回填摊平，每回填1m用40吨的振动碾碾压8遍，碾压后使得均质土坝的密度为1.62g/cm³，回填碾压完毕形成土石坝坝体（5），将土石坝坝体（5）上游面整平，使得坝体（5）上游面成水平面；

(2) 将土工膜（1）沿坝轴线方向铺设：将土工膜（1）沿坝轴线方向紧贴坝体（5）填土铺设找平，土工膜（1）幅宽2m，土工膜（1）之间搭接距离为10cm，相邻土工膜（1）采用焊接方式搭接在一起，使得土工膜（1）与坝体（5）形成一个平面；

(3) 在土工膜（1）上面沿坝坡铺设砂砾石（2），砂砾石（2）密度为1.6g/cm³，砂砾石（2）厚度为10cm，在砂砾石（2）上面铺设干砌石（3），干砌石（3）厚度为80cm，直至铺设到坝顶为止，相邻干砌石（3）之间用砂浆填充处理，处理后的干砌石（3）形成一个护坡面，护坡面倾角为30°；

(4) 在干砌石（3）上铺设石笼网（4），当干砌石（3）铺设完毕后，再在干砌石（3）上面铺设石笼网（4），直至铺设到坝顶，在坝坡的坡顶、坡中、坡底均设置有预埋件，石笼网（4）在土石坝护坡坡顶、坡中、坡底均用螺栓（6）与预埋件连接，螺栓（6）直径为2cm。

2.根据权利要求1所述的土石坝护坡，其特征在于，所述的土工膜（1）由添加了质量分数为2.5%抗老化剂的聚丙烯材料制成。

3.根据权利要求1所述的土石坝护坡，其特征在于，所述的石笼网（4）石笼网（4）为四边形，规格为40mm×40mm×0.9mm，石笼网（4）的镀锌量为300g/m²，网丝为直径4mm的钢丝。

4.权利要求1至3任一项所述的土石坝护坡在水利工程中的应用。