CN114855704A - 一种护坡截流抛投用预制砼 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水利工程相关的技术领域，解决了现有砼体形状规则，留淤能力较差，在岸边抛投到位需要使用较多的人力物力，成本较高，抗冲能力较差的技术问题，提供了一种护坡截流抛投用预制砼，包括砼体，所述砼体为内部设置有空腔的正方体，所述砼体的六面均设置有连通所述空腔的消浪口，本发明提供的护坡截流抛投用预制砼，通过在砼体内部设置连通多个消浪口的空腔，能够吸收大量水流冲力能量，具有更好的透水性，在确保自身不被冲走的同时，减缓了水流对坝、垛、护岸的冲击力的作用，达到了固根护坡的效果，适用度更高，另一方面，正方体结构的砼体能够顺堤坝陡坡抛投，该砼体容易自动翻滚至抛投位，有效节约了人力物力，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程相关的技术领域，尤其涉及一种护坡截流抛投用预制砼。
背景技术
黄河在发生较大洪水时，堤防工程坝、垛、护岸等处的根石很容易受到洪水冲刷造成根石走失，甚至造成跑坝、塌岸、决堤等重大险情，同时根石大量走失也造成石料资源严重浪费。因此出现多种用于防风浪水流冲击的混凝体结构，现有普遍存在的是异型砼体、栅格砼体、框架砼体、生态砼体、整浇砼体等类型。防风浪抗水流砼体的突出异形结构或蜂窝状孔洞结构能够吸收大量水流冲力能量，起到消能护根、护坡的作用。且黄河水域的水流裹挟较多泥沙，现有的砼体形状规则，留淤能力较差，在岸边抛投到位需要使用较多的人力物力，成本较高，抗冲能力较差，每年汛期都会被冲走很大一部分，使用较为不便。
发明内容
本发明实施例提供了一种护坡截流抛投用预制砼，用以解决现有砼体形状规则，留淤能力较差，在岸边抛投到位需要使用较多的人力物力，成本较高，抗冲能力较差的技术问题。
本发明实施例提供一种护坡截流抛投用预制砼，包括砼体，所述砼体为内部设置有空腔的正方体，所述砼体的六面均设置有连通所述空腔的消浪口。
其工作原理和过程如下：
一种护坡截流抛投用预制砼的砼体采用内部设置有空腔的正方体，形成了一种立方体镂空砼体，由于内部的空腔与设置在砼体六个侧面上的消浪口相连通，使得水流能够冲击至砼体时，部分水流会通过一侧的消浪口进入空腔，再通过另外的多个消浪口排出空腔，能够吸收大量水流冲力能量，具有更好的透水性，在确保自身不被冲走的同时，减缓了水流对坝、垛、护岸的冲击力的作用，从而达到固根护坡的效果；其中，根据黄河中下游河流具有含沙量高的特点，当携带泥沙的水流进入砼体时受阻，使得该砼体内部空腔部分自然淤泥填实，达到了固根护坡的效果，能够有效攻克黄河堤坝根石走失、水浪掏刷的难题。内部设置有空腔的正立方体，能够顺堤坝陡坡抛投，该砼体容易自动翻滚至抛投位；另一方面，砼体采用正方体的镂空结构，任何一个面都可以作为正面进行铺设，减少了施工铺设和码方的难度，使得能够在坝、垛、护岸上整齐堆砌成垛，有利于作为防汛物资大规模储备，成本较低；且正方体内部设置空腔，体积小、强度高，耐碰撞，对搬动机械设备要求不高，容易机械化、高效率搬动，也有利于人工辅助机械施工进行小范围的搬移，以精确矫正摆放方位；且该正方体的砼体空腔内可以种植植被，有利于美化工程，也可防止雨水冲刷土胎，形成生态护根护坡。
进一步地，所述砼体的每个侧面上均设置有至少一个消浪口。
进一步地，每个所述消浪口的长度为200厘米，每个所述消浪口的宽度为200厘米，所述砼体的长宽高均为400厘米，所述砼体的体积为0.064立方米。
进一步地，所述砼体采用混凝土或钢筋混凝土制成，所述砼体重量为76.8公斤。
其工作原理和过程如下：
根据《堤防工程设计规范》要求，结合堤防工程实际需求，单体石块设计为重量为25～78公斤，粒径为200～400 厘米。砼体实际重量为76.8公斤、边长取设计最大值400 厘米，符合设计标准，接近最大值，具有更强的固沙固根护坡的稳定性、防浪消能透水性。
进一步地，每个所述消浪口的长度为500厘米，每个所述消浪口的宽度为500厘米，所述砼体的长宽高均为1000 厘米，所述砼体的体积为1立方米。
进一步地，所述砼体采用混凝土或钢筋混凝土制成。
进一步地，所述空腔四周的侧柱上均设置有绑缚槽。
其工作原理和过程如下：
砼体中部设置空腔，且砼体的六个侧面上均设置有连通空腔的消浪口，使得空腔的四周形成有侧柱，每个侧柱上均设置有绑缚槽，使得方便用铁丝或麻绳贯穿消浪口、空腔，将若干个砼体直接捆绑成一个较大的组合体，直接代替了铁丝笼或铅丝笼，也可以直接将砼体装在铅丝笼内，快速进行抛投抢险，抗洪水冲击力更强，固根护坡效果更好，降低了成本。
综上所述，本发明提供的护坡截流抛投用预制砼，通过在砼体内部设置连通多个消浪口的空腔，能够吸收大量水流冲力能量，具有更好的透水性，在确保自身不被冲走的同时，减缓了水流对坝、垛、护岸的冲击力的作用，且根据黄河中下游河流具有含沙量高的特点，当携带泥沙的水流进入砼体时受阻，使得该砼体内部空腔部分自然淤泥填实，达到了固根护坡的效果，适用度更高，另一方面，正方体结构的砼体能够顺堤坝陡坡抛投，该砼体容易自动翻滚至抛投位，有效节约了人力物力，成本较低。
附图说明
图1为本发明的实施例的护坡截流抛投用预制砼的结构示意图；
图2为本发明的实施例的护坡截流抛投用预制砼的堆砌结构示意图。
图中：101、砼体；102、空腔；103、消浪口。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
参照图1所示，一种护坡截流抛投用预制砼，包括砼体 101，所述砼体101为内部设置有空腔102的正方体，所述砼体101的六面均设置有连通所述空腔102的消浪口103，其中，所述砼体101采用混凝土或钢筋混凝土制成，提供两种尺寸的砼体101，一种的每个所述消浪口103的长度为200 厘米，每个所述消浪口103的宽度为200厘米，所述砼体101 的长宽高均为400厘米，所述砼体101的体积为0.064立方米，其立方体外框为厚度10厘米的砼体101立柱框架；另一种的每个所述消浪口103的长度为500厘米，每个所述消浪口103的宽度为500厘米，所述砼体101的长宽高均为1000 厘米，所述砼体101的体积为1立方米，其立方体外框为厚度25厘米的砼体101立柱框架；上述两种尺寸的砼体101 均适宜用黄河水流的力学、泥沙淤积特点。
其中，上述护坡截流抛投用预制砼的砼体101采用内部设置有空腔102的正方体，形成了一种立方体镂空砼体101，由于内部的空腔102与设置在砼体101六个侧面上的消浪口 103相连通，使得水流能够冲击至砼体101时，部分水流会通过一侧的消浪口103进入空腔102，再通过另外的多个消浪口103排出空腔102，能够吸收大量水流冲力能量，具有更好的透水性，在确保自身不被冲走的同时，减缓了水流对坝、垛、护岸的冲击力的作用，从而达到固根护坡的效果；其中，根据黄河中下游河流具有含沙量高的特点，当携带泥沙的水流进入砼体101时受阻，使得该砼体101内部空腔102 部分自然淤泥填实，达到了固根护坡的效果，能够有效攻克黄河堤坝根石走失、水浪掏刷的难题。内部设置有空腔102 的正立方体，能够顺堤坝陡坡抛投，该砼体101容易自动翻滚至抛投位；另一方面，砼体101采用正方体的镂空结构，任何一个面都可以作为正面进行铺设，减少了施工铺设和码方的难度，使得能够在坝、垛、护岸上整齐堆砌成垛，有利于作为防汛物资大规模储备，成本较低；且正方体内部设置空腔102，体积小、强度高，耐碰撞，对搬动机械设备要求不高，容易搬动，也有利于人工辅助机械施工进行小范围的搬移，以精确矫正摆放方位；且该正方体的砼体101空腔102 内可以种植植被，有利于美化工程，也可防止雨水冲刷土胎。
具体地，所述空腔102四周的侧柱上均设置有绑缚槽，砼体101中部设置空腔102，且砼体101的六个侧面上均设置有连通空腔102的消浪口103，使得空腔102的四周形成有侧柱，每个侧柱上均设置有绑缚槽，使得方便用铁丝或麻绳贯穿消浪口103、空腔102，将若干个砼体101直接捆绑成一个较大的组合体，直接代替了铁丝笼，降低了成本。
应用实例：
砼体101的外观体积为0.064立方米，所需砼体101体积为0.032立方米，砼体101重量为76.8kg，采用C20强度标准的混凝土进行设计预制，按照《堤防工程设计规范》对砼体101进行技术参数的设计，其中砼体101的承载力根据公式：F＝fc*Ap，
上述参数取值参照GB50010-2010混凝土结构设计规范第4.1.4条，确认fc＝9.6；
由于砼体101的长宽高均为400厘米，每个消浪口103 距离砼体101边缘的距离为100厘米，获取Ap＝(400*100) *2；
因此F＝fc*Ap＝9.6*(400*100)*2＝768000N＝768KN；
由于1kg＝9.8KN；
因此确认砼体101的承载力折合为重量＝768/9.8＝78.4kg，大于砼体101重量76.8kg，满足承载力要求。
根据《堤防工程设计规范》，上述砼体101应满足规范要求，尺寸重量参照规范中块石参数要求，具体如下：
石料有良好的级配，块石重量、尺寸应满足设计要求，使用质地坚硬、强度高、耐风化的块石，具体地，坦石粒径及单块重的确定、石块的大小及重量应满足在风浪压力的作用下，石块能保持稳定，采用以下公式计算：
Q＝0.1(r_b*H^3)/(K_D〖(r_b/r-1)〗^3m)；
上述公式中：Q为块石的个体质量，单位为吨，当护面由两层块石组成，则块石质量可在0.75Q～1.25Q范围内，但应有50％以上的块石质量大于Q；r_b为人工块体或块石的重度，单位为千牛每立方米；r为水的重度，单位为千牛每立方米；H为预设的水浪的波高，单位为米；K_D为稳定系数，此处为4；m为斜坡的坡率；计算可得块石的个体质量 Q＝15～78KG，为使坝体石块具有一定的稳定性，并便于施工，设计要求石块重量大于25KG。
块石折算粒径按如下公式计算：
上述公式中，d为折算直径，单位为米，按球形折算；S 为石块体积，单位为立方米；计算得d＝24～40厘米。
在水流作用下，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径，可按如下公式进行计算：
d＝V^2/(C^2 2g(r_s-r)/r)；
上述公式中，d为石块粒径，单位为米；r_s为石块重率，确认为2.65千牛每立方米；r为水容重，单位为吨每立方米，确认为1千牛每立方米；V为水流流速，单位为米每秒；坝前水流行进流速为2.5～3.5米每秒；C为石块运行的稳定系数，确认为0.9；按照上述公式，可计算出护脚单体石块的直径为0.24～0.47米，结合上述要求石块重量大于25 公斤，粒径为20～40厘米。
上述公式可算出护脚单体石块直径为0.24～0.47米，2 个公式算出的最大尺寸均为40厘米左右，取40厘米，算得块石个体质量Q＝15～78kg，而该镂空砼体101的适量为76.8kg，符合《堤防工程设计规范》。
具体的，根据C20混凝土配合比设计报告可计算出砼体 101的预设成本，如下所示：
砼体101的体积为： V＝0.1*0.1*0.2*12+0.1*0.1*0.1*8＝0.032立方米；
所需水泥成本为：
水泥用量＝0.032*287＝9.18Kg；
水泥单价＝0.8元/kg；
砼体101水泥金额＝9.18*0.8＝7.3元；
所需砂成本：
砂用量＝0.032*746＝23.872kg；
砂单价＝0.125元/kg；
砼体101砂金额＝23.8*0.125＝3.0元；
所需石子成本：
石子用量＝0.032*(643+549)＝38.1kg；
石子单价＝0.05元/kg；
石子金额＝38.1*0.05＝1.9元；
砼体101原材料成本＝水泥+砂+石子＝7.3+3.0+1.9＝12.2 元。
由上述可得，一个外尺寸1米*1米*1米的砼体101成本约为115元，一个外尺寸为0.4米*0.4米*0.4米的砼体 101，成本约为12元，与现有市面上常见的、用于筑坝护坡的、尺寸统一的长方体石块的成本相比大大降低。
本发明还包括一种护坡截流抛投用预制砼的制作工艺流程，具体包括砼体101雏形设计、砼体101尺寸设计、砼体101模板的设计和制作、砼体101配比和结构设计、砼体 101立模与模板固定、砼体101预制、砼体101脱模、砼体 101养生。其中，砼体101模板选择15毫米厚、1200毫米 *2400毫米大小的高密度竹模板进行设计制作，该砼体101 模板板材强度高、耐水泡、易脱模，可重复使用；具体的，在裁切出砼体101模板后，将砼体101模板固定安装好，在组装好的砼体101模板内加入钢筋框架，用电子秤严格按照 C20标准对混凝土进行称重配比，再进行分层灌浆，分层用振动棒振实，确保不跑浆，不产生蜂窝状气孔，直至混凝土凝固，对砼体101进行脱模，脱模过程中检查砼体101的外观质量，同时在脱模过程中，进行首次浇水养生，脱模后，覆盖吸水被后再次浇水养生，每隔一定时间继续浇水养生，定时高密度浇水养生，保障砼体101达到C20标准强度，上述过程中也可以将复合竹模板改用钢模板，提高模板的使用寿命和生产效率。
正方体的砼体101设计，能够根据水力学特点、顺堤坝陡坡抛投易翻滚到位性能、采用内部设置空腔102的蜂窝状结构及其相互作用在水下能够承载更大的水流冲击掏刷、防冲促淤，且本发明的砼体101能够代替传统材料备方石，便于抢险施工及物料整齐备方大规模储备。其中，由上所述控制砼体101的自重，分为两种型号，一种体积为1立方米，自重约845公斤，便于机械操作搬运，另一种体积为0.064 立方米，自重约76.8公斤，能够人工搬移和台企，相对轻便、灵活，便于机械操作抢险抛投和人工辅助操作，节省了抢护时间，即可代替备方石使用，进行固根、护坡，也可以和备方石结合使用。
在对砼体101进行抛投时，可选用钢丝绳通过消浪口 103穿过砼体101的空腔102，然后用机械吊装钢丝绳，将砼体101吊起，移动搬运至抛投点，也可以使用装载机、钩机、自卸车、铅丝笼抓抛器等进行砼体101搬运，多个砼体 101能够通过钢丝绳等连接组件沿绑缚槽缠绕组合成组合体，适用于抢险、决口处堵口闭气，适用于大型机械高效率操作。
且正方体的砼体101，具有统一的几何形状，接触面积平整，参照图2所示，能够在坝垛护岸上整齐堆砌成垛，备方备用，有利于作为防汛物资进行大规模储备，相对于其他异型防根石走失砼体，具有架构简单、堆放整齐、针对抓抛设备适用度高、易于捆扎成规则组合体，且小重量砼体101 有利于人工搬运抛投和组装铅丝笼进行机械抛投、成本低廉等优点。
在针对根石走失、根石墩蛰、坝身蛰裂、坝岸坍塌、洪水漫顶等险情时，采取分段式施工，首先在根石部抛投砼体 101，达到预计方量，然后对根石处抛投的砼体101形成的根石台的高度和平整度采用机械设备进行初步找平，辅以人工矫正找平，对根石台平扣或丁本发明的砼体101，再对坝坡平扣或丁扣本发明的砼体101，完成根石坝坡防护。具体的在铺设坝面和根石台时，可采用小型吊车定做专用吊钩将岸上的砼体101轻轻递送到施工人员面前，由人工利用吊钩绳索的柔韧性手动旋转推移至施工位置，吊钩轻轻放下，这样可以节约大量的人力进行搬移翻滚砼体101，降低人工的投入。
在针对大堤决口等重大险情采用水中进占方式辅助合龙闭气时，例如黄河下游河道的地上悬河，现行河床一般高出背河底面4～6米，相对于其它江河具有更大的灾难性，堵口闭气难度非常大，一旦黄河出现决口，临背河水位落差很大，决口后的流速较大，冲刷成深度很大的深槽，口门不断快堵扩宽，在堵口抢险中兵分两路，一路在口门主河道上游处，先用装载机和自卸车快速抛投正方体的砼体101或通过铅丝笼绑缚的多个砼体101组成的组合体，利用其高透水性在水下形成挑流坝透水骨架，再抛块石土袋，快速修筑一座挑流坝，另一路在口门两端同时施工，抛投砼体101或通过铅丝笼绑缚的多个砼体101组成的组合体，水中进占在水下透水骨架，边进占边加固，这样确保口门不在扩大，使口门逐渐变窄缩小，当口门缩小到准备闭气合拢时，要在口门单纯抛投大量砼体101或通过铅丝笼绑缚的多个砼体101组成的组合体，直至露出水面，确保其良好的透水性，然后在口门靠近主河道一侧抛投大量块石或土袋，在多个砼体101堆砌成的墙体的阻力下堆积在口门处，直至高出水面完成合龙闭气，然后在口门处进行全面加固，大堤决口处合龙闭气抢险工作完成。使用砼体101进行合龙闭气的方法不仅在黄河堵口抢险中适用，在水位落差相对较小的其它江河大堤决口堵口合龙闭气中也能适用。具体地，其中自重较重的砼体101，体积较大，透水率更适合前期抛投抢护，迅速到底抓地堆积；后期适用自重较轻的砼体101，体积较小，进行跟进抛投，与自重较重的砼体101进行互补。
由上述可得，本发明中的砼体101能够采取在根石外围平扣、散抛两种方式完成，还可以平扣后将其用铁丝连接固定，形成一个整体进行固根，还可以将几个连接在一起进行散抛。具体的在黄河堤防上防风浪冲刷、根石走失、险情抢护、堵口闭气、辅助抢险等方面应用以来，抢护效率、操作便捷、抢护效果好。此外，本发明的砼体101制作成本较低，实用性强，大大提高了险情抢护作业效率，改变了传统的、单纯式根石加固方式，创造了新型防根石走失砼体101，架构简单，便于装载运输，适用于多种抛投工具，施工后扁平平整，码方堆砌整齐，施工抛投效率较高，便于作为防汛物资大规模储备，具有较高的推广使用价值，不仅适合与黄河水情灾情，也可以满足多形态的江河湖海的护坡固根、及多种重大险情抢护，具有较高的经济效益和社会效益。
综上所述，上述预制砼在环境保护和黄河防洪抢险等方面效果显著：一是，能够在较大程度上取代大量备方石石料 (但不能完全取代，例如决口合拢堵口闭气时，首先用该砼体抛投合拢但透水形成骨架，再填筑石块碎石或土袋填缝闭气阻断水流，实现完整的大堤决口合拢闭气施工流程)，目前防洪抢险及护坡护根主要采用直接从山体上开采下来的大小不一的石块，按照《堤防工程设计规范》单体石块设计重量为25～78公斤，粒径为200～400厘米，受水流冲击掏刷容易造成滑坡、墩蛰、根石走失等严重险情的发生，粒径较小的中小型石块更容易被洪水冲走造成十分严重的山体开采资源损失和石料大量走失资源重复抛投资源浪费，致使险情发生率高、大量人员机械化抢护成本高等重大环境损害。该预制砼主要特点：可以提前大批量预制储备、有消浪口透水抗冲消能减小洪水冲击减小位移、符合《堤防工程设计规范》的较大粒径消能砼体稳定抗冲击可有效减少或避免重复性抛投形成的该预制砼(或石料)资源浪费等，能够大大减少因备方石石料开采造成的环境损害，能够大大减少备方石石料重复性大量抛投进行除险加固防洪抢险造成的资源浪费，该预制砼节约资源和环境保护方面效果十分显著。二是，能够像备方石一样在黄河大堤坝垛护岸进行露天码方大批量储备，统一规格的备方预制砼体码方更加美观整洁，解决了其它异性砼体结构复杂不易码方储备、不易机械化码方施工和抛投。三是，能够像备方石一样进行散抛快速施工或抢险，可以平铺平扣(或丁扣)施工，正方体结构六面相同不分方向和正反面，能够快速施工，工程面貌更加美观整洁，节约大量人力物力和施工成本。四是，生态护根护坡，平铺平扣(或丁扣)的根石台与坝坡上的砼体消浪口可填充土壤种花种草，形成带植被的生态护根护坡，既美观又能防止水土流失。因此，该预制砼的发明在环境保护、消浪固沙固根护坡防止根石走失能力强、节约投入成本、可替代石料并有效防止大量根石石料被洪水冲走造成的资源浪费等方面产生的环境效益、经济效益和社会效益十分显著，具有良好的推广应用价值。
本发明提供一种护坡截流抛投用预制砼，通过在砼体内部设置连通多个消浪口的空腔，能够吸收大量水流冲力能量，具有更好的透水性，在确保自身不被冲走的同时，减缓了水流对坝、垛、护岸的冲击力的作用，且根据黄河中下游河流具有含沙量高的特点，当携带泥沙的水流进入砼体时受阻，使得该砼体内部空腔部分自然淤泥填实，达到了固根护坡的效果，适用度更高，另一方面，正方体结构的砼体能够顺堤坝陡坡抛投，该砼体容易自动翻滚至抛投位，有效节约了人力物力，成本较低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种护坡截流抛投用预制砼，包括砼体，其特征在于，所述砼体为内部设置有空腔的正方体，所述砼体的六面均设置有连通所述空腔的消浪口。
2.根据权利要求1所述的护坡截流抛投用预制砼，其特征在于，所述砼体的每个侧面上均设置有至少一个消浪口。
3.根据权利要求1所述的护坡截流抛投用预制砼，其特征在于，每个所述消浪口的长度为200厘米，每个所述消浪口的宽度为200厘米。
4.根据权利要求3所述的护坡截流抛投用预制砼，其特征在于，所述砼体的长宽高均为400厘米。
5.根据权利要求4所述的护坡截流抛投用预制砼，其特征在于，所述砼体的体积为0.064立方米。
6.根据权利要求3-4任一所述的护坡截流抛投用预制砼，其特征在于，所述砼体采用混凝土或钢筋混凝土制成，所述砼体重量为76.8公斤。
7.根据权利要求1所述的护坡截流抛投用预制砼，其特征在于，每个所述消浪口的长度为500厘米，每个所述消浪口的宽度为500厘米。
8.根据权利要求6所述的护坡截流抛投用预制砼，其特征在于，所述砼体的长宽高均为1000厘米。
9.根据权利要求7所述的护坡截流抛投用预制砼，其特征在于，所述砼体的体积为1立方米。
10.根据权利要求1所述的护坡截流抛投用预制砼，其特征在于，所述空腔四周的侧柱上均设置有绑缚槽。
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