CN115045233A - 一种防冰推、冲刷的堤坝护坡及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防冰推、冲刷的堤坝护坡及其施工方法，堤坝护坡设置在堤坝上游侧，护坡表面于冬季水位变动区设有鱼鳞状排列的椭圆形凹槽，凹槽上布置卵石以形成防冰推冲刷结构，各凹槽中的卵石粒径基本一致；施工时，首先收集堤坝历年冬季气温、风速的变化规律及最大冰厚，然后计算冰厚和冰推力，构筑堤坝、护坡；最后将卵石布置在堤坝上游护坡椭圆形凹槽中。本发明能够有效减小冰推、风浪淘刷和暴雨冲刷对堤坝护坡的破坏，延长堤坝护坡使用寿命，降低维护成本；还能够有效降低波浪爬高，有利于减小堤坝坝高；还可适应不同结构、坡比、坝高和坝长的堤坝，适用性强。

Description

一种防冰推、冲刷的堤坝护坡及其施工方法
技术领域
本发明涉及堤坝护坡，具体涉及一种防冰推、冲刷的堤坝护坡及其施工方法。
背景技术
高寒区堤坝护坡的冰冻破坏是普遍存在的问题，堤坝护坡在冬季负温作用下，会产生冻胀变形和冰推破坏，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，在反复冻融、冰推和风浪淘刷作用下，堤坝护坡会产生破坏。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种防冰推、冲刷的堤坝护坡，本发明的第二目的是提出该堤坝护坡的施工方法。
技术方案：本发明一方面提供一种防冰推、冲刷的堤坝护坡，设置在堤坝上游侧，护坡表面于冬季水位变动区设有鱼鳞状排列的凹槽，凹槽中设有卵石，各凹槽中的卵石粒径基本一致。
进一步地，护坡包括自下而上依次布设的土工膜、砂砾石垫层和现浇混凝土层。
进一步地，卵石粒径为10～15cm，相邻卵石间距为10～20cm。
另一方面，本发明还提供一种堤坝护坡的施工方法，包括如下步骤：
(1)收集堤坝历年冬季气温、风速变化规律及最大冰厚H；
(2)计算在护坡上设置卵石后的冰厚H0和冰推力F；
Figure BDA0003755153050000011
Figure BDA0003755153050000012
其中，H0为在护坡上设置卵石后的冰厚，m；K为综合影响系数；α1为卵石表面粗糙程度；α2为单位面积内卵石的密集度；L为护坡未设置卵石时的冰厚在护坡上的投影长度，m；α3为卵石表面形状系数；n为冰层范围内的卵石行数；D为卵石粒径，m；F为冰推力，kN；K1、K2、K3为无量纲系数；α4为冰与卵石之间的接触条件系数；B为护坡宽度，m；σc为冰的单轴抗压强度标准值，kPa；E为冰的弹性模量，kPa；γ为冰的容重，kN/m3；σf为冰的弯曲强度标准值，kPa；H1为卵石垂直于护坡方向的最大高度，m；
(3)在堤坝上游构筑护坡，并在护坡表面预留凹槽；
(4)将卵石布置于护坡凹槽中。
进一步地，在卵石粒径1/4处划线，以精确控制卵石埋深。
进一步地，在凹槽表面和卵石表面涂抹水泥砂浆，以保证卵石与护坡充分黏结。
本发明中，护坡上设置卵石，形成防冰推冲刷结构，能够有效消减冰厚。卵石表面越粗糙，与冰的接触面积越大，单位面积内越密集，冰厚越小。冰推力由冰对护坡的挤压、弯曲破坏荷载和作用于防冰推冲刷结构的荷载三部分组成，卵石粒径D、垂直于护坡方向的最大高度H1越大，所能承担的冰推力越大。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：
(1)能够减小堤坝护坡冰推破坏，减小风浪淘刷和暴雨冲刷对堤坝护坡的影响，延长堤坝护坡使用寿命，降低维护成本；
(2)能够有效降低波浪爬高，有利于减小堤坝坝高；
(3)可直接设置在原堤坝护坡上，不需要改变原堤坝护坡结构，可适应不同结构、坡比、坝高和坝长的堤坝，适用性强；
(4)施工简单，成本低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的纵剖图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，一种防冰推、冲刷的堤坝护坡，该护坡3设置在堤坝4上游侧，包括在堤坝4上自下而上依次布设的土工膜5、砂砾石垫层6和现浇混凝土层7，在现浇混凝土层7表面设有鱼鳞状排列的凹槽2，并且凹槽2位于堤坝上游护坡冬季水位变动区。本实施例中，凹槽2呈椭圆形。凹槽2中布置防冰推冲刷结构1，防冰推冲刷结构1为卵石，各凹槽2中的卵石粒径基本一致。
上述堤坝护坡的施工方法，包括如下步骤：
(1)收集堤坝历年冬季气温、风速变化规律及最大冰厚H；
(2)计算在护坡上设置卵石后的冰厚H0和冰推力F；
Figure BDA0003755153050000021
Figure BDA0003755153050000022
其中，H0为在护坡上设置卵石后的冰厚，m；K为综合影响系数，与温度、风向等因素有关；α1为卵石表面粗糙程度；α2为单位面积内卵石的密集度，与单位面积内卵石的个数有关；L为护坡未设置卵石时的冰厚在护坡上的投影长度，m；α3为卵石表面形状系数；n为冰层范围内的卵石行数；D为卵石粒径，m；F为冰推力，kN；K1、K2、K3为无量纲系数；α4为冰与卵石之间的接触条件系数；B为护坡宽度，m；σc为冰的单轴抗压强度标准值，kPa；E为冰的弹性模量，kPa；γ为冰的容重，kN/m3；σf为冰的弯曲强度标准值，kPa；H1为卵石垂直于护坡方向的最大高度，m。
(3)在堤坝上游构筑护坡，并在护坡表面预留椭圆形凹槽；
(4)将卵石布置在堤坝上游护坡椭圆形凹槽中。
本实施例中，卵石粒径为15cm，相邻卵石间距为10～20cm。布置卵石时，在卵石粒径1/4处划线，以精确控制埋入的深度。在护坡凹槽表面和卵石表面均匀涂抹水泥砂浆，以保证卵石与水泥砂浆充分黏结。浇筑完成后在护坡上覆盖薄膜，标准养护28d。
在一个具体的实施例中，堤坝历年冬季最低气温为-15℃，冬季最大风速为22.5m/s，历年最大冰厚H为1.20m；卵石粒径D为0.15m，卵石间的距离为0.10m；综合影响系数K为0.80；卵石表面粗糙程度α1为0.80；单位面积内卵石的密集程度α2为0.80；护坡未设置卵石时的冰厚在护坡上的投影长度L为3.79m；卵石表面形状系数α3为2.00；冰层范围内的卵石行数n为5；护坡未设置卵石时的冰厚H为1.20m，则在护坡上设置卵石后的冰厚H0为0.99m。
无量纲系数K1、K2、K3依次为0.11、0.24、20.00，冰与卵石之间的接触条件系数α4为0.50，护坡宽度B为1m，冰的弹性模量为0.6GPa，冰的单轴抗压强度标准值σc为1000kPa，冰的弯曲强度标准值σf为500kPa，冰的容重γ为9kN/m3，卵石垂直于护坡方向的最大高度H1为0.11m，则冰推力F为267.32kN。
根据《水工建筑物荷载设计规范》(SL744-2016)，冰厚为1.0m时，静冰压力为245kN/m，与计算值吻合，卵石所承担的冰推力为92.33kN，占比为34.54％，表明主要由卵石构成的堤坝护坡防冰推冲刷结构可有效减小冰推对堤坝护坡的破坏。

Claims (6)

1.一种防冰推、冲刷的堤坝护坡，其特征在于：设置在堤坝上游侧，护坡表面于冬季水位变动区设有鱼鳞状排列的凹槽，凹槽中设有卵石，各凹槽中的卵石粒径基本一致。
2.根据权利要求1所述的堤坝护坡，其特征在于：护坡包括自下而上依次布设的土工膜、砂砾石垫层和现浇混凝土层。
3.根据权利要求1所述的堤坝护坡，其特征在于：卵石粒径为10～15cm，相邻卵石间距为10～20cm。
4.一种权利要求1所述的堤坝护坡的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)收集堤坝历年冬季气温、风速变化规律及最大冰厚H；
(2)计算在护坡上设置卵石后的冰厚H0和冰推力F；
Figure FDA0003755153040000011
Figure FDA0003755153040000012
其中，H0为在护坡上设置卵石后的冰厚，m；K为综合影响系数；α1为卵石表面粗糙程度；α2为单位面积内卵石的密集度；L为护坡未设置卵石时的冰厚在护坡上的投影长度，m；α3为卵石表面形状系数；n为冰层范围内的卵石行数；D为卵石粒径，m；F为冰推力，kN；K1、K2、K3为无量纲系数；α4为冰与卵石之间的接触条件系数；B为护坡宽度，m；σc为冰的单轴抗压强度标准值，kPa；E为冰的弹性模量，kPa；γ为冰的容重，kN/m3；σf为冰的弯曲强度标准值，kPa；H1为卵石垂直于护坡方向的最大高度，m；
(3)在堤坝上游构筑护坡，并在护坡表面预留凹槽；
(4)将卵石布置于护坡凹槽中。
5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于：在卵石粒径1/4处划线，以精确控制卵石埋深。
6.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于：在凹槽表面和卵石表面涂抹水泥砂浆，以保证卵石与护坡充分黏结。
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