一种土石坝加固工程消浪护坡结构的制作方法

本发明涉及到土石坝除险加固工程，更加具体地是一种土石坝加固工程消浪护坡结构。

背景技术：

新中国成立后，我国兴建了大量的土石坝，按现行规范要求对大坝进行复核时，往往存在大坝欠高问题。

针对土石坝欠高问题的加固方案主要有：①坝体加高，主要是对坝顶加高，以及坝坡进行培坡，培坡施工困难，在已有坝坡表层再进行培坡，新培坡体难以压实，稳定性难以保证；②新建或加高防浪墙，采用这种方法加高有限，如加高过多，将阻挡视线，影响景观；③增加消浪结构，增加坡面粗糙度以降低波浪爬高，从而降低坝顶高程，消浪结构不仅能消减波浪的爬高，降低坝顶高程，而且能减轻波浪对坝体的冲击，有利于主体工程的安全。因此，增加消浪结构可以解决土石坝坝体欠高问题，具有良好的经济性和适用性。

目前土石坝护坡消浪主要采取如下方式：①传统的护坡形式如现浇混凝土、浆砌石、干砌石护坡，施工较便利，但消浪效果不明显；②坡脚块石消浪，该方法施工简单、经济，但消浪效果不理想，抛填块石容易被波浪冲刷带走，而且会影响坝坡的稳定；③混凝土预制块体消浪，目前该消浪方法已研制出各类异型块体，如扭王字块体、扭工字块体等，该法消浪效果较好，但是该方法制作铺设工艺要求比较高，造价较高；④平台消浪，该方法消浪效果好，能有效地消减波浪爬高降低坝顶高程，但在上游坝坡设置消浪平台，将增加土石方填筑量，造价较高；⑤防浪墙消浪。该方法能防止或减少波浪越顶，特别是反弧形防浪墙具有较好的消浪效果，但防浪墙受到的波浪冲击力比较大，不利于防浪墙的稳定；⑥坝坡面加糙，该方法通过加大坡面糙率，使波浪发生破碎，减小波浪爬高，消浪效果比较好。

以上常见的几种消浪方式，从加固效果、工程造价、施工便利等方面综合考虑，坝坡面加糙是解决土石坝欠高问题的最优方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一种土石坝加固工程消浪护坡结构。

本发明的目的是通过如下技术方案来实施的：一种土石坝加固工程消浪护坡结构，坝体上设置有原上游护坡，

当坝体欠高小于0.5米时，它包括坝体、原上游护坡、原防浪墙、原坝顶路面、新建坝顶路面、新建台阶式护坡、新建防浪墙和砂砾石垫层；

所述的原上游护坡临近原坝顶路面一侧设置有新建台阶式护坡，所述的新建台阶式护坡与所述的坝体之间设置有砂砾石垫层，所述的原坝顶路面的一侧设置有原防浪墙，所述的原防浪墙位于所述的新建台阶式护坡与所述的原坝顶路面之间，所述的新建台阶式护坡位于正常蓄水位上方。

在上述技术方案中：当坝体欠高大于0.5米时，拆除所述的原防浪墙，并在所述的原防浪墙的位置上设置有新建防浪墙，

所述的新建防浪墙位于所述的新建台阶式护坡与所述的原坝顶路面之间。

在上述技术方案中：所述的新建坝顶路面与所述的原坝顶路面位置保持一致。

本发明具有如下优点：①、相较与常规帮坡加高大坝方案，台阶式护坡方案无需拆除现有坝坡，造价低，施工质量有保障。在上游帮坡时受库水位限制和帮坡尺寸有限，需放空水库、拆除上游护坡后进行帮坡，因此一般采用在下游帮坡。而在下游帮坡时工程量大，且由于土料铺填宽度较窄，不利于机械碾压，还存在新老土的结合问题，施工质量难以保证。台阶式护坡方案无需拆除现有护坡，造价低，施工方法简单，混凝土浇筑施工质量有保障。

②、相较于传统护坡型式如混凝土护坡、浆砌石护坡、干砌石护坡等，台阶式护坡消浪效果好。

③、相较于抛填块石护坡，台阶式护坡结构稳定，适用性强，可以仅在水位变动区增设。

④、相较于异形混凝土预制块消浪结构，台阶式护坡结构简单美观，施工方便，造价低。相对于扭王字块体、扭工字块体等异形混凝土预制体消浪结构施工时需先预制，再进行运输和吊装，造价约800～900元/m³，台阶式消浪护坡直接采用现浇混凝土，施工工艺简单，造价约600-700元/m³，整体相对较便宜。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中新建台阶式护坡的结构示意图。

图中：坝体1、原上游护坡2、原防浪墙3、原坝顶路面4、新建坝顶路面5、新建台阶式护坡6、新建防浪墙7、砂砾石垫层8。

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。

如背景技术所言：坝坡面加糙常用的方式有两种，即上凸式加糙和下凹式加糙，上凸式加糙如插砌条石护坡，上凸式加糙利用上凸式消力石或消力墩来破碎波浪，消耗波浪能量，减小波浪爬高；下凹式加糙如栅栏板护坡，栅栏板由于自身的下凹式加糙，且存在着大量的空腔，增加了坡面的糙率，可以消耗部分上爬波浪能，从而起到消浪效果。而且栅栏板的空腔可以使得经过的波浪产生漩涡、破碎和撞击，最终使得波浪能量二次消耗。

台阶式消浪结构因其兼具有上凸式和下凹式加糙消浪结构的特点，消浪效果好，结构稳定性好，造价低，施工简易，便于机械化施工，是一种高效且合理的消浪结构，具有很大的工程应用前景。

参照图1-2所示：一种土石坝加固工程消浪护坡结构，坝体1上设置有原上游护坡2，当坝体1欠高小于0.5米时，它包括坝体1、原上游护坡2、原防浪墙3、原坝顶路面4、新建坝顶路面5、新建台阶式护坡6、新建防浪墙7和砂砾石垫层8；

所述的原上游护坡2临近原坝顶路面4一侧设置有新建台阶式护坡6，所述的新建台阶式护坡6与所述的坝体1之间设置有砂砾石垫层8，砂砾石垫层的作用是为混凝土台阶式护坡提供平整、稳定的基础。

所述的原坝顶路面4的一侧设置有原防浪墙3，所述的原防浪墙3位于所述的新建台阶式护坡6与所述的原坝顶路面4之间，所述的新建台阶式护坡6位于正常蓄水位上方。

当坝体1欠高小于0.5米时，也可以设置新建防浪墙7，所述的新建防浪墙7的位置位于拆除所述的原防浪墙3的位置上，当然也可以不拆除所述的原防浪墙3，即设置所述的新建防浪墙7位于所述的原防浪墙3前方，当然新建防浪墙7与所述的原防浪墙3之间的位置关系也不确定，具体根据现场的工程情况确定。

当坝体1欠高大于0.5米时，拆除所述的原防浪墙3，并在所述的原防浪墙3的位置上设置有新建防浪墙7，

所述的新建防浪墙7位于所述的新建台阶式护坡6与所述的原坝顶路面4之间。

所述的新建坝顶路面5位于所述的原坝顶路面4上方。一般情况下路面没有损坏的情况下，新建坝顶路面5的高程与所述的原坝顶路面4的高程保持一致并不需要检修或者是重新铺路。

本发明一种土石坝加固工程消浪护坡结构还包括如下施工步骤，其具体施工步骤如下：

①、原防浪墙3及原坝顶路面4拆除(根据具体工程，是否需要拆除而定)：原防浪墙3及原坝顶路面4拆除可采用人工持风镐拆除，也可采用破碎锤、液压盘踞或其他机械拆除。

②、砂砾石垫层8铺设：在坝体1上的原上游护坡2的上面进行砂砾石垫层8的铺设，铺设玩所述的砂砾石垫层8后，采用人工铺设，并对所述的砂砾石垫层8形成的斜坡进行振动并压实至设计要求。

③、混凝土制备：到施工现场采用商品混凝土或自拌混凝土进行搅拌达到所需要的设计要求。

④、台阶式护坡混凝土立模浇筑：在步骤②中所述的砂砾石垫层8基础上进行新建台阶式护坡6的人工立模，并采用钢筋绑扎定型，在已经定型新建台阶式护坡6的立模内浇筑步骤③中已经搅拌完成的混凝土，并采用插入式振捣器振捣。

⑤、新建台阶式护坡6混凝土养护：将步骤④中已经完成的并采用振捣器振捣过的新建台阶式护坡6采用采用洒水自然养护，且养护时间不低于7天直至达到设计要求。

⑥、新建防浪墙7和新建坝顶路面5铺设：在已经拆除的原防浪墙3的位置上浇筑新的新建防浪墙7，所述的新建防浪墙7可以位于原防浪墙3的位置上，也可以设置在所述的原防浪墙3的后面，具体位置根据工程实际状况确定；所述的新建坝顶路面5位于所述的原坝顶路面4原来的位置上或者上方。一般情况下路面没有损坏的情况下，新建坝顶路面5的高程与所述的原坝顶路面4的高程保持一致并不需要检修或者是重新铺路。

本专利提出的要点为：针对土石坝欠高的问题，采取的加固措施为：大坝上游正常蓄水位以上采用台阶式护坡。

其加固原理为：利用台阶式护坡消浪性能，降低糙率及渗透性系数kδ，从而降低计算波浪爬高及坝顶计算高程。根据数值模拟试验结果，台阶式护坡糙率及渗透性系数kδ＝0.50-0.55，相较于常规混凝土护坡(kδ＝0.9)及砌石护坡(kδ＝0.75-0.8)，糙率及渗透性系数减少了27％-44％，同等条件下计算波浪爬高减少了27％-44％，从而降低了坝顶计算高程。根据工程经验，一般而言，对于欠高不多(＜0.5m)的大坝，增设台阶式护坡后，现有坝顶高程能满足规范要求。对于欠高较多(＞0.5m)的大坝，还可以通过台阶式护坡结合坝顶防浪墙加高改造方案，使坝顶高程满足规范要求。

为便于技术人员更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容。

漳河水库地处荆门市、宜昌市和襄樊市交界处，是一座以灌溉、防洪为主，兼有城市供水、发电、航运、旅游等综合利用的大(1)型水库，水库工程等级为ⅰ等，主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3级。

鸡公尖大坝为粘土斜墙多种土料组合坝，坝顶长1950m，宽9m，坝顶高程126.8m，最大坝高58.3m，混凝土防浪墙顶高程为127.7m。大坝上游坡比分别为1:2.5、1:3.0、1:3.5、1:4.0，为干砌块石护坡；下游坡比分别1:2.25、1:2.75、1:3.25、1:2.0，为草皮护坡。下游坡面设排水沟，坝脚设堆石排水棱体。根据大坝安全鉴定报告书，鸡公尖大坝坝顶欠高0.49m。

漳河水库除险加固初步设计阶段，针对鸡公尖大坝欠高问题，采取上游台阶式护坡消浪+坝顶防浪墙重建加高方案，具体为：在正常蓄水位以上原干砌块石护坡表面铺设15cm厚砂砾石垫层，浇筑混凝土台阶式护坡，台阶宽度b＝0.5m，台阶高度h＝0.2m。根据物理模型试验及数值模拟结果，台阶式护坡糙率及渗透性系数kδ取0.55。

根据《碾压式土石坝设计规范》(sl274-2001)，当坡度系数m＝1.5-5.0时，波浪爬高计算公式为：

式中：rm——平均波浪爬高，m；

m——单坡的坡度系数；

kp——爬高累计频率换算系数，1级水工建筑物累计频率取1％；

kδ——糙率及渗透性系数，原干砌块石护坡取0.75，台阶式护坡取0.55；

kw——经验系数。

原干砌石护坡计算设计洪水位时波浪爬高为1.70，坝顶欠高0.49m，采用台阶式护坡加固方案后，计算得波浪爬高为1.24m，坝顶高程基本满足规范要求。另外，结合坝顶改造时防浪墙加高20cm，坝顶高程满足规范要求。

台阶式护坡方案与常规坝顶帮坡加高方案主要工程量及造价见表1，由表可知，台阶式护坡方案与常规坝顶帮坡加高方案相比，节约了工程投资322.73万元，经济效益显著。相较与异型护坡消浪结构，台阶式护坡结构简单，施工方便，无需特殊机械设备，无需拆除现有护坡，与现有坝坡结构有较好的适应性。另外，台阶式护坡还可以结合坝顶改造，打造亲水生态景观平台。

表1台阶式护坡方案与帮坡加高方案投资比较表