整浇切割混凝土面板施工技术在水利边坡防护工程中的应用

郑学华，汤秀娥

（海城市河务管理处，辽宁海城114200）



整浇切割混凝土面板施工技术在水利边坡防护工程中的应用

郑学华，汤秀娥

（海城市河务管理处，辽宁海城114200）

摘要：整浇切割混凝土面板作为新型的水利堤坝护坡构件，在我国水利工程建设中的重要作用日渐突出。为了进一步加快整浇切割混凝土面板在水利工程中推广和应用，本文对整浇切割混凝土面板的结构特点、工程结构设计和施工工艺进行了研究，对在施工过程中的工作性能及其面板厚度进行了设计分析和确定，借助工程现场资料对该类护坡结构的性能进行了验证，为其在水利工程建设中的广泛应用提供了借鉴和指导。

关键词：整浇切割；混凝土面板；堤坝护坡

堤坝护坡是保证堤坝质量合格的关键，其修建、维护费用通常能够达到总造价的1 /3～1 /2。因此，充分研究堤坝的变形特征并合理选择最优护坡结构，是确保工程安全、减少投资费用的前提［1-2］。

作为一种护坡新型结构，整浇切割混凝土面板不仅具备了普通预制六方块护坡的坚固、耐磨损特点外，还兼有占地面积小、造价低、施工工艺简便、不易开裂等优势。为使整浇切割混凝土面板结构在护坡工程中得到更好的发展，本文对其施工工艺进行了介绍，并与普通护坡结构进行了对比分析［3-4］。

1　整浇切割混凝土护坡面板施工工艺

将整浇混凝面板按照一定的尺寸进行切割，并设置分割缝之后便可制成整浇切割混凝土面板。这类护坡结构的施工工序主要包括如下步骤：削坡整平→固定槽的开设→垫层的浇筑→分块浇筑混凝土→切割并设置缝隙等。具体施工顺序如图1所示。

1.1 平整与削坡

首先将堤坝原有的护坡进行初步整理，使之尽量保持平整，然后进行削坡。削坡的优劣对后期垫层的铺设质量起关键作用，质量良好的削坡能够在一定程度上压缩垫层厚度。为确保削坡质量达标，多利用机械进行初期的处理，然后采取人工削坡的方法对局部进一步修整。

图1　整浇切割护坡板施工流程

1.2 固脚槽开挖

应保证固脚槽存在一定坡脚，其宽度与深度约为1m。一般采取人工开挖，以便更好地调整固脚槽尺寸，尽量在最短时间内高质量地完成开挖工作。

1.3 垫层施工

削坡完成后，先在其表面铺设厚约0.1m的碎石，再往碎石上方铺设厚约0.1m的粗砂。利用平面振捣器对垫层充分振捣，使垫层完成后的密度不小于原土体的干密度。垫层的干密度可使用标准贯入法测得［5］。

1.4 混凝土面板分块浇筑

在确定面板尺寸与规格时，应当充分考虑水浪大小及温度变化对坡面应力变化的影响，使之在巨大水浪的作用下不会被冲散或者卷走，也不会因温度变化过大而出现结构的破坏。当前国内的切割面板尺寸多为厚0.1m、长5～10m，相邻两块板的缝隙为0.02m，并用PE充填［6］。具体施工工艺如下：

（1）摊铺。将混凝土倒入现场之后，自下而上进行铺设，铺设厚度约为0.1m。如需在坡面上摊铺，要先将材料放置于浇筑部位上方，这样可使使材料振捣时自然下降，逐步将下方的空隙充填，从而保证摊铺质量。

（2）振捣。振捣时的方向也是自下而上，振捣过程中要认真、仔细，每个振捣部位的振动时间不小于20秒，当浇筑材料不再产生气泡且体积不再减小时便可停止振捣。

（3）整平。振捣完成后要将浇筑完成的混凝土整平。整平工作通常需要三个步骤：①对护坡进行初期处理，将存留的空洞填补平整；②利用水泥砂浆进一步抹平混凝土的表面；③修补遗漏部位、找平，使之平整、光滑。

（4）压光。混凝土浇筑完毕并完成整平工序后，应在6h之内对其抹平，抹平材料为M10水泥砂浆，厚度约10mm。为保证混凝土的表面平整与光滑，通常需要开展3遍或者4遍的压光工序。

（5）清理及养护。完成（1）～（4）道工序之后，需对护坡表面进行清洁与养护。混凝土初凝完成后，可在其表面铺设一定厚度的草席或者麻袋，然后洒水养护，以防止裂缝的出现，确保护坡的强度与稳定性满足要求。

1.5 面板切割分缝

为了防止混凝土因为温度变化而出现裂缝，应在初凝完成后及时进行切割分缝，切割时只需保证混凝土上方保留分割缝即可。切割时间的选取要考虑环境温度与混凝土强度。通常，在混凝土的抗压强度在10MPa时便能进行切割。图2中展示的六边形切块是较为常见的切割方式，其边长为0.3m，缝的宽为0.005cm，深度为0.05m。

图2　整浇切割混凝土面板结构图

2　与预制六方体混凝土块护坡对比

预制护坡因具有可批量生产、模块强度易控制等优势，目前在堤坝加固工程中的应用较为广泛。本文将整浇切割混凝土面板护坡与预制六方块混凝土护坡在以下几个方面做出对比。

（1）场地要求及工序

预制正六方体混凝土块通常要求较大的制作、养护面积。预制护坡块的制作工序如下：混凝土砂浆的拌合→运送至现场→投放原料→入摸成型→拆模→洒水养护。整个制作工艺较为复杂，且周期漫长。

整浇切割混凝土面板一般为现场制作，节约了养护时占用的场地，还能省去运输所占时间，同时降低了成本，提高了经济利益［7-8］。

（2）护坡面板尺寸

为便于运输与铺设，预制护坡块的尺寸往往不能制作的过大，通常采用的尺寸为：厚0.15m、边长0.3m。同时，预制块拼接缝需要使用砂浆填充

由于是现场浇筑，整浇切割混凝土面板的尺寸便能设置的较大，考虑到温度浮动以及水浪冲击的影响，多将护坡块厚度设置为0.1m，边长多为5～10m，缝隙宽度为0.02m，利用PE进行缝隙的填充。若设置为六边形，其尺寸为：边长0.3m，缝宽0.003～0.005m，缝的深度为0.05m。

（3）坝（堤）坡平整度要求

预制护坡结构对堤坝表面的平整程度有着很高要求，尤其是使用石材做铺设材料时，一定要把坡面处置平整、光洁。整浇切割混凝土面板均为现场浇筑施工，混凝土可以相对自由地流动，从而能够与坡面进行更充分的接触，因此，只需对堤坝坡面初步简单处理便可，整个施工工序得到了极大的简化。

（4）护坡效果及耐久性

预制护坡块的抗冻融能力欠佳，块体的拼接部位常在较大水量的冲刷作用下发生开裂现象，严重时还能引起护坡发生整体变形，大大降低了其整体稳定性。由于整浇切割面板采取了上方切缝的措施，使块体能够更好地抵抗由温度变化引起的应力，防止产生集中应力，提高了护坡的整体稳定性。

（5）技术成熟程度

预制护坡结构在我国的发展已经趋于完善，经过几十年的研发与总结，形成了一套较为合理的设计、施工规范。而整浇切割面板的研究尚处于起步阶段，有很多技术规范尚未成熟，因此，需要对其进行更深入的探讨与应用，并根据此类面板的材料特性与结构特征制定合理的施工方案与规程。

3　整浇切割混凝土面板护坡厚度计算

混凝土护坡厚度的选取不仅关系到整个堤坝的安全系数，还与工程的造价密切相关。因此，如何选取最优混凝土护坡板的厚度是水利护坡施工的关键问题。

3.1 计算依据

《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中有明确规定：如果护坡板中存在有明缝，或者护坡结构采用钢筋混凝土作为原材料，且护坡系数为2～5m时，面板厚度的确定方法应按公式（1）计算［9］：

式（1）：η为修正系数，整体式为1.0，装配式为1.1；hp为累积频率是1%的波高，m；b为顺坡方向板长，m；Lm为根据平均周期算出的波长，m；ρw为水的密度，t/m3；ρc为板的密度，t/m3；m为斜坡坡率，m =ctgα；α为斜坡坡角。

混凝土板充当土堤护面时，为保证护坡的强度与稳定性，其厚度t的计算方法可参见公式（2）：

式（2）中：t为混凝土护面板厚度，m；η为修正系数，混凝土板存在裂缝时取0.075；上方开裂，下方完整的板取0.10；H为计算波高，m；γb为混凝土板重度，kN/m3。

3.2 混凝土护坡厚度计算实例

3.2.1 波浪计算

（1）计算所需资料收集

①某水库的正常蓄水水位为345.6m，设计最高水位为372.8m，校核洪水水位为374.5m；

②根据当地的水文气象统计可知，该地区的年均风速为1.5m/s；

（2）最大风速W的计算方法为：W =16×1.5 =24（m/s）

（3）风区内水域平均深度Hm计算

绘制详细的水库剖面图，用来确定水库底部的平均高度，并与设计静水位相减［10-12］。经计算，水库底部平均高度为352.20m，从而可得：

正常蓄水位情况下的深度均值：Hm1=345.6 -352.2 =-6.60m；

设计洪水位以情况下的深度均值：Hm2=372.8 -352.2 =20.60m。

校核洪水位情况下的深度均值：Hm3=374.5 -352.2 =22.3m。

（4）波浪的平均波高和平均波周期计算

风区水域波浪的平均波高hm计算式（3）和平均波周期Tm计算式（4）按莆田试验站公式进行计算：

由W=24m/s，g =9.81m/s2，D=860m，代入式（3）和式（4）可得，各种设计状态下的平均波高hm和平均波周期Tm。计算结果如表1所示：

表1　各种设计状态下的hm和Tm

（5）平均波长计算

按式（5）进行计算：

将W =24m/s，g =9.81m/s2，D=860m代入公式（5）可算得Lm=8.674m。

3.2.2 混凝土护坡厚度计算

（1）工程计算所需资料。

①大坝内侧的护坡坡度为3.0m；②护坡结构的材料选取强度为G15的混凝土，其密度ρk= 2.4t/m3；③水的密度ρk=1.0t/m3。

（2）护坡板的厚度t按公式（1）进行计算。

若当选取整浇切割混凝土面板作为护坡结构时，取系数η=1.0，并将快板制作为六方块，板长b= 0.52m，将m=3.0，ρk=2.4t/m3，ρk=1.0t/m3，h1%=1.0t/m3，Lm=8.674m带入式（1）算得：t=0.114m。

4　结语

本文对整浇切割混凝土护坡面板的结构组成、制作流程以及厚度计算方法进行了详细的介绍，并与传统的预制护坡板在施工工序、场地要求、板块尺寸以及稳定性等方面做出全面对比，得出以下研究结论：整浇切割混凝土面板的制作工艺更加简单、易操作，在堤坝加固工程中具有很强的可行性；整浇切割混凝土面板比预制混凝土护坡板的抗裂性能好，整体稳定性高，具有很强的耐久性；由于是现场制作，整浇切割混凝土面板可抑制混凝土的使用量，节约运输时间，从而降低了共造成造价，提高了工程的经济效益。

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作者简介：郑学华（1969年—），女，助理工程师。

收稿日期：2015-10-08

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.037

中图分类号：TV523

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）02-0101-04