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.pdf

设 计施 工 水利规划与设计 2 0 1 6年第 2 期 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 6 0 2 0 3 7 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 1 1 4 2 0 0 ) 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 中图分类号 ：T V 5 2 3 文献标 识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 1 0 1 0 4 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 31 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 。 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 。 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 坡整平一 固定槽 的开设一 垫层 的浇筑一 分块浇筑 混凝 土一 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 图 1 整 浇 切 割 护 坡 板 施 工 流 程 方法对局部进一步修整 。 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 1 m。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 1 m的碎 石 ，再往碎石上方铺设厚约 0 1 1T I 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 收稿 日期 ：2 0 1 5 1 0 0 8 作者简 介：郑学华 ( 1 9 6 9年一 ) ，女 ，助理工程师。 1 01 2 0 1 6年第 2期 水利规划与设计 设计 施工 人 法测 得 。 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 1 m、长 5l O re，相邻 两块板 的缝 隙为 0 0 2 m，并 用 P E充 填 。具 体 施 工 工 艺 如下 ： ( 1 ) 摊铺 。将 昆凝 土 倒 入 现 场 之后 ， 自下 而上 进行铺设 ，铺设厚度 约为 0 1 m。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 2 O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 ：对护坡进行 初期处理 ，将存 留的空洞填补平整；利用水泥砂 浆进一步抹平混凝土的表面 ；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 6 h之 内对 其抹平 ，抹平材料 为 M1 0水 泥砂浆 ，厚度约 1 O mm。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。 昆凝土初 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 1 O MP a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 3 m，缝 的 宽 为 0 0 0 5 c m，深度 为 0 0 5 m。 1 0 2 顺 坝 坡 方 向 A = - A_ _ j 现 浇 块 间 缝( 宽 2 c m ) 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 浆的拌合一运送至现场一投放原料一入摸成型一拆模 一洒水养护。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 j 。 ( 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 一+ 一 设计施 工 水利规划与设计 2 0 1 6年第 2 期 能制作的过大，通常采用 的尺寸为 ：厚 0 1 5 m、边 长 0 3 m。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 1 n l ，边长 多 为 5 1 0 m，缝隙宽度 为 0 0 2 m，利用 P E进行缝 隙 的填 充。若设置为六边 形，其尺寸 为：边长 0 3 m，缝 宽 0 0 0 3 0 0 0 5 m，缝 的深度 为 0 0 5 m。 ( 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 ( S L 2 7 4 2 0 0 1 ) 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 5 m时，面板厚度的确定方法应按公式( 1 ) 计算 ： 式( 1 ) ： 卵为 修正系数 ，整体式 为 1 0 ，装配式 为 叩 志 式 ( 2 ) ： x Q 3 Q 7( ) 兰 兰 三 ) 1 0 3 2 0 1 6 年第2期 水利规划与设计 设 计施 工 表 1 各种设计状态 下的 h 和 r 校核洪水情况下 设计洪水情况 下 正常蓄水情况下 h ( m) O 3 5 1 O 3 5 1 0 3 5 0 T ( S ) 2 6 2 9 2 6 2 9 2 6 2 6 ( 5 ) 平均波长计算 按式( 5 ) 进行计算 ： L m 0 3 8 6 W 2 ( 式 ( 5 ) 将 W =2 4 m s ，g=9 8 1 m s ，D =8 6 0 m 代 入 公 式 ( 5 ) 可算 得 L =8 6 7 4 m。 根 据 h m = _o 0 20 10 与 碾压式土石 坝设计规范 ( S L 2 7 4 2 0 0 1 ) 可知。不同累积频率下 的波高与平均波高比值为： h = 2 4 2 0 1 h1 = 2 42 h ， m = 2 4 2 0 3 5 1 ： 0 8 4 91 1 3_ 3 2 2混凝 土 护坡 厚度 计算 ( I ) 工程 计算 所需 资料 。 大坝内侧的护坡坡度为 3 0 m；护坡结构 的材料选 取 强度 为 C 1 5的 混凝 土 ，其 密 度 P = 2 4 t m。；水的密度 P =1 0 t m 。 ( 2 ) 护坡板的厚度 t 按公式 ( 1 ) 进行计算。 若当选取整浇切割 昆 凝土面板作为护坡结构时， 取系数 叼=1 0 ，并将快板制作为六方块 ，板长 b= 0 5 2 m，将 m= 3 0 ， P ：2 4 t m ， P =1 0 t m ，h 1 = 1 0 t m ，L ： 8 6 7 4 m带入式 ( 1 ) 算得 ：f ： 0 1 1 4 m。 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。 参考 文献 1 张志 浅谈水利工程混 凝土施 工的质 量控 制 J 水利技 术监 督， 2 0 1 5 ( 0 5 ) ： 2 5 2 7 2 杨洋 水利工程施工现 场危 险源管 理研究 J 水利规 划 与设 计 ， 2 0 1 5 ( O 7 ) ： 6 4 6 7 3 郑长海 ，陈友 山 ， 张样 敏 ， 关海龙大坝混凝土护坡现浇施工新 工艺 J 水利天地 ， 2 0 0 1 ( 0 5 ) ： 3 9 - 4 O 4 R a p h a e l ， J M P r d i e t i o n o f t e m p e r a t u r e i n r i v e r s a n d r e s e r v o i r s J o u r n a l o f P o w e r D i v J A S C E，1 0 2，1 9 6 2 ( 3 1 ) ：1 8 - 2 0 5 王子平 ， 武颜 ，邵刚切缝施工 法在现浇 素混凝 土护坡 中的应 用 J 黑龙江水专学报 ， 2 0 0 1 ( 0 4 ) ： 9 8 9 9 6 孙江岷 ， 李镭 ，等城 防堤采用 的现浇混凝土 护坡 技术 J 低 温建筑 技术 ，2 0 0 0 ( 0 2 ) ： 5 1 7 T o h r u K a w a g u e h i a n d S u n a o N a k a n e ，l n v e r s t i g a t i o n s o n d e t e r m i n i n g t h e r m a l s t r e s s i n ma s s i v e c o n c r e t e s t r u c t u r e s J j A C I ，1 9 9 6，9 3 ( O 1 ) 8 赵 国艳 浅谈 水利工程 现浇混凝土护坡板施工工艺 J 水利科 技与经济， 2 0 1 0 ( 0 7 ) ： 8 2 8 8 2 9 9 李绍 红 ， 韩先亮钢筋混凝 土护坡 加固工程施 工浅析 长江堤 防中混凝土护坡 J j ，治淮 ， 2 0 0 3 ( 0 4 ) ： 9 - 1 0 1 O 向锋 ，吴希华 ，李 雁 白混凝 土在护 坡 中的应 用与技 术 改进 J 东北水利水电 ， 1 9 9 9 ( 0 2 ) ： 2 6 - 2 8 1 1 徐琛琛 堤坝除险加固的整浇切 割混 凝土面板 护坡研究 D 长沙理工 大学 ， 2 0 1 2 f l 2 范亮先 后浇 混凝 土界 面 抗剪 性 能研 究 D 重 庆 交通 学 院 ， 2 0 0 4 ( 上接第 1 0 0页) 2张军伟 ，梅志荣 ，高菊茹 ， 唐与 ， 章元爱 大伙房输水工程特长 隧洞 T B M选 型及施工关键技术研究 J 现代 隧道技术 ， 2 0 1 0 ， 4 7 ( 0 5 )： 1 1 0 3 田永 清万家寨引黄工 程南 干线 7# 隧洞 T B M 施工工程 地质 条件分析 J 水利水电技 术， 2 0 1 0， 4 l ( 0 7 ) ：1 4 1 6 4王跃峰 ，王立选 ， 邵月顺深埋特长隧洞 T B M施工初探 J 水 利技术监督 ， 2 0 0 5 ( 0 4 )： 4 2 4 5 5 吴 贤国，张青英 ，张立茂 ，曾铁梅 ，仲景 冰基于动态故障树的 盾 构刀盘失 效风 险分析 J 土木 工程 与管理 学报 ，2 0 1 4， 3 1 - 1 0 4 ( 0 4)：6 0 6 6 6 高勤生 ， 赵鹏涛 ，崔团峰新型化学灌浆技 术在 T B M 围岩加 固 中的应用 J 人民黄河 2 0 1 0 ( 0 6 ) 7 孙洪凯 ， 祁海燕 ， 潘旭 ， 刘 录良，许晗T B M在隧洞不 良地质条 件下的施工技术 J 水 利规划 与设计 ， 2 0 1 5 ( 0 6 ) ： 7 8 7 9 8 康业 渊 ， 苏怀智 ，马文丽基 于遗传一 层次分 析法的堤 防安全综 合评 价 J 人民黄河 ， 2 0 1 4， 3 6 ( 0 2) ： 9 - 1 2 9 葛寨辉 富水粉细砂层 拆除被 困 T B M 刀盘 注浆加 固技术 J 隧道 建设 ， 2 0 1 2， 3 2 ( s 2 ) ：1 0 5 1 1 0 1 O 温森，徐卫亚洞室变形引起 的双护 盾 T B M施 工事故 风险分 析 J 岩石力学与工程学报2 0 1 1 ( S 1 )