小型水库除险加固中上游护坡型式的选择

摘 要： 根据工程实践，结合山东农业大学勘察设计研究院在小型水库除险加固设计中上游护坡型式的选择经验和教训，分析了现有小型水库上游护坡几种常用型式的优点和缺点，对今后小型水库除险加固上游护坡型式的选择，具有一定的指导意义。

关键词：小型水库除险加固；上游护坡

中图分类号：C35 文献标识码： A

由于历史原因山东省的小型水库始建标准低，很多工程多次加高、分期建成，工程质量存在很多缺陷；运行多年以来，维修养护跟不上，设备老化失修，管理体制和运行机制已经不适应经济和社会的发展要求；近年来，由于汛期雨水偏多，暴雨洪水强度大，历时长，部分小型水库仍屡屡发生险情，危及下游人民群众的生命安全，已成为防汛和安全管理工作的心腹大患。山东省委、省政府领导力行实践科学发展观，站在全省经济社会发展的大局和战略高度，坚持以人为本，执政为民的理念，紧紧围绕“保障防洪安全、饮水安全、生态安全、促进人水和谐”的治水战略目标，与2007年11月作出了关于加快实施病险水库除险加固及河道治理工程的重大战略部署。

为提高除险加固工程设计的质量，按时完成省政府规定的除险加固任务，应遵循以下基本原则：一是以安全加固解除病险为主，不增大水库工程的规模；二是突出解决以下主要问题：防洪标准达不到国家防洪标准要求；已发生明显的坝体坝基和放水洞漏水危及工程安全；工程结构破坏或稳定安全系数达不到规范要求；放水洞不能正常运行、溢洪道不能安全泄洪等；三是尽量利用原有的工程设施以节约投资，并做好新老工程的衔接，防止留下新的隐患；四是尽量减少土地占用，方便群众，并与水资源利用充分结合。

本文以截止2009年6月之前已经完成除险加固和在建的山东省泰安市泰山区和岱岳区的小型水库为例，结合我院在此次小型水库除险加固工程中设计的经验和教训，详细介绍在小型水库除险加固中上游护坡型式的选择。

1 上游护坡

1.1上游护坡的作用

上游护坡是土坝外部结构的重要组成部分，作用主要是保护坝坡及坝体免受波浪冲刷及冰凌的影响，保护上游坡细土粒不被波动水流带出，防止靠近保护上游坡细土粒不被波动水流带出；防止坝体粘性土冻结、膨胀和收缩；防止鼠、蛇、白蚁等动物在坝内做窝；防止根系发达的植物在坝面上生长等作用。

（1）高密度混凝土预制块护坡；

（2）井字网格护坡；

（3）干砌块石护坡；

（4）喷射混凝土坡；

（5）抛石护坡；

1.3选择护坡材料的原则

（1）能抵抗风浪的冲刷作用；

（2）保护底层土料不被冲刷；

（3）降低工程造价，尽量就地取材；

（4）护坡施工简单，容易维修。

2 山东省小型水库上游护坡现状

2.1 山东省小型水库上游护坡存在的主要问题

（1）坡块径小，重量轻，厚度薄，抗冲能力差；

（2）不规整，缝隙大，高低不平，且未按反滤要求铺设；

（3）风化严重，已经完全起不到护坡的作用。

2.2 上游护坡在此次加固中的地位

（1）上游护坡在保护水库安全上起着重要作用；

（2）护坡型式的选择直接影响着工程投资；

（3）护坡还直接影响加固的表观效果。

3 结合工程实践，分别论述上游护坡可供选择的类型

3.1高密度混凝土预制块护坡

我院设计的泰安市岱岳区2008年除险加固的小型水库全部采用了这种护坡型式；原有的大坝乱石护坡，除了把能用的挑选出来做下游排水体和防护墙（防浪墙）基础，剩余的全部抛入上游死水位以下，作抛石护坡。

我院设计的高密度混凝土预制块主要技术指标：抗压强度不低于C25，抗渗等级不低于W4，抗冻等级不低于F150；预制块平面尺寸519mm×379mm，厚150mm；

优点：施工简单，施工速度快，平整美观；

缺点：水位变动区抗冻性及抗水侵蚀性差，耐久性差。

经过一年的运行，这种护坡型式出现以下问题：

（1）由于施工单位没有严格按照设计技术指标购买由正规企业生产的预制块，而是用自己预制的，结果现场可以看到，有的预制块已经脱皮，有的被雨水冲刷后表面凹凸不平；

（2）在水位变动区，预制块的损坏比较严重。

3.2 井字网格护坡

我院设计的泰安市泰山区2008年除险加固的安家林水库部分护坡（上游死水位至第一戗台处）采用了这种型式。

井字网格护坡是近几年发展起来的一种护坡型式。目前在米山水库的护坡上已有应用，并取得了较好的效果。所谓井字网格是指沿土坝上游纵横向以一定的间距设置砼或浆砌石结构，其宽度≥0.3m，厚度≥0.2m；水平向结构称为梁，纵向结构称为竖向格。格和梁组成井字网格，其间距一般≥5.0m。在梁格内铺砌较小的块石护坡，这就形成了井字网格护坡。网格布置和梁格尺寸必须根据浪压力的大小，经计算确定。

优点：

（1）网格在坝面上形成具有整体刚度的框架结构，其本身可以承受浪压力及水流冲（退）刷作用，同时增加了护坡的整体性和稳定性；

（2）当护坡局部塌陷或风浪作用而损坏时，可使损坏限制在一定范围内，防止损坏的影响和范围扩大。

（3）充分利用现有的资源，降低了工程投资。

缺点：施工难度较大，施工速度很慢；美观性差。

泰安市泰山区安家林水库运行一年来，这种护坡型式取得了比较满意的效果。因此在小型水库除险加固中是值得推广的一种护坡型式。

3.3 喷射混凝土护坡 我院设计的泰安市岱岳区2008年除险加固的珂珞山水库部分护坡（上游死水位至第一戗台处）采用了这种型式。

喷射混凝土护坡是在质量差、尺寸小、重量轻、抗风化能力差的干砌块乱石上喷射一层厚度不小于100mm的砼护坡型式。

喷射混凝土护坡的主要工艺：

（1）确定加固范围：根据护坡损坏情况及水位、风浪作用范围等确定；

（2）坝坡整平：喷射砼之前应将坝坡整平，清除缝间杂物，石料缝隙充填砂石；

（3）砼强度要求：抗压强度不低于C25，抗渗等级不低于W4，抗冻等级不低于F150；

（5）排水：排水设施常在每块砼板上留2个直径50mm的排水孔，或采用部分缝间排水。

优点：充分利用现有资源，降低工程投资；增加护坡的整体性；施工速度快。

缺点：施工质量难以控制。

泰安市岱岳区珂珞山水库水库运行一年来，这种护坡型式取得了满意的效果。因此在小型水库除险加固中是值得推广的一种护坡型式。

3.4干砌块石护坡

干砌块石护坡是所有护坡型式中效果最好的，但造价最高。考虑到小型水库除险加固的工程投资，在我院设计的除险加固水库中没有一座全部采用这种护坡型式。

3.5综合式护坡型式

我院在总结2008年小型水库除险加固设计的经验和教训基础上，2009年设计的小型水库采用了综合式护坡型式，即把以上几种护坡型式，有选择的应用在同一水库的护坡上；

现举例来说：2009年泰安市岱岳区鸡鸣返水库就是采用了这种护坡型式：高密度砼预制块护坡+干砌块石护坡+井字网格护坡。即：

（1）兴利水位以上0.5 m至坝顶之间，采用高密度砼预制块护坡。

（2）上游坡兴利水位0.5 m至兴利水位以下2.5 m之间（即在水位变动区）采用干砌块石护坡；

（3）兴利水位以下2.5 m至死水位之间，采用井字网格护坡。

这种护坡型式充分利用了现有资源，降低了工程投资，发挥了几种常用护坡型式的优点。因此这种综合式护坡型式在小型水库除险加固中是最值得推广的一种护坡型式。

4 展望

我院计划在2010年小型水库除险加固中应用生态护坡方案：在水面很少到达的设计洪水位线以上部位采用砼梁网格内植草皮或植草砖护坡。下游采用既能保护下游坝坡，又能产生经济效益的植被的护坡型式。

结论

我省的小型水库除险加固还在进行着，设计人员应该本着以安全经济、科学高效的原则，优选上游护坡加固方案，降低工程投资，从而向全省人民交一份满意的答卷。