一种均质土坝护坡及其防冻胀方法

摘要

一种均质土坝护坡，由土工袋1、混凝土板2所构成；其中，土工袋1铺设在均质土坝上游面，在土工袋1外侧铺设混凝土板2。该护坡的防冻胀方法，1)回填均质土坝，坝形为梯形；2)将土工袋1沿着坝轴线方向水平铺设，然后压实，直至达到设计要求的碾压密度为止；3)当土工袋铺设、碾压完毕后，再在土工袋外侧面铺设混凝土板，每块混凝土板之间用砂浆处理。另外，冻结过程中在土体温度梯度和吸力梯度作用下，单个土工袋渗透系数较小，材料能有效抑制毛细水通过土工袋之间迁移。同时，具有简单、方便、经济、实用等优点。

说明书

一、技术领域

本发明属于水利工程技术领域，是一种均质土坝护坡及其防冻胀方法，该方法适用于在寒冷地区建造均质土坝时，利用土工袋和混凝土板组合体作为防冻胀方法，到达防冻胀效果。

二、背景技术

寒冷地区，均质土坝护坡在冬季负温作用下会产生冻胀变形，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，经过反复冻融、冰推和风浪作用下土坝护坡会产生破坏。冻融冻胀作用及冰推力对寒冷地区各类工程及建筑物造成了很大危害。现有均质土坝护坡主要在坝体填土表面铺设混凝土板然后形成均质土坝护坡，坝体护坡结构单一，春季在风浪作用下产生冰推力，经过反复冻融、冰推和风浪作用下土坝护坡会产生破坏。一种均质土坝护坡的防冻胀结构形式是在坝体填土表层铺设土工袋，然后在土工袋外层铺设混凝土板从而形成新型均质土坝护坡防冻胀形式，本发明对现有的均质土坝防冻胀形式与新型均质土坝防冻胀结构形式进行了对比试验，试验结果表明本发明均质土坝护坡防冻胀效果明显，新型均质土坝护坡防冻胀结构具有抑制毛细水上升、适应不均匀变形强、抑制坝体填土冻胀及坝体护坡防冻胀等优点，然而，现有均质土坝防冻胀形式由坝体填土表面铺设混凝土板形成防冻胀结构，均质土坝结构形式单一，防冻胀效果差，无法抑制毛细水上升，没有从本质解决防冻胀问题，均质土坝护坡经过几个冻融循环作用和冰冻害后，均质土坝护坡产生冻胀破坏，不仅影响大坝的运行效益而且增加了水库维护费用。毛细水上升是引起冻胀的根本原因，因此，开发一种既能抑制毛细水上升，又能适应冻胀变形能力强的柔性材料以达到防冻胀效果，对寒冷地区均质土坝防冻胀具有重要的现实意义。

三、发明内容

本发明目的在于克服现有均质土坝护坡的上述缺陷，本发明提供了一种均质土坝护坡及其防冻胀方法。

一种均质土坝护坡，其特征在于该护坡由土工袋1、混凝土板2所构成；其中，土工袋1铺设在均质土坝上游面，在土工袋1外侧铺设混凝土板2。

所述的均质土坝护坡的防冻胀方法，其方法步骤如下：

1) 回填均质土坝，坝形为梯形，坝高25m，上游面、下游面倾角30°；

2) 将现场开挖的土装入编织袋后制成土工袋1，土工袋规格分为50×80cm，25cm×40cm两种，将50×80cm土工袋1沿着坝轴线方向水平铺设一层，然后将25cm×40cm土工袋1沿着坝轴线方向铺设一层，每铺设6层后用碾压机压实1次, 直至达到设计要求的碾压密度为止，直至铺设到坝高25m为止；

3) 当土工袋铺设、碾压完毕后，再在土工袋外侧面铺设混凝土板，每块混凝土板之间用砂浆处理。

所述的一种均质土坝护坡的防冻胀方法，其特征在于所述的土工编织袋，编织袋中加3%抗老化剂的聚丙烯材料制成。

所述的一种均质土坝护坡在水利工程中的应用。

对现有均质土坝护坡和本发明的均质土坝护坡进行了室内冻胀对比试验。

分别进行一种均质土坝护坡及其防冻胀方法和现状均质土坝防冻胀方法的防冻胀试验；分别对上述2模型在-35℃下冻结48h，测得上述2模型护坡中部的冻胀冻胀量见表1；

表1 本发明均质土坝护坡及其防冻胀方法和现状均质土坝防冻胀方法的冻胀量(单位：cm)

类别0h12h24h36h48h本发明均质土坝护坡防冻胀方法000.230.520.81现有均质土坝防冻胀方法00.20.71.231.94

本发明的原理如下：(1)利用袋子的张力抑制袋内土体冻胀变形，从而达到防冻胀效果。(2)利用土工袋组合体抑制毛细水上升，从而达到防冻胀效果。(3)土工袋本身为柔性材料，适应不均匀变形及冰推作用的能力强，从而到达防冻胀效果。

经过室内对比试验，本发明与现状均质土坝护坡试验相比，具有如下优点：

1. 本发明利用土工袋防冻融冻胀，取代了传统防冻胀材料，可以就地取材，降低工程造价，减少对土地资源和环境造成的破坏。

2. 本发明将土工袋作为防冻胀层，土工袋防冻胀层为柔性材料，与常规材料相比具有不均匀冻胀变形小，防冰推能力强，防冻胀效果好的特点。

3. 本发明利用土工袋组合体有效抑制毛细水上升，抑制毛细水效果明显优于其他防冻胀方法。

四、附图说明

图1现状均质土坝护坡的示意图

附图标记：1—混凝土板； 2—坝体；

图2本发明均质土坝护坡的示意图

附图标记：1—混凝土板； 2—坝体；3—土工袋；

五、具体实施方式

本发明是提供一种均质土坝护坡及其防冻胀方法，利用土工袋作为防冻胀材料，即将水库区开挖出来的土直接装入编织袋内，按照一定的方式排列布置在均质土坝坝体填土上游后，采用碾压设备逐层碾压土工袋，从而形成土工袋防冻胀层，以达到均质土坝护坡防冻融冻胀效果。

实施例1

一种均质土坝护坡，其特征在于该护坡由土工袋1、混凝土板2所构成；其中，土工袋1分为分为50×80cm，25cm×40cm两种，铺设在均质土坝上游面，在土工袋1外侧铺设混凝土板2，尺寸为80cm×80cm×10cm。

一种均质土坝护坡的防冻胀方法，其方法步骤如下：

1) 用粘土回填、碾压均质土坝，该均质土坝坝形为梯形，坝高25m，坝顶宽6m，上游面、下游面倾角30°，将含水量15%粘土回填摊平，每回填1m用40吨的振动碾碾压8遍，碾压后使得均质土坝的密度为1.6g/cm³，回填碾压完毕形成均质土坝坝体；

2) 将均质土坝坝体上游面整平，将现场开挖的含水量为15%的粘土按密度为1.6g/cm³分别装入编织袋后压扁制成土工袋1，土工袋规格分为50×80cm，25cm×40cm两种，分别将规格为50×80cm，25cm×40cm的土工袋运输至均质土坝上游面，将50×80cm土工袋1沿着坝轴线方向水平铺设一层，然后将25cm×40cm土工袋1沿着坝轴线方向铺设一层，使得上述两种土工袋与均质土坝坝体上游面紧密结合并使土工袋外侧面倾角为30°，每铺设6层后用用振动40吨的振动碾碾压1次，直至达到设计要求的碾压密度1.6g/cm³为止，直至铺设到坝高25m为止；

3) 当土工袋铺设、碾压完毕后，再在土工袋外侧面沿着坝轴线方向从坝底向坝顶水平铺设混凝土板2，混凝土板尺寸为80cm×80cm×10cm，混凝土板2强度为55MPa，每块混凝土板之间用M7.5的砂浆处理，处理后的每块混凝板形成一个土护坡面，护坡面倾角为30°。