优凝舒布洛克铰接式混凝土护坡在灌区输水干渠中的应用.doc

Articulating Concrete Block Applying to the Water Trunk Canal of Irrigation Area
Cheng Weiguo1，Zuo Beibei 2，Han Li 2，Yuan Anli2，WangYu2
(1.Jiangsu Usablock co., Ltd., Nanjing, China, 210005; 2.Heilongjiang Provincial Hydraulic Research Institute , Harbin Heilongjiang , China, 150080)
Abstract：Articulating concrete block is a chain revetment system composed by precast high-strength concrete board. This kind of structure has some distinguishing features, such as stable, flexible, simple construction, economic, lower cost and environmental protection. It can keep integrity when after freeze-thaw breakage, and avoid transmutation effectively. This article describes the structure and advantages of articulating concrete block, analysis of application and economic benefits achieved of articulating concrete block in water trunk canal of Ji Lin Hadashan irrigation area, the technology made the feasibility of application in the north.
Key words：Articulating concrete block；Hadashan irrigation area；water trunk canal

优凝舒布洛克铰接式混凝土护坡在灌区输水干渠中的应用
程卫国1, 左蓓蓓2，韩雷2，袁安丽2，王宇2
（1.北京中水万源科技公司、北京、100053；2.黑龙江省水利科学研究院、黑龙江哈尔滨、150080）
摘 要：优凝舒布洛克铰接式护坡是一种连锁型预制高强混凝土块铺面系统，具有稳定、柔性、施工简便、经济、生态环保的特点，在冻胀融沉破坏情况下能够保持铺面的完整性，能够有效防止坡面变形。本文介绍了优凝舒布洛克铰接式混凝土护坡的结构形式和其优点，并对优凝舒布洛克铰接式混凝土护坡在吉林省哈达山灌区输水干渠的应用与取得的效益进行分析,提出该技术在北方应用的可行性。
关 键 词：优凝舒布洛克铰接式混凝土护坡；哈达山灌区；输水干渠

1 优凝舒布洛克铰接式混凝土护坡概述
优凝舒布洛克铰接式护坡是一种连锁型预制高强混凝土块铺面系统，作为防止土壤冲刷的有效措施，从八十年代中期开始已在欧美国家得到了广泛的应用。整个系统是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土块，用一系列经过每个块体内部的预制孔内的横向绳索相互连接，而形成的连锁型柔性矩阵。优凝舒布洛克铰接式护坡系统主要用于天然河道、河沟或人工明渠的底部和边坡上。
优凝舒布洛克铰接式护坡混凝土块有两种主要类型：中间开孔式和中间封闭式，根据不同需要可以选择单一或两种类型组合的形式，并根据实际水流情况选择不同的尺寸和厚度。压实整平的土基上面铺好符合土质要求的反滤土工布或用于防渗的复合土工膜后便可摊铺优凝舒布洛克铰接式护坡块体。
2 优凝舒布洛克铰接式混凝土护坡的优点
2.1稳定性好、安全可靠
优凝舒布洛克铰接式护坡块是以水泥和密实骨料为主要原料，经静力加压或震动加压制成的防止土壤冲刷的预制高强的混凝土护坡块。护坡块体用一系列绳索连接起来，增加了铺面系统的整体稳定性，防止个别块体从系统中丢失。可在优凝舒布洛克铰接式生态护坡块体内或相邻块体之间的孔隙内种草，用草根的固土力增加铺面系统与土基之间的连接力。使得优凝舒布洛克铰接式护坡在高速水流以及其它恶劣环境下仍能保持完整的面层，防止下面的土体被侵蚀。
2.2柔性结构的特点
具有其它柔性铺面材料所有的优点如空隙率高，透水性好，遇到渠道小规模变形（由沉陷、滑坡、冻胀、结冰、膨胀土等引起的）时候具有高度的适应性[1]。
2.3施工简便经济
优凝舒布洛克铰接式护坡块形状规则，尺寸统一，可根据实际工程的需要，预先在生产厂内利用先进的砌块成型设备大批量生产，然后在生产厂或施工现场预先把独立的优凝舒布洛克铰接式生态护坡块用5mm到15mm的涤纶绳、镀锌或不锈钢索连接成柔性垫子，可人工铺设也可采用机械化施工，以提高施工精度和进度，减少大量人力费用。
新旧堤防都能用，可在水下施工。当最陡的边坡坡度达1:1或在高速水流引起的高切应力下仍可安全地工作。
2.4生态、美观、环保
优凝舒布洛克铰接式砌块有一定开孔率,具有较大的透气、透水性,所以利于河水渗入地下,保证地下水的正常补给,并且有利于护坡草本植物的生长,增大河水的净化能力。通过砌块形状的选择、铺砌方式的组合及砌块颜色的变化,可以建造美观的护坡工程[2。3]。
3 传统护坡结构的缺点
3.1传统的刚性衬砌护坡的缺点
传统的刚性衬砌（护坡铺面）如现浇混凝土、沥青混凝土、浆砌块石、乱石堆、泥灰土等也可以做防侵蚀护面，但是它们都存在下面一些致命的缺陷：a.总体成本高（材料用量多，人工费用大，维修费用高）； b.不易种草、绿化；c.耐久性差，对渠道小规模变形的适应性差，遇到不好的土质、沉陷、膨胀土、堤防塌陷、结冰隆起或水的扬压力时容易发生局部破坏或结构不稳定性；d. 刚性衬砌面一旦发生局部破坏，容易发生大面积的破坏，易导致下面的土的侵蚀，因为宽大的破碎板块在水流作用下很容易移走；e. 刚性衬砌的修补比较贵并且施工不方便。
3.2传统的柔性衬砌护坡的缺点
虽然传统的柔性护面系统如网状织物或防护垫一般成本低，渗透性好，为当地动植物提供更好的生长环境，但是它还是存在下列缺点：a.大多数网状织物或防护垫只为植被提供加固作用，所以施工最终覆盖面层时安全性不宜保证，植被本身全面生根后才对基土提供防冲蚀保护。b.网状织物或防护垫抗水流应力的能力有限，为减少衬砌面上水流的牵引力必须增加过水道的几何尺寸或者减少边坡坡度。这样由于防护措施不当而加大了工程投资。c.这种主要依靠植被来保护土壤的衬砌措施不适合长期淹没或持续流态下工作。
4 应用实例
4.1基本资料
哈达山水利枢纽工程（一期）坝址位于吉林省松原市城区东南约20km的第二松花江干流上，地理位置介于东经124°35″~128°50″之间，北纬41°43″~45°23″之间。冬季严寒而漫长。日平均气温低于零度的时间一般从每年的11月上旬开始，到翌年的3月下旬，长达五个月之久。年平均气温4.5℃，历年极端最低气温-37.8℃。
本次试验段为哈达山灌区干渠桩号为47+190~47+215段，双侧总长为50m，为挖方渠道，渠底高程为133.32m，设计渠顶高程139.30m，设计水位137.84m，地面高程140.70m，护砌高程138.65m，地下水位136.57m，渠底宽28m。
渠床土质从渠顶高程139.30m至高程129.28m为黄土状壤土，高程129.28m以下土质为壤土。
4.2设计
根据哈达山输水干渠所处的地理条件、地质条件，对试验工程衬砌结构选择的原则：一是采用柔性结构，有效地适应基础土质的冻胀变形，二是针对地下水位高的特点，大幅度减少衬砌体系的扬压力，本设计采用的结构体系透水性强，可实现此目的，同时由于排水性好，开放性系统也可降低基土的冻胀性；三是提高整个衬砌体系的整体性，砼铰接块整体性好，可最大限度地减小渠道冬季退水后存水产生的冰推力对边坡的破坏力；四是有良好的生态效应，衬砌体系水面线以上部分可以提供植物的生长空间，有良好的生态景观效应。
根据相关计算，该试验段选用铰接块尺寸为：550×450×150mm，选用封闭式砼铰接块，强度等级为C30、抗冻等级为F300、采用二级配。相关的计算包括：地基土的冻胀性确定计算，铰接块的抗漂浮抗掀起和下滑稳定计算等[5]。
护坡构造由上至下依次为：铰接块、长丝土工布（300g/m2）。
整个铰接块护坡铺设时其底部与土工布相结合，以防止渗漏。砼铰接块护坡结构定位于坡脚位置，首先在坡脚处水平铺设2m，接下来，从渠坡坡脚处向坡面及渠顶逐层施工，在渠顶位置，将1m长砼铰接块沿与水平方向成30°向下弯折插入一级戗台内部，固定并覆土夯实，使整个护坡结构更加稳定，以防下滑。相邻砼铰接块间由横穿块体的镀锌钢铰线连接成铺，每铺就位后，将其上下端进行固定，并用锁扣连接，使整个优凝舒布洛克铰接式护坡结构形成一个稳定、连续、柔性的整体[4]。

图1 优凝舒布洛克铰接式护坡结构图
Fig.1 ARMORFLEX structure
4.3应用效果
哈达山灌区干渠优凝舒布洛克铰接式护坡工程自施工到现在已运行6个月，经历了冬季的冻胀和春季的融沉，目前运行状况良好，没有发现块体脱落和冻融破坏等现象，由于其施工简便经济、后期维护费用低、表面整齐美观、生态环保，受到了施工单位的认可。

图2 优凝舒布洛克铰接式护坡冻融后照片
Fig.2 ARMORFLEX after freeze-thaw breakage
5 结语
优凝舒布洛克铰接式混凝土护坡，具有稳定、柔性、施工简便、生态环保的特点。在冻胀融沉破坏情况下能够保持铺面的完整性，能够有效防止坡面变形，与其他材料护坡相比，优凝舒布洛克铰接式护坡还可以大大节省施工期和后期的维护费用，因此选用优凝舒布洛克铰接式护坡是经济合理、技术可行的。优凝舒布洛克铰接式混凝土护坡在哈达山灌区干渠上的成功应用,其经验具有推广价值。但在北方寒冷地区的应用还很少，在实际工程中难免发现新的问题，这有待于我们科研工作者今后进一步的观察和论证。

参考文献
[1] 张玉清,宓永宁.优凝舒布洛克铰接式混凝土砌块护坡在北方
地区的应用[J] .人民黄河, 2008, 30 (8): 88
[2] 陈小华,李小平.河道生态护坡关键技术及其生态功能[I].生态学报.2007,27(3):1168-1176.
[3] 吴义锋,吕锡武,王新刚等.4种生态混凝土护坡护砌方式的生态特性研究[J] .安全与环境工程, 2007,14 (1): 9
[4] 季永兴,刘水芹,张勇.城市河道整治中生态型护坡结构探讨[S].水土保持研究,2001,8(4):25-28

作者简介：
左蓓蓓（1983－），女，黑龙江哈尔滨人，助工，工学学士，研究方向为寒区河流生态修复技术和寒区水工技术。韩雷（1974－），男，黑龙江宁安人，工程师，工学硕士。袁安丽（1976-），女，山东日照人，工程师，工学硕士。王宇（1982－），男，吉林松原人，助工，工学学士，研究方向为寒区河流生态修复技术和寒区水工技术。

联系方式：
哈尔滨市南岗区延兴路78号黑龙江省水利科学研究院（150080），0451-84119007。