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【摘 要】以某水库除险加固工程为实例，探讨碾压式土石坝上游现浇混凝土板护坡的重力稳定厚度计算、强度验算及细部构造设计。
【关键词】混凝土板护坡；波浪计算；厚度稳定强度
引言
碾压式土石坝的上游面应设置护坡，其主要作用是防止风浪淘刷、雨水冲刷、冰层冻胀、库区漂浮物撞击及順坝水流冲刷等作用对上游坝面的破坏。常用的护坡型式有：抛石护坡、干砌石护坡、浆砌石护坡、混凝土板（块）护坡。护坡的形式、厚度及材料粒径应根据坝的等级、运用条件和当地材料情况经技术经济比较确定。本文以某水库除险加固工程为实例，探讨碾压式土石坝上游混凝土板护坡的重力稳定厚度计算、强度验算及细部构造设计。
1.混凝土板的稳定计算
某水库控制流域面积4.5km2，干流长度4.2 km，干流比降为0.042，总库容107.9万m3。工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级。大坝为碾压土石坝，上游护坡型式为干砌石，由于施工质量差，脱落缺失严重，已经失去作用。在进行大坝除险加固设计过程中，考虑当地的材料情况和施工条件，对干砌石护坡和现浇混凝土板护坡进行了方案比选，最终经专家评审讨论，选定大坝上游的护坡型式为现浇混凝土板。
上式中，计算风速应根据规范要求确定，规范规定：正常运行情况下的3级、4级及5级坝，采用多年平均年最大风速的1.5倍。年最大风速和公式中风区长度的选用应符合规范附录A的规定。本工程计算风速为24.4m/s，风区长度D为1500m。经计算，累计频率为2%的波高h2%=1.88m，平均波长Lm=11.65m。
板在波浪作用下稳定的面板厚度计算公式中：hp为累计频率为1%的波高，可根据波浪计算结果h2%的值，查规范（表A.1.8）换算求得；Lm值同波浪计算结果；板的密度取2.4t/m3；坡率m值为2.5，沿坝坡向板长b为2m。经计算，混凝土板厚度t=0.197m，设计选用厚度为20cm。
2.强度验算
混凝土护坡板强度计算时，考虑作用于板上的力有五种：1）板上波浪压力；2）板下上托力；3）板上静水压力；4）板下静水压力；5）板自重。假设最大波浪压力强度Pz作用在板块的中心位置，板上的波浪压力和其他压力分布详见下图：
1）板上的波浪压力
本工程当板厚取20cm时，将以上各力组合起来，采用弹性地基上梁（板）的计算方法，得出混凝土板的最大弯矩值为17.8KN.m。强度的验算依据《水工混凝土结构设计规范》（SL 191-2008）对素混凝土受弯构件正截面承载力应符合的规定（公式5.3.2）进行。混凝土强度等级采用C20，经验算，该混凝土护坡板设计能满足强度要求。
3.细部设计
根据规范，混凝土板护坡细部设计主要包括板块的分缝处理、排水孔及防冻垫层设置等内容。本工程护坡范围为：上部与坝顶防浪墙连接，下部起始点为死水位以下1.5m，并在起始处设置混凝土齿墙。板块形状采用矩形，尺寸2m×3m，沿坝坡方向长度为2m。板块间分缝宽度为8cm，缝内填塞无砂混凝土，无砂混凝土有很好的透水效果，可以满足库水位降落时坝体排水要求；缝下铺土工布，土工布可以起到反滤作用，保护坝体填土不会在排水过程中被带出坝体。详见图2
由于原坝体存在渗漏问题，在进行除险加固设计时采用的防渗措施为重新填筑粘土斜墙。为防止粘土冻结和干燥，在其上部填筑了保护层，最小厚度为该地区的冻结深度。该保护层的设置既对斜墙起到了保护作用，同时也可以防止粘土因冻胀造成护坡变形，起到了防冻垫层的作用。
结束语：
碾压式土石坝上游混凝土板护坡受力复杂，计算有一定困难，规范给出了其在波浪作用下稳定的厚度计算公式，未提及强度计算方面的内容。在具体工程设计过程中，应对混凝土板进行强度验算，如若强度不能满足要求，可以调整板块尺寸，重新计算稳定厚度，直至满足强度要求；也可以采用直接增加板块厚度或采用钢筋混凝土板等措施。
参考文献：
[1]SL274-2007.碾压式土石坝设计规范[S]
[2]SL191-2008水工混凝土结构设计规范[S]
[3]华东水利学院.水工设计手册.第四卷.土石坝[M].中国水利电力出版社，1984.
[4]水利电力部第五工程局，水利电力部东北勘测设计院.土石坝设计.上册[M]. 水利电力出版社，1978.
【关键词】混凝土板护坡；波浪计算；厚度稳定强度
引言
碾压式土石坝的上游面应设置护坡，其主要作用是防止风浪淘刷、雨水冲刷、冰层冻胀、库区漂浮物撞击及順坝水流冲刷等作用对上游坝面的破坏。常用的护坡型式有：抛石护坡、干砌石护坡、浆砌石护坡、混凝土板（块）护坡。护坡的形式、厚度及材料粒径应根据坝的等级、运用条件和当地材料情况经技术经济比较确定。本文以某水库除险加固工程为实例，探讨碾压式土石坝上游混凝土板护坡的重力稳定厚度计算、强度验算及细部构造设计。
1.混凝土板的稳定计算
某水库控制流域面积4.5km2，干流长度4.2 km，干流比降为0.042，总库容107.9万m3。工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级。大坝为碾压土石坝，上游护坡型式为干砌石，由于施工质量差，脱落缺失严重，已经失去作用。在进行大坝除险加固设计过程中，考虑当地的材料情况和施工条件，对干砌石护坡和现浇混凝土板护坡进行了方案比选，最终经专家评审讨论，选定大坝上游的护坡型式为现浇混凝土板。
上式中，计算风速应根据规范要求确定，规范规定：正常运行情况下的3级、4级及5级坝，采用多年平均年最大风速的1.5倍。年最大风速和公式中风区长度的选用应符合规范附录A的规定。本工程计算风速为24.4m/s，风区长度D为1500m。经计算，累计频率为2%的波高h2%=1.88m，平均波长Lm=11.65m。
板在波浪作用下稳定的面板厚度计算公式中：hp为累计频率为1%的波高，可根据波浪计算结果h2%的值，查规范（表A.1.8）换算求得；Lm值同波浪计算结果；板的密度取2.4t/m3；坡率m值为2.5，沿坝坡向板长b为2m。经计算，混凝土板厚度t=0.197m，设计选用厚度为20cm。
2.强度验算
混凝土护坡板强度计算时，考虑作用于板上的力有五种：1）板上波浪压力；2）板下上托力；3）板上静水压力；4）板下静水压力；5）板自重。假设最大波浪压力强度Pz作用在板块的中心位置，板上的波浪压力和其他压力分布详见下图：
1）板上的波浪压力
本工程当板厚取20cm时，将以上各力组合起来，采用弹性地基上梁（板）的计算方法，得出混凝土板的最大弯矩值为17.8KN.m。强度的验算依据《水工混凝土结构设计规范》（SL 191-2008）对素混凝土受弯构件正截面承载力应符合的规定（公式5.3.2）进行。混凝土强度等级采用C20，经验算，该混凝土护坡板设计能满足强度要求。
3.细部设计
根据规范，混凝土板护坡细部设计主要包括板块的分缝处理、排水孔及防冻垫层设置等内容。本工程护坡范围为：上部与坝顶防浪墙连接，下部起始点为死水位以下1.5m，并在起始处设置混凝土齿墙。板块形状采用矩形，尺寸2m×3m，沿坝坡方向长度为2m。板块间分缝宽度为8cm，缝内填塞无砂混凝土，无砂混凝土有很好的透水效果，可以满足库水位降落时坝体排水要求；缝下铺土工布，土工布可以起到反滤作用，保护坝体填土不会在排水过程中被带出坝体。详见图2
由于原坝体存在渗漏问题，在进行除险加固设计时采用的防渗措施为重新填筑粘土斜墙。为防止粘土冻结和干燥，在其上部填筑了保护层，最小厚度为该地区的冻结深度。该保护层的设置既对斜墙起到了保护作用，同时也可以防止粘土因冻胀造成护坡变形，起到了防冻垫层的作用。
结束语：
碾压式土石坝上游混凝土板护坡受力复杂，计算有一定困难，规范给出了其在波浪作用下稳定的厚度计算公式，未提及强度计算方面的内容。在具体工程设计过程中，应对混凝土板进行强度验算，如若强度不能满足要求，可以调整板块尺寸，重新计算稳定厚度，直至满足强度要求；也可以采用直接增加板块厚度或采用钢筋混凝土板等措施。
参考文献：
[1]SL274-2007.碾压式土石坝设计规范[S]
[2]SL191-2008水工混凝土结构设计规范[S]
[3]华东水利学院.水工设计手册.第四卷.土石坝[M].中国水利电力出版社，1984.
[4]水利电力部第五工程局，水利电力部东北勘测设计院.土石坝设计.上册[M]. 水利电力出版社，1978.