框格梁和生态护坡技术在观景口水利枢纽工程中的应用

2021-10-27邓芸心齐燕清付世强张俊山郭志方

中国水利 2021年19期

邓芸心，齐燕清，付世强，张俊山，郭志方

（中国水利水电第十四工程局有限公司，401320，重庆）

重庆市观景口水利枢纽主坝坝型为混凝土面板堆石坝，坝后坡比为1∶1.4，经研究认为，采用框格梁+培土植草生态型护坡技术能较好地解决坝坡土质难以附着、植被难以生长的问题。

一、工艺原理

堆石坝坝体坡面较陡，采用大菱形框格梁结构护坡可解决工程中植草护坡稳定性差的问题，施工方便，外形大气美观。由于堆石坝边坡土壤基质层铺筑厚度难以保障，同时受雨水冲刷、无地下水补给以及坡面堆石间隙较大等因素影响，易造成坡面土壤流失和土壤保水性能差，导致植被缺少必要的生长基质、水分，同时土壤颗粒向坝体内部渗透可能造成坝体排水系统失效等问题。针对上述问题，可采用“固土保水”施工工艺，通过改善土壤基质的固土、保水、上下立体防流失等性能，增加土壤基质层的稳定性，保证植物生长存活率，同时保障了坝体排水性能及其稳定性。

1.大菱形框格护坡

大菱形框格梁为现浇混凝土框格结构，现浇框格梁截面为矩形结构，整体呈大菱形宽结构，框格梁坡面上下设置天地梁，天梁为倒“V”形现浇混凝土结构，地梁为梯形现浇混凝土结构。

2.优化材料运输

在施工过程中，合理布置通道，通过引入“爬山虎”边坡运料机，提高材料运输效率，减少人工成本投入，同时保障施工人员安全。

3.底层功能区

在土壤基质层设置底层功能区，将土壤层与坝体堆石结构进行隔离，使其各自保持独立的功能与作用。

底层功能区主要形成土壤与多余水分分离通道，能够明确土体界限，适应平整度较差的堆石坡面，增加土壤层与堆石结构之间摩阻力，防止土壤颗粒向坝体内部渗漏和顺坡向下滑动，并在出现降雨过多或其他土壤含水过量情况时，及时将多余的水向下渗漏，避免植被根系长时间浸泡引起烂根。

4.中间层功能区

在土壤基质层设置中间层功能区，防止土壤颗粒浸入坝体堆石结构，确保坝体安全稳定。

中间层功能区主要形成植物生长所需要的基质结构层，能够提供植被生长所需要的稳定基质，有效避免单一土壤覆盖层受雨水冲刷等外部环境影响导致的水土流失，同时能起到保水作用，并在一定时间内保证植被水分供应充足。

5.表层功能区

在土壤基质层设置表层功能区，及时将水分与土壤分离，多余水分下渗，土壤基质保持其形体。

表层功能区主要形成土壤及水分流失隔断，能够减少土壤表面的水分蒸发，尽可能长效地保持土壤水分充足。另外，遇大雨等极端天气情况时，该功能区是雨水冲刷土壤的“缓冲带”，以此解决高坡比边坡土壤易流失问题。

二、施工工艺流程及操作要点

1.施工工艺流程

堆石体生态型护坡施工工艺流程：施工准备→施工通道布置→测量控制与坡面修整→混凝土浇筑（踏步、马道、框格梁混凝土浇筑）→土壤改良→固土保水装置实施（底层、表层功能区布置）→优选草种→草皮养护→结束。

2.操作要点

（1）施工准备

首先风水电布置以及施工人员、设备和材料准备到位，然后进行施工图和施工方案技术和安全交底。

（2）施工通道布置

人工通道：人工通道设临时步道和永久步道。

材料运输通道：沿坡面纵向布置“爬山虎运料机”材料运输通道。

“爬山虎”运料机：运料机由运输轨道、卷扬机、运输小车组成。轨道通过支架支撑架设于坡面上。运行时，卷扬机通过牵引绳与顶部定滑轮带动小车沿轨道行走，从而实现运料机的载物运输功能。

（3）测量控制与坡面修整

待施工通道搭设完毕后，开始进行坡面的清理、平整工作。首先进行测量放线，测放出坡脚线和坡肩线，测量人员采用仪器控制指挥人工进行修整和安全处理，修坡自上而下进行。人工主要对坡面散落凸起的大块石进行清理，大块石清理完成后采用小粒径碎石（1～2 cm为宜）对坡面坑洼区域进行填补。碎石料在坡面上运输主要采用爬山虎运料机与溜槽，人工进行辅助。

在坡面修整中，应避免掏挖嵌于堆石体中承压的石块，只对表面松散、凸起的粒径较大块石进行清理，以确保堆石体整体安全稳定。坡面修整的同时，还应注意对下部观测墩、观测房及量水堰等结构物进行保护。

（4）混凝土浇筑施工

①踏步、马道（压顶、压脚）混凝土分段控制施工

踏步混凝土浇筑以每10 m左右设一道沉降缝为宜，马道混凝土浇筑以每12 m左右设一道沉降缝为宜，同时根据踏步/马道的长度及现场实际情况调整踏步混凝土的分缝，沉降缝采用沥青木板或泡沫板格挡，利用连续浇筑或分段施工，以避免踏步不规则开裂。

②框格梁混凝土分段控制施工

框格梁浇筑分区进行，以马道为分界线，每级边坡为一个分区。施工顺序按照先下部后上部进行；根据现场安排和进度要求，上一区施工开始后，在保障纵向上下互不干扰情况下，可同时开始下一区施工。

框格梁横向分段施工，分段长度以12 m、18 m或24 m控制，采用“M”形或双“M”形施工。施工方向按照可从左、右两侧向中间推进，也可由中间向两侧推进，相交两条框格梁在上一条框格梁浇筑时，留出交角部位的钢筋；在保证框格梁测量控制精度时，可以采用多段同时施工的方法。

③钢筋制造与安装

在施工框架钢筋之前，先清除框架基础底浮碴，保证基础密实；在框格梁节点和中部设置插筋，坡面上打短钢筋锚钉，准备好与混凝土保护层厚度一致的砂浆垫块；因框格梁钢筋直径一般较小，接头宜采用绑扎连接。钢筋底部用砂浆垫块垫起，与坡面保持一定距离，并和短钢筋锚钉连接牢固。

④模板制造与安装

坡面以上模板采用小块钢模板和木模板相结合，用短锚杆固定在坡面上以支撑模板或用铁丝拉住模板。梁顶部采用吊模并用铁丝固定在短锚杆、锚杆或梁主筋上，最后楔入木块。模板采用胶合板定型模。模板每5m放一控制点挂线施工，保证线形顺畅，符合施工要求。

模板表面刷脱模剂，模板接装要平整、严实、净空尺寸准确，符合设计要求并美观。用仓位拉筋、钢管支撑固定模板，模板底部要与基础紧密接触，以防跑浆、胀模。检查立模质量，测量人员校模，并做好原始质检记录。

⑤混凝土配比控制

用于边坡框格梁浇筑的混凝土集料必须符合和易性好、坍落度低。拌和料坍落度控制在5～10 cm为宜，具体配比以拌和料适应现场边坡环境，能够于边坡附着为标准。在试验配合比基础上，实际拌料过程还应当充分考虑工程实际情况，如混凝土的运距、入仓方式、浇筑时的天气、入仓溜槽的长短等。

⑥混凝土运输与浇筑

混凝土由拌和站拌制，采用8 m3罐车运输至现场，利用搭设的溜槽入仓。浇筑过程尽量利用就近马道作为溜槽起点，避免溜槽距离过长。浇筑前对基槽进行适量的湿润，浇筑时从下自上均匀上升，浇筑过程中有混凝土滑动迹象可采取暂停等强、加固模板等方法。振捣主要采用插入式振捣器，局部可以采用人工插捣。同幅原则上一次性浇筑结束，因故中断的，施工缝应凿毛处理。混凝土浇筑完成达到初凝后进行养护，养护采取覆盖土工布的方式并洒水保持湿润14 d。

推荐框格梁上部采用翻模工艺，浇筑时盖模封住保证混凝土不流淌外溢，初凝前翻开模板进行抹面施工。

（5）土壤改良

通过土壤检测了解土料营养物质的缺失和含量情况，通过添加一定比例的肥料来改善土料营养。为了应对取土和人为因素的影响，添加部分有机质作为土壤改良基质，土料和有机质按照8∶2（土料∶有机质）的比例混合，按照0.03～0.06 kg/m3掺入（氮磷钾）复合肥。按照0.75～1.5kg/m3掺入专用保水剂，保水剂为粉末状，吸水倍率不小于300，以此改良土壤的透气性和土粒结构，减少土壤的板结现象。

土料集中存放于堆存料场，分区布置土料区、有机料区，中间主要为装料区，装料区主要为混料装料平台。在装料区将土料和有机料及配料按照配合比进行混合后拌制均匀。拌制完成即进行装袋，为了便于边坡码砌和修整，植生袋采用不饱和法装料，装80%左右混合料后封口，整齐码放在通道侧待转运。

（6）固土保水装置实施

进行底层功能区布置。将面板堆石坝生态护坡坡面整平后，透水性土工合成材料（丙纶、涤纶、锦纶等合成纤维针刺或编织物）铺设在堆石的上面，将透水性土工合成材料的边缘固定，形成土壤与多余水分分离通道。

进行中间层功能区布置。中间层功能区由植生袋构成，植生袋内为土壤和保水剂，形成植物生长所需要的基质结构层，其中包括土壤拌和、装袋、运输、堆砌等，加入边坡专用保水材料（聚丙烯酸盐高吸水性树脂，主要成分一般为:聚丙烯酸盐88%+水8%～10%+交联剂0.5%～1.0%），使植物可以对抗伏旱季或者养护人员长时间疏于管理等不利情况。

进行表层功能区布置。表层功能区为三维植被网覆盖及固定，形成土壤及水分流失隔断。

底层功能区主要形成土壤与多余水分分离通道，中间层功能区主要形成植物生长所需要的稳定基质结构层，表层功能区主要形成土壤及水分流失隔断。按照多功能区划分，各功能区协同增益又功能独立，这样能改善堆石坝生态护坡的基层结构，减少堆石坝生态护坡水土流失与含水过量现象。植草绿化护坡整体采用固土保水装置，可增加土体稳定，保障土体界限，同时也防止土颗粒流失、土壤水分短时间大量流失以及过水浸泡引起的植被烂根。

固土保水装置的隔离功能将土壤层与坝体堆石结构进行隔离，使其各自保持独立的功能与作用；防护功能则可防止土壤颗粒浸入坝体堆石结构，确保坝体安全稳定；过滤功能可及时将水分与土壤分离，多余水分下渗，土壤基质保持其形体。固土保水装置示意，见图1。