專利名稱：通氣透水性生態(tài)混凝土蓄水側(cè)坡面的建造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由土砂、巖石等自然材料堆積起來的水庫、河川堤壩等與水接觸的側(cè)坡面的建造方法，具體是指一種通氣透水性生態(tài)混凝土側(cè)坡面的建造方法。
背景技術(shù)：
在水庫、河川堤壩等蓄水池側(cè)坡面上采用的最為常見的護坡技術(shù)主要有拋石坡、漿砌石塊、全坡面現(xiàn)澆混凝土板、預(yù)制混凝土砌塊等護坡。但是，無論是哪一種技術(shù)，嚴(yán)格地說都是先在堆土側(cè)坡面上覆蓋砂石層等，以起到反濾層的作用，然后再在該反濾層上采用自身不具有通氣透水性能的拋石、漿砌石塊、現(xiàn)澆混凝土板或者預(yù)制格狀混凝土砌塊等相關(guān)技術(shù)進行護坡。
由于以上護堤技術(shù)所采用的自然石場、漿砌石塊、現(xiàn)澆混凝土板或者預(yù)制混凝土砌塊等素材本身都不具備通氣透水性能，故原堆土側(cè)坡面或山坡里面的排水只能借助于這些素材之間形成的間隙或者通過內(nèi)部設(shè)置的一些排氣孔來實現(xiàn)，從而達到側(cè)坡面通氣透水的目的。但是，由此帶來的后果是波浪會沿著排氣孔和間隙猛烈地侵入，使得原坡面堆土材料不斷地受到波浪的沖刷侵蝕；與此同時，由于水位的急劇變化，使得堆土沿著排水孔和間隙出現(xiàn)被吸出的現(xiàn)象，從而造成土顆粒流失、坡面被洗掘等一系列問題。特別是對于水庫、河川堤壩等的蓄水側(cè)坡面，由于水位的變動使得水庫、堤壩的側(cè)坡面受到循環(huán)水的沖刷作用，隨著坡面中堆填土的流失，排水量增大，堆土很容易集中到某一部分的排氣孔或者間隙處直接被吸出，從而進一步加大坡面被洗掘的危險性?？紤]到這一點，現(xiàn)有的現(xiàn)澆混凝土板護坡技術(shù)，也會在間隙處預(yù)先鋪設(shè)一定寬度的土工布，利用其過濾性能及排水性能，減少滲透壓力并保護墊層，但是這種土工布容易失效，需要定期的更換，給工程的管理與維護帶來麻煩。總而言之，現(xiàn)有的蓄水池側(cè)坡面護堤技術(shù)的反濾效果并沒有達到解決根本問題的要求。
此外，直到現(xiàn)在為止，設(shè)計蓄水側(cè)坡面時依然要考慮到堤體富余高度必須設(shè)計得很大這個問題，這是因為當(dāng)波浪沖擊坡面時，波浪的前進方向會沿著護岸向上變化，波浪所持有的動能將轉(zhuǎn)換為勢能，勢必造成波浪向上爬的高度增大，所以堤體的富余高度必須建得很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通氣透水性生態(tài)混凝土蓄水側(cè)坡面的建造方法。使其具有較好的護坡能力，無須在堆土坡面上覆蓋砂石層、土工布等具有反濾效果的材料，自身就具有很好的反濾作用，可以防止原坡面堆土被吸出洗掘的現(xiàn)象發(fā)生；同時，使其具有較好的消波性能，能有效降低蓄水側(cè)坡面的富余高度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在受波浪沖擊的堆填土質(zhì)材料蓄水側(cè)坡面上，設(shè)置一層由粒狀集料、粘結(jié)該粒狀集料的水泥水化物以及粒狀集料之間的連續(xù)空隙共同構(gòu)成的通氣透水性生態(tài)混凝土層。
所述粒狀集料根據(jù)粒徑的不同分為粗骨料和細(xì)骨料，其中粗骨料粒徑為2.5～25mm，細(xì)骨料粒徑為0.15～10mm，粗、細(xì)骨料的質(zhì)量配合比為3∶1～20∶1，兩者占通氣透水性生態(tài)混凝土總質(zhì)量的78％～85.5％，以下的配合比均為質(zhì)量百分比；將粒狀集料和水泥水化物在混凝土攪拌機進行攪拌混合，然后再往所要澆注的位置處進行澆注，水化產(chǎn)物硬化后得到通氣透水性生態(tài)混凝土層。
所述水泥水化物可以是硅酸鹽水泥與水的水化產(chǎn)物，或者是包含有硅酸鹽水泥、水、水泥改質(zhì)劑和引氣劑的混合物的水化產(chǎn)物，其水灰比控制在0.4～0.25之間。
水泥和水的摻量占生態(tài)混凝土總量的12.5％～20％；水泥改質(zhì)劑添加量為生態(tài)混凝土總量的1.4％～2.3％，用以促進水泥成分的凝固或者提高水泥的粘結(jié)力；引氣劑添加量為生態(tài)混凝土總量的0.0015％～0.003％，用以提高通氣透水性混凝土的耐久性、抗凍性，提高凍融循環(huán)次數(shù)，引氣劑可采用AE劑。
經(jīng)過試驗對比，本發(fā)明技術(shù)方案中水泥和水的摻量為較佳的選擇，因為在制造通氣透水性混凝土過程中，如果水泥和水的摻量少于粒狀集料的10％時，則集料之間粘結(jié)用的水泥水化物的數(shù)量就顯得較少，使得集料之間的粘結(jié)變得不完全或不充分，從而只能制出力學(xué)強度較低、不能滿足強度要求的混凝土。如果水泥和水的摻量超過集料重量的30％，雖然集料之間的粘結(jié)力很強，粘結(jié)也很充分，但造成集料之間的連續(xù)狀空隙很難形成，只能制成一些具有獨立空隙如氣泡而失去了通氣透水性能的、與普通混凝土性能較接近的混凝土，不能滿足通氣透水性要求。
本發(fā)明還有如下的優(yōu)點(1)采用本發(fā)明方法建造的蓄水側(cè)坡面，當(dāng)其受到波浪沖擊時，波浪會侵入到通氣透水性生態(tài)混凝土層的連續(xù)狀空隙中去。在連續(xù)狀空隙里，波浪在通過空隙中的復(fù)雜路徑時，相互之間不斷發(fā)生沖撞，加上路徑壁面的摩擦作用，使得波浪的流速大幅下降。另外，在坡體表面上，連續(xù)性空隙的開口處呈現(xiàn)凸凹狀，這使得波浪在此沖撞時發(fā)生反射，從而改變了波浪的流動方向，其大小也被減弱了。因此，根據(jù)這樣的消波原理及其產(chǎn)生的效果，使得波浪向上沖起的高度明顯地變低，從而可以降低蓄水側(cè)坡面的富余高度，減少施工成本。
(2)由于上述的消波作用，侵入坡面內(nèi)部的水的上下活動速度會變得特別慢，使得滲進坡面內(nèi)部中的水的上下活動振幅與波浪的原振幅相比顯得很小，從而提高了護坡能力。
(3)采用含有細(xì)骨料的粒狀集料制成的通氣透水性混凝土進行護坡，其反濾性能也得到提高。因為當(dāng)把通氣透水性能控制在一定的范圍內(nèi)時，滲透水的流速會變得特別慢，這樣，對于坡面的堆土細(xì)顆粒來說，其受到水的作用力會變得很微小。由此，即使受到大波浪沖擊或者水位發(fā)生急劇地變化，坡面推土的細(xì)顆粒流失的危險性也極小，內(nèi)部的堆土就不會被吸出和洗掘。


圖1是本發(fā)明方法中的通氣透水性混凝土構(gòu)造的斷面模型圖。
圖2是本發(fā)明方法建造的水庫或河川的堤壩斷面圖。
圖3本發(fā)明方法建造的側(cè)坡面抑制波浪上揚的對比效果坐標(biāo)圖。
圖中序號1.粒狀集料；2.水泥水化物；3.連續(xù)空隙；4.堤壩；5.堆填土質(zhì)材料；6.通氣透水性混凝土；7.坡面。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明方法獲得的通氣透水性混凝土結(jié)構(gòu)中包括粒狀集料1、粘結(jié)該粒狀集料的水泥水化物2以及粒狀集料之間的連續(xù)空隙3。
如圖2所示，用本發(fā)明方法建造的水庫或河川的堤壩4的蓄水側(cè)坡面，其結(jié)構(gòu)由梯形斷面上堆填土質(zhì)材料5、通氣透水性混凝土6所構(gòu)成。
除此之外，為了使通氣透水性混凝土具有更好的反濾效果，還可以在已經(jīng)硬化的通氣透水性混凝土的空隙里注入細(xì)砂，形成一個整體。此種情況下，空隙通道并不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象從而降低透水系數(shù)。和現(xiàn)有的使用石塊材料等技術(shù)相比，其施工簡單工期短，并且施工后易于維護管理。
本發(fā)明實施例的通氣透水性混凝土的配方如表1所示，表中列出了兩個實施例中各種材料與生態(tài)混凝土的質(zhì)量百分比，表中還附加了不含有細(xì)骨料的對比方案的配方
表1

表1中的的添加劑SR-3是鎮(zhèn)江久久生態(tài)材料有限公司生產(chǎn)的以碳酸鈣為主要成分的生態(tài)混凝土專用無機質(zhì)添加劑。表1中所列實施例的通氣透水性混凝土與比較方案及普通混凝土的各項指標(biāo)的對比數(shù)據(jù)如表2所示表2

由表2結(jié)果可知，本實施例中兩種方案的通氣透水性混凝土，性能幾乎一樣，與一般混凝土相比具有相同抗壓強度、抗凍性，且其透水系數(shù)控制在0.1cm/s以上，空隙率比沒有透水性能的一般混凝土要高的多，可起到對于各種坡面堆土和切土的保護作用。
針對采用上述實施例一的方案進行護坡和采用現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)場澆注混凝土板護坡的技法進行消波試驗和土砂的流失(管涌)試驗。
一、消波試驗采用堆填土質(zhì)材料的方法建成人造水渠，其堤壩寬度0.9m，高度0.8m，如圖2所示其坡面7的坡度為1∶2。在這個坡面7上，按上述的實施例一的配方，澆筑厚度為120mm的通氣透水性混凝土。然后利用造波裝置，制作周期為1.6～1.8s/回，波高為3.0～10.0cm的波浪，對著坡面7上的通氣透水混凝土層進行沖擊，測定波浪的上揚高度。
對比例為采用現(xiàn)有護坡技術(shù)方案，現(xiàn)場澆筑混凝土，仿造其構(gòu)造，制作成混凝土擱板狀，覆蓋在坡面上，并在混凝土擱板表面設(shè)置排水孔及擱板之間形成一些微小間隙，和本發(fā)明實施例同時進行試驗，測定波浪的上揚高度。
消波試驗結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，利用如本發(fā)明的實施方案所示護坡，無論波浪的強弱、高低，其消波的效果是非常顯著的。
二、土砂的流失(管涌)試驗基于以上的消波試驗的坡面，對堆填土質(zhì)材料的吸出(洗掘)現(xiàn)象進行觀察，并深入地觀察了通氣透水性混凝土的反濾效果。其結(jié)果雖然經(jīng)過了一個小時的沖擊，對于由實施方案所構(gòu)成的坡面，堆填土材料絲毫沒有被吸出(洗掘)現(xiàn)象。相比之下，對比例中由原來護坡設(shè)計方案即擱板混凝土構(gòu)成的護坡面，在第一次波浪沖擊后，坡面里的堆土就發(fā)生了被吸出或洗掘的現(xiàn)象，并逐漸地以波浪上揚的高度作為上端起點，沿著坡面在混凝土擱板下形成了多分支的小水路。
權(quán)利要求
1.一種通氣透水性生態(tài)混凝土蓄水側(cè)坡面的建造方法，其特征是在受波浪沖擊的堆填土質(zhì)材料蓄水側(cè)坡面上，設(shè)置一層由粒狀骨料、粘結(jié)該粒狀骨料的水泥水化物以及粒狀骨料之間的連續(xù)空隙共同構(gòu)成的通氣透水性生態(tài)混凝土層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通氣透水性生態(tài)混凝土蓄水側(cè)坡面的建造方法，其特征是通氣透水性生態(tài)混凝土層中所包含的粒狀骨料根據(jù)粒徑的不同分為粗骨料和細(xì)骨料，其中粗骨料粒徑為2.5～25mm，細(xì)骨料粒徑為0.15～10mm，粗、細(xì)骨料的質(zhì)量配合比為3∶1～20∶1，兩者占生態(tài)混凝土總質(zhì)量的78％～85.5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通氣透水性生態(tài)混凝土蓄水側(cè)坡面的建造方法，其特征是所述水泥水化物是硅酸鹽水泥與水的水化產(chǎn)物，其水灰比控制在0.4～0.25之間，水泥和水的摻量占生態(tài)混凝土總質(zhì)量的12.5％～20％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通氣透水性生態(tài)混凝土蓄水側(cè)坡面的建造方法，其特征是所述水泥水化物是硅酸鹽水泥、水、水泥改質(zhì)劑的混合物的水化產(chǎn)物，其水灰比控制在0.4～0.25之間，水泥和水的摻量占生態(tài)混凝土總質(zhì)量的12.5％～20％，水泥改質(zhì)劑添加量為生態(tài)混凝土總質(zhì)量的1.4％～2.3％，引氣劑添加量為生態(tài)混凝土總量的0.0015％～0.003％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由土砂、巖石等自然材料堆積起來的水庫、河川堤壩等與水接觸的側(cè)坡面的建造方法，具體是指一種通氣透水性生態(tài)混凝土側(cè)坡面的建造方法。該方法是在受波浪沖擊的堆填土質(zhì)材料蓄水側(cè)坡面上，設(shè)置一層由粒狀集料、粘結(jié)該粒狀集料的水泥水化物以及粒狀集料之間的連續(xù)空隙共同構(gòu)成的通氣透水性生態(tài)混凝土層。本發(fā)明無須在堆土坡面上覆蓋砂石層、土工布等具有反濾效果的材料，自身就具有很好的反濾作用，可以防止原坡面堆土被吸出洗掘的現(xiàn)象發(fā)生；同時，其具有較好的消波性能，能有效降低蓄水側(cè)坡面的富余高度。
文檔編號E02B3/12GK1891911SQ20051004087
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月4日
發(fā)明者吳智仁, 劉榮桂, 倪敏, 陸春華, 賈美奎, 戴維生 申請人:鎮(zhèn)江久久生態(tài)材料有限公司