高标准免管护淤地坝理论技术

任务来源：

技术领域：水利工程建设与管理

技术来源：自主研发。

技术原理

该技术针对传统淤地坝由于坝身不能过流的技术瓶颈导致的溃决风险高、管护压力大、拦沙不充分等问题，创新了淤地坝设计结构，构建了免管护淤地坝设计施工成套技术；发展了小流域PMF估算方法，提出淤地坝水文计算新方法，突破黄土高原地区小流域高含沙PMF估算难题；研发了新型黄土固化剂，用于固化黄土，具有较高的强度和良好的耐久性，解决传统固化材料不能适用于固化黄土的难题，可就地取材用作防冲刷保护层。成果可成功解决淤地坝坝身过流的技术难题，实现淤地坝防溃决、免管护、多拦沙、降造价等目标，最终将助力黄河流域生态保护和高质量发展。

技术特色

（1）设计施工成套技术包含多种方案，可根据建设需求和现场条件灵活选用。设计了3种坝型方案：坝顶和下游坡全部采用防冲刷保护层方案，防冲刷保护层与坝体同步碾压，采用路拌法施工；坝顶和下游坡局部设置防冲刷保护层方案，先填筑坝体，后采用小型振动碾斜坡碾压进行防冲刷保护层施工；坝顶和下游坡全部采用预制连锁块方案，工厂预制连锁块，现场人工结合小型设备铺设。（2）淤地坝水文计算新方法首次将可能最大洪水理论应用于淤地坝防冲刷设计，满足坝体防护要求。基于免管护淤地坝防溃决的思想，将可能最大洪水计算方法引入淤地坝水文计算中，从边界外包的角度推求出流域的近似上限洪水，并考虑上游洪水组成、坝群影响、不同运用期调蓄库容等因素，通过暴雨模式设计和产洪产沙规律分析等，推求可能最大洪水泥沙，可定量计算出影响坝身过流安全的暴雨洪水上限。（3）黄土固化新材料可以解决黄土固化难题。研制的新型黄土固化剂，具有较高的强度和良好的耐久性，解决了水泥等传统固化材料不能适用于固化黄土的世界性难题，为免管护淤地坝就地取材选用黄土作为新结构填筑材料提供了技术解决方案。将黄土、黄土固化剂和细砂按照一定比例掺和制成的淤地坝防冲刷保护层，总体强度和耐久性可以满足淤地坝下游坝面防护要求。

技术指标

通过使用该技术可在相同泥沙淤积年限条件下较传统淤地坝降低50%的工程成本，在相同坝高条件下以与传统淤地坝相当的工程成本实现增加近一倍拦沙量，并极大降低管护成本。研发的黄土固化新材料，与黄土和细砂按照一定比例掺和制成淤地坝防冲刷保护层，7d无侧限抗压强度达8.7MPa，5d吸水率仅4.01%，冻融30个循环后强度损失率为23.3%，8h水下钢球法浑水冲磨深度仅2.5cm，总体强度和耐久性可以满足淤地坝下游坝面防冲刷防护要求。

应用范围及前景

适用于黄土高原地区各类淤地坝的改造和新建，但要注意合理选用防冲刷保护层材料，灵活设计坝型，针对性施工。2018年12月—2019年3月，在黄河花园口堤防工程改造中利用固结剂制造防汛备防石。2019年10月—2020年1月，应用于江西信江八字嘴航电枢纽工程中，利用河道淤积的沙土制作护岸边坡。2020年在黄河堤防工程马渡险工改建工程中，利用黄河淤积泥沙做路基基层。与传统固化剂相比，主要有以下优势：①有效利用的河道内淤积的泥沙，降低工程对砂石骨料的依赖；②固化剂70%以上材料工业废弃物，可以有效减少环境污染；③就近取材降低工程造价。利用当地材料和固化剂制备备防石和护坡材料，单方材料固结较采用混凝土施工每方造价约节省10%～15%。综上，黄河堤防改造工程和江西信江八字嘴航电枢纽工程在整个使用寿命期内，使用固化剂材料可分别节约费用约20万元与45万元。受土坝特性制约，传统淤地坝的坝身不可过流运用，需设置一定校核标准的滞洪库容用以保证坝体的防洪安全，而一旦遭遇超过相应校核标准洪水，导致坝身漫顶过流时，则就会发生溃坝事件，极大限制了淤地坝综合作用的发挥。高标准免管护淤地坝创建了新型淤地坝坝工结构，通过在土坝坝体上设置防冲刷保护层，从而实现坝身安全过流运用，可以抵抗可能最大洪水的冲刷而不致溃决，从防洪安全角度颠覆了传统淤地坝的设计运用理念，从管护角度解除了传统淤地带给地方各级部门的巨大压力，从库容配置角度解放了传统淤地坝用来滞蓄洪水的滞洪库容，从而可以达到防溃决、免管护、多拦沙、降造价的目标。

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