模袋混凝土在湘江航電樞紐二期圍堰中的應(yīng)用

田福文

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 工程概述

湘江長沙航電樞紐工程（簡稱湘航）是湘江干流9級(jí)開發(fā)規(guī)劃當(dāng)中的最下游一個(gè)梯級(jí)，工程位于湖南省會(huì)長沙市下游，距市中心僅（20～30）km。樞紐從左至右依次為左岸改移防洪大堤、左岸副壩及三線船閘、二線船閘、一線船閘、26孔凈寬22 m的低堰泄水閘、1孔凈寬7 m泄洪排污閘、電站廠房、蔡家洲副壩、20孔凈寬14 m的高堰泄水閘及右岸副壩。湘航左汊二期圍堰采用土石過水圍堰，運(yùn)行時(shí)段為2010年12月～2012年9月。圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)為全年2年一遇，過水標(biāo)準(zhǔn)為全年10年一遇，對(duì)應(yīng)流量分別為 13 500 m3/s和 19 700 m3/s。

左汊二期圍堰分為上游橫向圍堰、下游橫向圍堰和縱向圍堰。二期圍堰將左岸船閘、左岸11.5孔泄洪閘包圍，形成旱地施工基坑。結(jié)合湘航施工時(shí)段水流實(shí)際情況、周邊建材供需條件、施工進(jìn)度要求以及類似工程經(jīng)驗(yàn)，湘航上游和縱向圍堰臨水面采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)面，下游圍堰臨水面采用模袋混凝土護(hù)面，上下游圍堰和縱向圍堰背水面均采用雷諾護(hù)墊護(hù)面。模袋混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20、厚度為0.3 m。湘航二期圍堰平面布置和斷面見圖1和圖2。

2 模袋混凝土厚度設(shè)計(jì)

湘航下游圍堰臨水部位為圍堰截流戧體，戧體采用石渣混合料填筑而成，臨水面自然坡為1∶1.75,被淹沒在水面以下的長度平均為10 m左右。如采用常規(guī)混凝土護(hù)面，由于戧體石渣縫隙過多，常規(guī)混凝土拌和物中的水泥凈漿將沿著縫隙滲入戧體內(nèi)，面板混凝土強(qiáng)度不能保證，且水下部分施工還需要重新修筑臨時(shí)圍堰和抽水，施工進(jìn)度難以滿足要求。對(duì)此下游圍堰臨水面28.0 m高程 （截流戧體頂面高程）以下擬采用膜袋混凝土防護(hù)，模袋混凝土可水下水上直接施工，連續(xù)充灌，一次成型，整體性好。

根據(jù)《導(dǎo)流截流及圍堰工程》資料中的魯賓斯基公式：

δ=K[（0.226（2 h））/（rc-1）]×[(1+m2)0.5/m]進(jìn)行混凝土厚度計(jì)算。

式中K——安全系數(shù)，取1.25～1.5；

rc——混凝土容重；

m——邊坡系數(shù)，m取1.75；

2 h——波高（發(fā)包人委托長沙理工大學(xué)進(jìn)行了相關(guān)的模型試驗(yàn)，根據(jù)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，本工程取0.5 m～1 m）。

δ=（1.3×0.226×1/1.4）×[（1+1.752）0.5/1.75）]=0.21×1.1518=0.24 m。

本工程膜袋混凝土取30 cm厚，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。

3 施工材料要求

下游圍堰臨水面不但要經(jīng)歷兩個(gè)汛期洪水的沖刷，而且常年被江水侵蝕，模袋混凝土質(zhì)量直接影響左岸船閘和左岸11.5孔泄洪閘是否能在旱地施工。因而模袋原材料、混凝土原材料質(zhì)量必須嚴(yán)格要求。

3.1 土工模袋要求

本工程選用的是江蘇無錫禾芝潤土材料有限公司生產(chǎn)的CX/300厚型無過濾點(diǎn)土工模袋，基本結(jié)構(gòu)為兩層全丙綸高強(qiáng)機(jī)織布，外層具有透水性，兩層機(jī)織布之間每隔20 cm有1組拉筋(化纖繩)相連。單塊模袋寬度為4.0 m，長度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定，在后方每3塊縫織成一幅。經(jīng)過多次試驗(yàn)，得出該土工模袋力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

表1 CX/300型土工模袋力學(xué)性能指標(biāo)表

3.2 混凝土要求

在模袋混凝土施工時(shí)段，湘航左叉項(xiàng)目部混凝土拌和系統(tǒng)還沒有建成投產(chǎn)，通過與發(fā)包人和監(jiān)理工程師的溝通，圍堰模袋混凝土采用商品混凝土，項(xiàng)目部在施工現(xiàn)場取樣。為此對(duì)商品混凝土提出以下要求：

（1）砂石骨料采用湘江河道的天然砂石骨料。

（2）混凝土采用一級(jí)配，最大骨料粒徑20 mm。

（3）為加大和保持混凝土拌和后的和易性，要求適當(dāng)增加水泥用量，同時(shí)摻加15%的粉煤灰,混凝土塌落度控制在（220～240）mm 之間。

（4）混凝土不但要滿足泵送要求，還要能在模袋內(nèi)自由流淌，混凝土拌制時(shí)需添加流化劑，確?；炷猎谀４械牧鲃?dòng)性。

4 模袋混凝土施工

4.1 施工工藝

模袋混凝土施工工藝見圖3。

圖3 模袋混凝土施工工藝圖

4.2 施工準(zhǔn)備

（1）首先與商品混凝土供應(yīng)商簽訂供應(yīng)協(xié)議，要求商品混凝土供應(yīng)商根據(jù)混凝土運(yùn)距、攪拌車運(yùn)輸和混凝土泵送性能對(duì)混凝土的指標(biāo)進(jìn)行控制，確保現(xiàn)場混凝土充灌連續(xù)和自然流淌。

（2） 對(duì)于水面以上坡面采用長臂挖機(jī)對(duì)下游圍堰坡面進(jìn)行修整，將凸出坡面的大塊石剔除，并用細(xì)石渣回填壓實(shí)，確保坡面平順、無雜物。

（3）開挖抗滑溝槽，根據(jù)模袋頂面鋪設(shè)位置，利用挖機(jī)在28.0 m高程平臺(tái)開挖1.0 m×0.5 m（寬×深）的溝槽，作為模袋鋪設(shè)和混凝土充灌過程中抗滑溝。

（4）埋設(shè)地錨和定位樁，測量根據(jù)模袋混凝土施工樣圖，在28.0m高程平臺(tái)放樣地錨和定位樁位置，其中間距為2.0m，單塊模袋定位樁不得少于3塊。

（5）由于下游圍堰臨水面被淹沒長度平均為10.0 m左右，為降低潛水員水下施工強(qiáng)度和潛水時(shí)間，在水下鋪設(shè)模袋時(shí)需要一艘船進(jìn)行輔助，因而需要租用當(dāng)?shù)匾凰覞O船。

（6）根據(jù)圍堰水下測量斷面實(shí)際情況，對(duì)土工模袋在后方進(jìn)行縫制拼裝，3塊縫制成一幅，縱向伸縮余量按照3%考慮，并進(jìn)行編號(hào)堆碼。

4.3 模袋鋪設(shè)

（1）模袋鋪設(shè)前按施工編號(hào)進(jìn)行詳細(xì)檢查，看有無孔洞、缺經(jīng)、缺緯、蛛網(wǎng)、跳花等缺陷，檢查完后，模袋鋪平、卷緊、扎牢，按編號(hào)順序運(yùn)至鋪設(shè)現(xiàn)場。

（2）為了防止模袋順坡下滑，在28.0m高程抗滑溝槽外側(cè)適當(dāng)位置設(shè)置定位樁和地錨，兩者之間采用尼龍繩連接，用以調(diào)整模袋上下位置并固定模袋。

（3）為了模袋鋪放就位準(zhǔn)確，模袋自上而下鋪設(shè)在坡面上，即：由堰體28.0 m高程開始向堰體坡腳方向鋪設(shè)。將在后方加工好的模袋按設(shè)計(jì)位置在坡面上打開，在打開過程中應(yīng)使模袋始終保持向下拉緊的狀態(tài)，不但要向下滾動(dòng)模袋卷，而且要隨時(shí)向下拉緊模袋，同時(shí)還應(yīng)使模袋與已有模袋混凝土之間的搭接寬度始終控制在30 cm左右，這樣不僅保證了拼縫嚴(yán)密，而且保證了新鋪模袋位置相對(duì)于已有模袋混凝土不發(fā)生偏斜。

（4）對(duì)于水面以下部位模袋的鋪設(shè)，在模袋鋪設(shè)到水面高程時(shí)，由潛水員將模袋慢慢鋪設(shè)到坡面上，坡面模袋用砂卵石壓重防止浮移，坡腳處模袋采用鋼管固定，并用塊石壓重防止浮移。

（5）上下游方向相鄰兩塊模袋之間的連接采用廠家提供的專用模袋縫合繩進(jìn)行縫合，由人工采用專用設(shè)備現(xiàn)場縫制，兩幅之間的搭接寬度控制在30 cm左右。

（6）單幅模袋鋪設(shè)完成后，人工在模袋上開設(shè)混凝土充灌口，充灌口為Φ200 mm的圓形孔，充灌口上方縫制Φ300 mm、長度為400 mm左右袖口，在混凝土充灌前，袖口采用鐵絲扎口，避免雜物調(diào)入模袋內(nèi)。其中第一個(gè)孔位于水面以上30 cm左右，其余按照2.0 m一個(gè)向上排列，要求每一塊模袋不少于3個(gè)充灌口。

4.4 模袋混凝土充灌

4.4.1 混凝土運(yùn)輸

湘航二期圍堰模袋混凝土采用6 m3攪拌車運(yùn)輸?shù)絿?8.0 m高程施工平臺(tái)，經(jīng)HBT-60混凝土泵輸送到模袋內(nèi)部。

在模袋混凝土充灌時(shí)段，圍堰背水面還在繼續(xù)填筑，受施工場地限制，HBT-60混凝土泵布置在模袋混凝土中間部位，即混凝土泵后需接Φ150 mm的鋼管到模袋頂部，鋼管后再接Φ150 mm橡皮軟管到充灌袖口。

4.4.2 混凝土充灌

（1）模袋混凝土按照自下而上順序進(jìn)行充灌，先進(jìn)行水下模袋混凝土充灌，再依次向上完成一幅模袋充灌。

（2）將軟管的管口接入袖口中，并穿過充灌口深入模袋內(nèi)部，同時(shí)用鐵絲將袖口邦扎到軟管上。在準(zhǔn)備工作完成后，開始混凝土充灌。

（3）混凝土充灌速度控制在（10～15）m3/h，出口壓力控制在（0.2～0.3）MPa。 充灌時(shí)，2人扶住軟管，以防其擺動(dòng)幅度太大，同時(shí)與混凝土泵操作人員保持緊密聯(lián)系，隨時(shí)了解混凝土泵出口壓力，當(dāng)該壓力持續(xù)上升時(shí)說明混凝土在模袋中流動(dòng)減慢，此時(shí)需適當(dāng)降低混凝土泵的充灌速度，當(dāng)模袋內(nèi)混凝土流動(dòng)受阻時(shí)，采取用腳踩踏的方法進(jìn)行疏導(dǎo)。

（4）在1個(gè)充灌口充滿結(jié)束后，用繩將充灌袖口扎緊，防止混凝土外溢。待混凝土稍微凝固后，人工將袖口內(nèi)混凝土掏出，將袖口布塞入模袋內(nèi)并縫合灌口。

（5）單幅模袋充灌結(jié)束后，暫停10 min，待模袋中多余的水分和空氣析出后，在稍充填混凝土，以保證模袋充灌飽滿。

4.4.3 現(xiàn)場清理及養(yǎng)護(hù)

一幅模袋混凝土充灌完后，把混凝土輸送管道等施工器具轉(zhuǎn)移到下一幅模袋單元，并在本幅模袋混凝土充灌結(jié)束30 min后，用高壓水槍配合人工用掃把清洗，清洗模袋表面泥漿和雜物，保證模袋外觀干凈美觀。

混凝土模袋表層沖洗干凈后，就開始對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d，在此期間混凝土模袋表面一直處于潤濕狀態(tài)。

4.5 模袋混凝土施工過程中遇到的問題和解決方法

（1）第一幅模袋施工時(shí)，考慮到抗滑溝槽內(nèi)已鋪有模袋，如果先期對(duì)其進(jìn)行充灌，然后再對(duì)圍堰坡面模袋進(jìn)行充灌。這樣就不需要在28.0 m平臺(tái)上設(shè)置定位樁和地錨等措施。然而在具體施工過程中，溝槽內(nèi)混凝土終凝后才能開始圍堰坡面模袋混凝土的充灌，否則在坡面模袋充灌過程中，坡面模袋仍然向下移動(dòng)，溝槽內(nèi)先期充灌的混凝土長時(shí)間不能凝固，局部出現(xiàn)松渣現(xiàn)象。

第一幅充灌試驗(yàn)結(jié)果表明：先充灌抗滑溝槽模袋不但影響工期、起不到固定和調(diào)整坡面模袋的作用，而且單塊模袋不能連續(xù)充灌，不能保證模袋混凝土的整體性。湘航二期圍堰模袋最終采用定位樁和地錨固定、調(diào)整坡面模袋，充灌按照從下向上順序進(jìn)行。

（2）湘航二期圍堰模袋混凝土水面以下平均長度10 m，混凝土充灌口均位于水面以上，在充灌過程中，水面以下部位模袋混凝土難以自流充灌到最底部。根據(jù)水下測量結(jié)果，在充灌該部位時(shí)，采取以下三項(xiàng)措施保證混凝土充灌飽滿：

●調(diào)整混凝土配合比，在保證混凝土和易性的前提下，加大混凝土的流動(dòng)性。

●在充灌該部位時(shí)，委派專人查看袖口混凝土堆積程度和流動(dòng)性，根據(jù)混凝土堆積程度和流動(dòng)性，適當(dāng)降低泵送強(qiáng)度和加大泵送壓力。

●委派3名潛水員進(jìn)行輔助充灌，其中兩名潛水員分左右將模袋拉緊，確保模袋不漂移，另一名潛水員用腳不斷踩踏，讓混凝土盡可能自然流淌。

（3）在施工過程中，上方模袋混凝土已經(jīng)充滿，而下方模袋混凝土沒有充滿，即出現(xiàn)中間鼓包現(xiàn)象。主要是由于混凝土在模袋內(nèi)流動(dòng)不暢或模袋局部過漿率較低造成的，需要施工人員用木棒進(jìn)行敲打，使混凝土迅速均勻地散開。

模袋內(nèi)混凝土不易流淌。造成這一現(xiàn)象是由于混凝土攪拌車在施工現(xiàn)場等待時(shí)間太長所造成的，混凝土充灌過程中，施工人員不斷用腳踩踏輔助混凝土流淌，同時(shí)在模袋表面適當(dāng)灑水濕潤。

5 質(zhì)量檢查與檢測

在充灌口進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試件取樣，取出的混凝土先期灌入Φ150 mm、長1 200 mm材質(zhì)與模袋相同的織物袋中，吊置（15～20）min中，再取出放入150 mm×150 mm×150 mm標(biāo)準(zhǔn)試模中成型。每3個(gè)試塊為一組進(jìn)行強(qiáng)度檢測，混凝土強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，具體檢測結(jié)果如表2。

表2 模袋混凝土立方體抗壓強(qiáng)度表

6 總 結(jié)

（1）湘航二期圍堰模袋總長約867.7 m，總面積21 666.67 m2，混凝土 6 500 m3，平均厚度超過設(shè)計(jì)（30 cm）厚度，實(shí)測混凝土抗壓強(qiáng)度26.7 MPa。模袋表面平直美觀，整體性好，滿足湘航二期圍堰下游面板防護(hù)要求。

（2）采用模袋混凝土作為下游圍堰防護(hù)面板，施工時(shí)不需要修筑圍堰、排水、斷航等優(yōu)點(diǎn)。模袋混凝土可水下水上直接施工，連續(xù)充灌，一次成型，整體性好。

（3）湘航二期圍堰經(jīng)歷2011和2012年兩個(gè)汛期，模袋混凝土完好無損，沒有出現(xiàn)任何破損、裂縫漏水事故，證明模袋混凝土在湘航圍堰中的使用是成功的。

（4）模袋具有一定的透水性，在混凝土受壓后，能將袋中多余水從袋孔中排水，達(dá)到降低水灰比，提高袋內(nèi)混凝土強(qiáng)度作用。湘航實(shí)測混凝土抗壓強(qiáng)度普遍高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度就是很好的證明。

（5）模袋柔軟性好，地形適應(yīng)性強(qiáng)，且可以幾塊縫制成一幅充灌，混凝土整體性好，施工后坡面也很美觀，可以廣泛推廣使用。

1 SL/T 225-98.水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

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3 張志滿.模袋混凝土施工工藝[J].水運(yùn)工程技術(shù)期刊，2008，2.

4 劉宗耀，楊燦文，王正宏，等.土工合成材料工程應(yīng)用手冊(cè)[M].北京∶中國建筑工業(yè)出版社，2000.