模袋混凝土護(hù)坡在河道交匯處工程中的應(yīng)用

李 和

模袋混凝土護(hù)坡在河道交匯處工程中的應(yīng)用

李 和

（上饒市水利科學(xué)研究所，江西 上饒 334000）

模袋混凝土施工方便、機(jī)械化程度高，可以水下施工，在河道交匯護(hù)坡工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高施工質(zhì)量，文章詳細(xì)介紹了模袋混凝土的設(shè)計方法、施工方法和質(zhì)量控制方法，最后對于常見施工問題及處理措施進(jìn)行了簡單介紹，為同類工程提供理論和工程經(jīng)驗。

模袋混凝土；河道交匯；護(hù)坡工程；應(yīng)用研究

在傳統(tǒng)河道交匯處護(hù)坡工程施工中，通常采用塊石進(jìn)行護(hù)坡的防護(hù)，模袋混凝土作為一種新技術(shù)在對施工材料要求較高，且因施工工藝問題，在需要較長的施工周期的護(hù)坡工程施工中得到了較為廣發(fā)的應(yīng)用。美國在20世紀(jì)60年代已經(jīng)將模袋混凝土應(yīng)用在阿勒格尼工兵水庫大壩的護(hù)坡工程中，70年代在航運(yùn)、碼頭、道路橋梁護(hù)坡工程中廣泛應(yīng)用。我國在1983年首次引入模袋混凝土，應(yīng)用于揚(yáng)州南官河的護(hù)坡工程中。隨著纖維編織技術(shù)的發(fā)展，1986年纖維模袋首次應(yīng)用于工程中。與傳統(tǒng)石護(hù)坡相比，模袋混凝土對于材料要求較低、護(hù)坡處理相對簡單，可以大大的降低施工和維護(hù)成本；同時，由于河道交匯的環(huán)境較為復(fù)雜，對于護(hù)坡的沖刷和沖蝕較為嚴(yán)重，為了保證護(hù)坡工程的質(zhì)量，對模袋混凝土的定義和計算方法、施工方法、施工工藝及施工中常見的質(zhì)量問題的防治和應(yīng)對措施均進(jìn)行詳細(xì)介紹，為未來模袋混凝土的推廣應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。

1 模袋混凝土介紹

1.1 概念

目前廣為接受的模袋混凝土是采用纖維編織物模袋作為模板，通過泵送混凝土灌進(jìn)模袋，凝固后形成混凝土硬結(jié)板塊，對于河道交匯處的邊坡、底板及防滲具有一定的保護(hù)作用。與傳統(tǒng)塊石護(hù)坡相比，模袋混凝土造價較低，由于模袋的限制作用，整體性和密實性較好，由于模袋的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以在不同地形條件下進(jìn)行應(yīng)用；同時由于纖維編制技術(shù)的發(fā)展和水下混凝土的發(fā)展，水下護(hù)坡工程中模袋混凝土也得到了較為廣泛的應(yīng)用，如圖1。

圖1 模袋混凝土的工程應(yīng)用

1.2 模袋混凝土的設(shè)計

1.2.1 模袋選型

由于材料和加工工藝的不同，模袋可以選擇機(jī)制模袋和簡易模袋兩種，由于造價低和使用方便的特點，機(jī)制模袋得到了較為廣泛的應(yīng)用，查閱相關(guān)文獻(xiàn)和實際施工調(diào)查，發(fā)現(xiàn)機(jī)制模袋有以下類型可供選擇，見表1。

1.2.2 計算分析

對于河道交匯處的護(hù)坡工程中模袋混凝土的應(yīng)用，對于模袋選型、厚度確定穩(wěn)定性分析、排滲考慮和抗滑措施等4個方面。

（1）模袋厚度計算分析

根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（SL/T225-98），根據(jù)模袋混凝土厚度需要考慮浮托力的影響，對于模袋厚度根據(jù)下式進(jìn)行計算：

表1 機(jī)制模袋類型

式中，C—面板系數(shù)，大體積混凝土?xí)r，護(hù)面C=1，有濾水點 C=1.5；Hw，Lw—波浪高度和長度，m；Lr—垂直于水邊線的護(hù)面長度，m；m—坡角α的余切；rc—砂漿或混凝土有效容重，kN/m3；rw—水容重， kN/m3。

（2）穩(wěn)定性分析

對于模袋混凝土的施工過程，控制其在坡面不至于由于下滑力的存在而引起下滑，考慮通過下式進(jìn)行計算。

式中，L2—斜長，m；L3—坡腳寬度，m；α—坡角；fcs—模袋與坡面間摩擦系數(shù)，可采用 0.5；Fs—安全系數(shù)，一般要求Fs≥1.5。

（3）防滲計算

為了提高模袋混凝土護(hù)坡的防滲能力，需要設(shè)置排水孔進(jìn)行減壓，對于順坡軸向1m范圍內(nèi)排水孔的量，考慮按照下式進(jìn)行計算。

式中，Δq—順坡軸向1m需排水量，m3/s；k—滲水孔處濾層滲透系數(shù)，m/s；J—滲水處水力梯度；α—1個排水孔的面積，m3；Fs—安全系數(shù)，可取1.5。

2 施工方法介紹

有關(guān)模袋混凝土的施工過程，主要由施工準(zhǔn)備、施工和防護(hù)三部分，具體如圖2所示。

圖2 模袋混凝土護(hù)坡施工流程圖

2.1 坡面處理

對于模袋混凝土施工的護(hù)坡處理過程選擇“凹坑部位回填，凸出部位削坡”的施工原則，保證坡面能夠滿足施工的技術(shù)要求。對于常用坡度多選擇為1∶3的坡度，利用高壓水槍對于局部凸出或欠挖部位進(jìn)行處理，處理效果如圖3所示。

圖3 模袋混凝土護(hù)坡斷面示意圖

2.2 鋪設(shè)模袋

關(guān)于模袋鋪設(shè)，由于當(dāng)前多采用機(jī)制模袋，因此在模袋運(yùn)送至現(xiàn)場后，通過縫紉技術(shù)將模袋縫制好，然后根據(jù)設(shè)計要求將模袋鋪設(shè)坡面上，反濾布同時施工，對于模袋鋪設(shè)的順序按照自上而下的順序進(jìn)行，施工過程如圖4所示。

圖4 模袋鋪設(shè)示意圖

2.3 澆筑混凝土

對于混凝土的澆筑過程，目前多采用泵送方法進(jìn)行澆筑。施工時用鐵絲將模袋注料口與管道綁扎牢固，在不同灌口施工過程中，需要遵循連續(xù)填充的原則，施工過程中采用人工踩壓的方式，同時對于踩壓有一定的技術(shù)要求，保障踩壓平順。在混凝土填充飽滿后，松開葫蘆取出鋼管，繼續(xù)澆主平臺，對于錨固溝內(nèi)混凝土進(jìn)行澆筑。在水下部分澆筑完畢后，再進(jìn)行水上部分的澆筑，水上澆筑部分類似于水下澆筑部分。施工如圖5、圖6所示。

圖5 模袋混凝土泵送施工示意圖

圖6 模袋混凝土護(hù)坡防護(hù)圖

3 施工質(zhì)量控制

由于邊坡防護(hù)要求較高，因此對于模袋混凝土在邊坡防護(hù)施工中的施工質(zhì)量需要進(jìn)行相應(yīng)的控制，為了保證防護(hù)作用的較好發(fā)揮，需要采用以下措施。

（1）對于水下沖砂或者碎石平整坡度需要嚴(yán)格按照設(shè)計要求，斷面處理結(jié)束后需要經(jīng)過監(jiān)理確認(rèn)后才能進(jìn)行下一步份施工。

（2）鑒于模袋混凝土多采用泵送施工，為了避免堵塞事件的發(fā)生，對于混凝土拌合物的和易性進(jìn)行控制，保證泵送性較好。由于泵送混凝土的流動性較好，因此對于骨料粒徑和坍落度需要嚴(yán)格控制；由于模袋屬于編織物，因此在灌注混凝土?xí)r需要嚴(yán)格控制灌注速度，保持在30～45m3/h，輸送軟管出口壓力控制在0.2MPa左右。

（3）由于灌注混凝土的凝固速度較快，因此在灌注作業(yè)時應(yīng)保持連續(xù)作業(yè)，避免因為停歇時間引起混凝土泵送的堵塞，進(jìn)而影響模袋混凝土的防護(hù)作用。

（4）模袋混凝土泵送作業(yè)中，容易產(chǎn)生鼓包和灌注不飽滿的病害，因此對于泵送操作人員和灌注人員應(yīng)密切配合，嚴(yán)格控制混凝土的泵送速度和起始時間。

4 常見施工問題及防治措施

由于模袋混凝土施工環(huán)境較為苛刻，雖然施工原理較為簡單，但是對于整體施工過程的控制需要不同工種的配合，一旦每一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，就會造成施工質(zhì)量的瑕疵，當(dāng)前施工過程常見問題主要包括以下幾個方面。

4.1 機(jī)具問題

鑒于模袋混凝土施工多采用泵送方式，同時施工工藝要求泵送過程中不得中斷，以免造成混凝土堵塞，因此混凝土泵的性能穩(wěn)定性是模袋混凝土施工中關(guān)注的重點之一。對于混凝土泵的選擇，需要充分考慮其壓力、功率，因為如果功率或者壓力達(dá)不到設(shè)計要求，會影響施工質(zhì)量，降低混凝土填充密實度。合理的選擇施工泵送機(jī)械，使得模袋具有較大的混凝土充盈度，大大保證了施工質(zhì)量。

對于混凝土泵位置的選擇，需要作出合理的設(shè)計。這是因為如果管道過長或者轉(zhuǎn)彎較多的話，會引起軟管堵塞，尤其是在混凝土流動性不足的情況下，尤其需要注意管道的問題，同時對于工作船位置的選擇需要距離混凝土泵較近，同時需要避免對模袋注入施工造成影響。

對于施工過程中泵送機(jī)械的穩(wěn)定性，需要在混凝土泵的運(yùn)行過程和施工供料中給予充分的考慮，如在選擇混凝土泵油料的時候，應(yīng)嚴(yán)格匹配施工機(jī)械，避免因為液壓油的問題引起機(jī)械停工，造成混凝土施工堵塞管道，影響施工質(zhì)量和進(jìn)度。同時對于供料問題，應(yīng)合理安排供料機(jī)械，保障填充料及時灌注進(jìn)入模袋，避免因為灌注混凝土供應(yīng)不足影響施工，進(jìn)而影響施工質(zhì)量。

4.2 充填料

鑒于模袋混凝土施工采用泵送混凝土，因此對于混凝土級配具有較高的要求，對于粗骨料的選擇需要有一定的限制，尤其是粗骨料粒徑需要嚴(yán)格限制，如果骨料級配不合理，就會造成泵送過程中填料發(fā)生堵塞，導(dǎo)致流動受阻甚至堵塞管道。因此對于骨料級配嚴(yán)格控制，將其控制不超過22mm。

4.3 模袋布

對于模袋混凝土的模袋問題，連接線粘連是常見問題，會導(dǎo)致填料無法進(jìn)入，造成脫空甚至空鼓現(xiàn)象，影響施工質(zhì)量，因此對于模袋混凝土施工前嚴(yán)格檢查模袋，避免不合格模袋纖維布投入使用。

同時輸料管與模袋主入口的連接方式，如斜度和深度對于混凝土的護(hù)坡的施工質(zhì)量具有一定程度的影響，因此應(yīng)該根據(jù)施工環(huán)境和工程規(guī)模合理設(shè)置輸料管主入口的斜度和深度，在進(jìn)行灌注前進(jìn)行二次檢查，檢查無誤后方可進(jìn)行下一步的施工作業(yè)。

同時在模袋混凝土泵送作業(yè)過程中，模袋局部爆裂也是不可避免的問題之一，這是因為泵送壓力過大或者模袋質(zhì)量不可靠的原因，因此施工過程中除了在施工前嚴(yán)格控制模袋質(zhì)量外，泵送過程中的泵送壓力也是需要嚴(yán)格控制的。

5 結(jié)語

在河道交匯的河道正常運(yùn)營過程中，護(hù)坡不可避免的受到風(fēng)浪沖刷，因此需要給予特殊的設(shè)計。鑒于其施工簡單、施工周期短和可水下施工的優(yōu)點，模袋混凝土在河道交匯處護(hù)坡的防護(hù)工程中的應(yīng)用越來越廣泛。本文對于模袋混凝土在河道交匯防護(hù)中從設(shè)計、施工、質(zhì)量控制和常見問題處置進(jìn)行了介紹，希望為以后類似工程提供理論和經(jīng)驗支持。

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1008-1305（2017）05-0133-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.041

2017-03-27

李 和（1977年—），男，工程師。