模袋混凝土工程在秦淮新河切嶺段的應(yīng)用

耿曉明， 張 力， 趙相業(yè)， 楊 恒

(1.南京市秦淮河河道管理處， 江蘇 南京 210012；2.鹽城市農(nóng)業(yè)資源開發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)與評審中心， 江蘇 鹽城 224000；3.江蘇九天工程項(xiàng)目管理有限公司， 江蘇 南京 210013)

1 秦淮新河切嶺段概況

1.1 切嶺段現(xiàn)狀

秦淮新河位于江蘇省南京市，為長江下游一級支流，全長16.8 km，是一條人工開挖的河道，集行洪、灌溉、航運(yùn)、調(diào)水、旅游等功能于一體。秦淮新河切嶺段位于雨花臺區(qū)鐵心橋至紅廟橋之間，全長2.9 km，屬于丘陵崗地，頂高程約30 m(吳淞高程，下同)，于1975年12月開工，1979年11月竣工，開挖過程中在巖體內(nèi)發(fā)現(xiàn)中生代次火山巖系風(fēng)化物，經(jīng)薄片鑒定為安山玢巖，并都遭受較強(qiáng)烈的蒙脫石化。根據(jù)蒙脫石具有強(qiáng)烈的吸附性和遇水膨脹的特點(diǎn)，當(dāng)時(shí)采用以防滲、防巖體風(fēng)化和防隆脹等綜合治理方案，邊坡處理的具體方法是在膨脹性巖土的坡面上覆蓋一層1.5 m厚的下蜀黏土，為避免洪水沖刷，下蜀黏土面上再鋪一層漿砌塊石[1]?，F(xiàn)狀切嶺段常水位河面寬約60～100 m，坡比約為1∶1.28～1∶3.0，高程15 m以下為漿砌石護(hù)坡。

1.2 施工前護(hù)坡破損情況

隨著漿砌石護(hù)坡長期運(yùn)行，加上水位變幅區(qū)受船行波沖刷影響，切嶺段沿線漿砌石護(hù)坡破損嚴(yán)重，為了詳細(xì)了解秦淮新河切嶺段水下護(hù)坡的破損情況，工程設(shè)計(jì)前對切嶺段水下護(hù)坡破損情況采用了人工巡查，多波束全覆蓋掃測和雙頻識別聲吶探測相結(jié)合的方法進(jìn)行檢測分析。檢測結(jié)果顯示：切嶺段多處區(qū)域漿砌石護(hù)坡破損嚴(yán)重，表現(xiàn)為表面勾縫砂漿脫落、塊石破損，河底散落大量漿砌碎石。檢測結(jié)果如表1所示。

表1 水下護(hù)坡破損情況檢測結(jié)果

考慮到切嶺段巖體不均勻分布有膨脹土，漿砌石護(hù)坡大量破損極易導(dǎo)致下層黏土沖刷剝離，對護(hù)坡安全造成危害，急需對現(xiàn)狀水下漿砌石護(hù)坡進(jìn)行維修加固。

2 工程設(shè)計(jì)

鑒于秦淮新河為規(guī)劃IV級通航河道，日常船流量較大，切嶺段斷面狹窄，加之漿砌石護(hù)坡深入河底，搭設(shè)臨時(shí)圍堰導(dǎo)流施工對通航安全造成嚴(yán)重影響，同時(shí)施工難度較大。為了在施工期間不影響河道的通航功能，經(jīng)研究分析選擇了方便水下作業(yè)的模袋混凝土護(hù)坡。模袋混凝土工藝在水下施工既不需要搭設(shè)圍堰和導(dǎo)流，施工機(jī)械化程度高、速度快、效率高、工期短，并且整體性較好，抗沖刷能力強(qiáng)，較為適合施工條件不好且斷航難度較大的河道護(hù)坡加固[2]。

2.1 模袋混凝土厚度確定

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)的規(guī)定，土工模袋厚度應(yīng)按考慮抵抗浮托力進(jìn)行計(jì)算。抵抗浮托力所需厚度δ按下式計(jì)算：

(1)

式中：C為面板系數(shù)，護(hù)面上設(shè)濾水點(diǎn)，取C=1.5；Hw、Lw為分別為波浪高度與長度，m；Lr為垂直于水邊線的護(hù)面長度，m，取最短處19 m；m為邊坡系數(shù)，取最陡處1.5；γc為混凝土有效容重，kN/m3；γw為水容重，kN/m3。

工程段主要受船行波影響，計(jì)算得：Hw=0.93 m，Lw=9.15 m，δ=0.058 m ；根據(jù)安全系數(shù)不小于1.5，δ不小于0.087 m。而常用模袋混凝土厚度為0.15～0.25 m，本次設(shè)計(jì)要求模袋混凝土強(qiáng)度不小于C25，為便于骨料的填充，根據(jù)護(hù)坡實(shí)際情況及相關(guān)工程試驗(yàn)，取模袋混凝土厚度為0.2 m。

2.2 模袋混凝土穩(wěn)定性分析

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)的規(guī)定，模袋土抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)示意圖見圖1。

圖1 模袋土抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)示意圖

模袋土抗滑穩(wěn)定各參數(shù)計(jì)算式為：

(2)

(3)

式中：Fs為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274—2001)，1級堤防取1.3；L2為坡面模袋長度(m)；L3為坡腳以外模袋長度(m)；m為邊坡系數(shù)；α為斜坡坡腳；H為護(hù)面高度(m)；Fcs為模袋與坡面的摩阻系數(shù)，取fcs=0.45。

本工程各斷面護(hù)坡穩(wěn)定分析詳見表2。

表2 護(hù)坡穩(wěn)定計(jì)算(選取部分?jǐn)嗝?

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，各斷面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)范圍為1.30～1.44，均大于1.30，滿足安全穩(wěn)定的要求。

本次工程對秦淮新河切嶺段左右岸迎水坡河底至8.0 m高程范圍內(nèi)采用模袋混凝土護(hù)坡，模袋混凝土厚度200 mm，混凝土強(qiáng)度C25，模袋單位面積質(zhì)量為雙層550 g/m2，上部(高程8.0 m)設(shè)C25素混凝土格梗，尺寸400 mm×500 mm，用于固定模袋上緣。施工典型斷面圖如圖2。

圖2 模袋混凝土施工斷面圖(樁號K7+350)

3 現(xiàn)場施工

3.1 施工工藝

水下鋪灌法施工的主要工藝流程為：準(zhǔn)備工作、測量放樣、模袋鋪設(shè)、充灌混凝土。

(1)準(zhǔn)備工作主要包括人、材、機(jī)的準(zhǔn)備和護(hù)坡基層面的平整，拆除和回填現(xiàn)狀漿砌石護(hù)坡的松動、破損處以及漿砌石護(hù)坡表面的清理，對于水下區(qū)域需要安排潛水員對落石進(jìn)行摸排，體積較大的落石需要水上水下相結(jié)合進(jìn)行清理。

(2)測量放樣采用全站儀和水準(zhǔn)儀，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將工程斷面全部布測，各控制點(diǎn)均用木樁和鋼筋固定。

(3)模袋鋪設(shè)時(shí)，先沿坡頂距模袋上緣1.5～2.0 m處設(shè)定位樁，間距為1～2 m，且每塊模袋不少于4根，同時(shí)在定位樁上設(shè)緊張器，并與模袋上端的鋼管相連接。將模袋所有注入口扎緊，并將模袋卷緊，利用人力自上而下順坡將模袋滾鋪，隨鋪隨壓砂袋和碎石袋。水下部分需利用潛水員進(jìn)行操作，按照測量放樣的位置，將模袋準(zhǔn)確定位。鋪設(shè)過程中，嚴(yán)格控制鋪設(shè)質(zhì)量，基本達(dá)到平、正、足的要求。

(4)模袋采用摻入防老化材料的聚丙烯(丙綸)機(jī)織土工布，其物理力學(xué)性能要求如下：單位面積質(zhì)量為雙層550 g/m2，允許抗拉強(qiáng)度為60 kN/m，斷裂伸長為25%～60%?；炷梁穸葹?00 mm，流動性要好，塌落度一般控制在23～24之間。水泥的用量需通過現(xiàn)場試灌來確定，必要時(shí)可摻用一定比例的粉煤灰。水泥強(qiáng)度等級選擇C25，黃砂采用中砂，骨料采用細(xì)石子，粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，密度為2.20 t/m3，水灰比根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。充灌混凝土遵循“四先原則”，即先下后上，先左右后中間，先上游后下游，先標(biāo)準(zhǔn)斷面后異形斷面，防止模袋在充灌過程中產(chǎn)生偏移和移位。充灌速度控制在10～15 m3/h，充灌壓力控制在0.2～0.3 MPa。充灌后的模袋坡頂、坡腳及時(shí)進(jìn)行錨槽回填覆蓋和壓腳棱體施工[3]。

3.2 施工過程的注意事項(xiàng)

(1)由于秦淮新河為規(guī)劃IV級通航河道，施工前應(yīng)先到地方海事部門辦理水上水下活動通航許可，在施工范圍兩端需布置安全警示標(biāo)志及浮標(biāo)，并安排專職安全員做好現(xiàn)場通航指揮工作。

(2)由于模袋充灌混凝土后，縱橫方向會發(fā)生收縮，為了保證模袋之間拼縫嚴(yán)密，新鋪放的模袋與已充灌好的模袋之間要留不小于30 cm的搭接寬度，搭接擺放好后，才可進(jìn)行人工縫制連接模袋[4]。

(3)模袋充灌前應(yīng)與混凝土供應(yīng)商充分協(xié)商，適當(dāng)調(diào)整膠材比例，增強(qiáng)混凝土的塌落度與和易性。運(yùn)送混凝土泵車間隔時(shí)間不宜過長，一般以2 h以內(nèi)為宜，防止泵送管道內(nèi)混凝土凝固堵塞。每日施工結(jié)束后，應(yīng)仔細(xì)清洗泵送管道。

(4)充灌過程中要時(shí)刻檢查混凝土充灌壓力，并安排潛水員對模袋進(jìn)行水下檢查，防止發(fā)生模袋局部拉線斷裂或模袋破損造成混凝土流失。

4 水下檢測成果

為了便于了解工程實(shí)施效果，工程完工后對模袋混凝土進(jìn)行水下檢測。對高程5.5～8.0 m的淺水區(qū)域采用雙頻識別聲吶系統(tǒng)探測；對高程在5.5 m以下深水區(qū)域，采用高精度多波束掃測系統(tǒng)對施工范圍進(jìn)行全覆蓋掃描(如圖3～4)。經(jīng)檢測，護(hù)坡較好地覆蓋了整個設(shè)計(jì)區(qū)域，單元工程表面平整度檢測點(diǎn)合格率達(dá)到相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，模袋之間搭接處可見明顯重合，模袋混凝土整體施工效果良好，符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

工程完工后，在消除護(hù)坡安全隱患的同時(shí)，也使河道破損坡面煥然一新，工程汛期運(yùn)行正常，較好地發(fā)揮了工程效益和環(huán)境效益，表明在秦淮新河切嶺段采用模袋混凝土進(jìn)行護(hù)坡除險(xiǎn)加固的方案是切實(shí)可行的，工程實(shí)施也為需滿足通航要求的河道硬質(zhì)化護(hù)坡水下維護(hù)提供了經(jīng)驗(yàn)。

圖3 多雙頻識別聲吶掃描影像圖

圖4 高精度多波束掃測點(diǎn)云圖