膜袋護(hù)坡在高潮差感潮河段防護(hù)工程中的應(yīng)用

余尚合

(丹東市水務(wù)服務(wù)中心，遼寧 丹東 118000)

1 概 述

河道防洪工程關(guān)系到當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活，同時(shí)一些地方的河道防洪工程也是國(guó)家形象的展現(xiàn)，具有十分重大的意義[1-2]。在河道防洪治理工程中，常用的治理措施包括混凝土護(hù)岸[3]、干(漿)砌塊石護(hù)岸[4]、格賓石籠護(hù)岸[5-6]等等。針對(duì)不同的工程環(huán)境以及工程投資預(yù)算，選取適合的治理措施十分重要[7-10]。鴨綠江位于國(guó)境線，是國(guó)家形象的直接體現(xiàn)，鴨綠江洪水泛濫嚴(yán)重影響沿線居民的正常生產(chǎn)和生活，鴨綠江防洪工程建設(shè)勢(shì)在必行。

2 工程概況

鴨綠江防洪護(hù)岸工程此次防洪范圍由水豐水庫(kù)壩下至大東港江海分界線，河道治理段總長(zhǎng)度為118.3 km。鴨綠江防洪護(hù)岸工程段屬于感潮河段，根據(jù)水文資料顯示，上下游河段的最大潮差分別為4.2及7.4 m，工程條件相對(duì)較差，成為制約鴨綠江護(hù)岸工程建設(shè)的一大障礙。

3 防洪護(hù)岸方案比選

選擇3個(gè)方案進(jìn)行比較，分別為干砌石護(hù)坡、混凝土預(yù)制板護(hù)坡和膜袋護(hù)坡, 詳見(jiàn)表1。采用膜袋護(hù)岸無(wú)需修筑圍堰，可以有效節(jié)約工程建設(shè)成本，施工方便。通過(guò)比選，采用膜袋護(hù)坡水下施工技術(shù)方案。

表1 不同方案特征

4 膜袋護(hù)岸設(shè)計(jì)及施工技術(shù)分析

4.1 膜袋混凝土護(hù)岸設(shè)計(jì)

4.1.1 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

護(hù)坡坡面采用矩形膜袋，設(shè)計(jì)邊坡坡比為1∶1.5，坡面總長(zhǎng)度為14.38 m，膜袋厚度為0.15 m。在斜坡頂部開挖深度為0.30 m的防滑槽，向外側(cè)延伸0.50 m，并將膜袋彎折后埋入。膜袋護(hù)岸采用鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)腳，單塊尺寸為1.0 m×0.6 m，寬度為3 m，厚度為0.30 m。鉸鏈膜袋混凝土預(yù)埋不同直徑的錦綸繩，橫向Ф10 mm，間距50 cm；縱向Ф8 mm，間距60 cm，保證各個(gè)單體膜袋之間連接的緊密型。為了避免膜袋漏沙，在鋪設(shè)之前，需要在膜袋下鋪設(shè)土工布反濾層。膜袋護(hù)坡結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 膜袋施工剖面圖

4.1.2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

抗滑穩(wěn)定的計(jì)算公式為：

(1)

式中：α為坡角，取值為33.69°；fcs為袋與坡面間摩擦系數(shù)，取值為0.5；L3、L2分別為護(hù)底以及護(hù)坡的長(zhǎng)度，m；L3的取值需要折算為有效長(zhǎng)度；Fs為安全系數(shù)，F(xiàn)s≥1.15

經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)s=1.19，滿足抗滑穩(wěn)定要求。

4.1.3 袋厚度的計(jì)算

1) 抗浮厚度計(jì)算的公式為：

(2)

式中：γc為混凝土容重，24 kN/m3；Lγ為垂直水邊線護(hù)面長(zhǎng)度，14.38 m；C為面板系數(shù)，取1；γω為水容重，10 kN/m3；Lω為波浪長(zhǎng)度，7.36 m；Hω為波浪高度，0.54 m；m為坡角α的余切，為1.5。

通過(guò)計(jì)算可知，δ≥0.004 m。

2) 抗冰推厚度計(jì)算，其計(jì)算公式為：

(3)

式中：pi為水平冰推力，150 kN/m2；Ccs為護(hù)面與坡面的黏著力，15 kN/m2；δi為冰層厚度，0.7 m；fcs為護(hù)面與坡面的摩擦系數(shù)，0.5；δ為所需厚度，m；Hi為冰層以上護(hù)面高度，m，7 m；Fs為安全系數(shù)，取3。

通過(guò)計(jì)算可得，δ≥0.15 m。

4.2 膜袋混凝土護(hù)坡施工

1) 施工前準(zhǔn)備。施工之前，將護(hù)岸的壩坡進(jìn)行削坡、整平后，采用精密儀器測(cè)量斜坡坡長(zhǎng)，以此作為土工布、膜袋購(gòu)買數(shù)量的依據(jù)。膜袋應(yīng)當(dāng)選取質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)后及時(shí)進(jìn)行復(fù)檢，直至檢驗(yàn)合格。

2) 基層處理。在護(hù)岸回填土完成達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用人工清理坡面及坡腳，確保斜坡無(wú)雜草或者其他能夠影響膜袋安全的雜物等，保證坡面的平整、密實(shí)。

3) 膜袋土工布的拼接。 膜袋土工布采用現(xiàn)場(chǎng)拼接的方式，拼接之前應(yīng)當(dāng)采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式，保證拼接強(qiáng)度大于充填混凝土的壓力；進(jìn)料口部位根據(jù)場(chǎng)地情況進(jìn)行布置，保證混凝土充填方便的同時(shí)，也需要避免出現(xiàn)混凝土充填不充分或者膜袋隆起等現(xiàn)象。

4) 膜袋的展鋪。膜袋進(jìn)行展鋪之前首先應(yīng)當(dāng)通知各相關(guān)單位對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，對(duì)膜袋質(zhì)量以及膜袋拼接質(zhì)量進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)。每層膜袋土和土工布?jí)|層的鋪設(shè)應(yīng)當(dāng)保證無(wú)漏接，膜袋拼接部位應(yīng)當(dāng)無(wú)燙損、褶皺，保證膜袋和土工布平整鋪設(shè)。膜袋采用人工進(jìn)行鋪設(shè)，在展開的膜袋上下邊緣處每延米插入一根掛袋鋼管，同時(shí)在壩肩以外部位設(shè)置掛袋樁，將膜袋掛設(shè)于掛袋樁上，并將樁上的松緊器拉緊，保證在膜袋中灌入混凝土的過(guò)程中不下滑。在灌注混凝土的過(guò)程中，應(yīng)使松緊度保持一致。鴨綠江在上下游潮差較大，在潮汐影響下，施工作業(yè)部位的水位變化較大。因此在施工過(guò)程中，需要對(duì)河道潮水位進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，根據(jù)檢測(cè)成果指導(dǎo)施工。充分利用退潮期的較低水位進(jìn)行膜袋鋪設(shè)施工，保證膜袋鋪設(shè)一次完成。

5) 混凝土充灌。膜袋內(nèi)混凝土的充填質(zhì)量直接影響到膜袋護(hù)坡的防護(hù)質(zhì)量，因此膜袋充填混凝土是此次項(xiàng)目施工質(zhì)量最為復(fù)雜的工作內(nèi)容。具體施工方法為：機(jī)械安裝調(diào)試→料斗清洗濕潤(rùn)→分配輸送管道→泵送水泥砂漿→灌注混凝土。在施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)時(shí)刻關(guān)注管道的輸送情況，避免出現(xiàn)泄漏，造成資源的浪費(fèi)。同時(shí)，灌注混凝土的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)按照從左至右的順序，平穩(wěn)地向膜袋內(nèi)充填混凝土，防止膜袋出現(xiàn)不均勻收縮，導(dǎo)致工程施工質(zhì)量難以達(dá)標(biāo)。

6) 回填溝槽及養(yǎng)護(hù)。使用砂土對(duì)護(hù)坡頂端的溝槽進(jìn)行回填，保證溝槽回填平坦。在岸頂將膜袋進(jìn)行固定處理，以保證膜袋護(hù)岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)，為了防止混凝土開裂，完成混凝土灌注作業(yè)后，需要定期進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土強(qiáng)度。見(jiàn)圖2。

圖2 混凝土膜袋護(hù)岸

4.3 技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)特點(diǎn)

膜袋護(hù)坡水下施工技術(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表2、表3。

表2 膜袋技術(shù)指標(biāo)

表3 膜袋混凝土技術(shù)指標(biāo)

高潮差感潮河段無(wú)圍堰膜袋護(hù)坡水下施工技術(shù)，采取矩形護(hù)坡與鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)底相結(jié)合的機(jī)制膜袋混凝土護(hù)坡形式，具有諸多突出的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)特點(diǎn)，可以有效提高工程質(zhì)量、具有良好的社會(huì)反響。

5 結(jié) 論

鴨綠江防洪護(hù)岸工程上下游河段屬于感潮河段，上下游河段最大潮差可達(dá)到4.2和7.4 m，嚴(yán)重影響到防洪工程的實(shí)施。通過(guò)方案比選，采用膜袋混凝土護(hù)岸水下施工技術(shù)，不建設(shè)圍堰，具有降低工程投資、節(jié)約工期等優(yōu)勢(shì)。采用矩形護(hù)岸+鉸鏈護(hù)底經(jīng)驗(yàn)算滿足抗滑要求，袋厚大于0.15 cm時(shí)即可滿足抗浮、抗冰推厚度要求。在施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循相關(guān)技術(shù)手段，以保證膜袋混凝土的施工質(zhì)量，保證防洪護(hù)岸工程質(zhì)量，改善鴨綠江防洪條件，可為類似工程防洪工程建設(shè)提供參考。