潼南航電樞紐模袋混凝土施工技術

劉中文，蔣 帆

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概述

涪江干流梯級渠化潼南航電樞紐工程位于重慶市潼南區(qū)城區(qū)涪江大橋下游約3km處，開發(fā)任務是以航運為主兼顧發(fā)電，水庫總庫容2.19億m3，正常蓄水位236.50m，相應庫容1571萬m3，船閘和航道等級為Ⅴ級，設計通航船舶噸級為300t，電站裝機容量42MW。工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型。

根據樞紐工程的地形、地質條件，為滿足施工導流要求，潼南航電樞紐釆用分期導流方式，工程分二期施工，先左岸再右岸。其中右岸二期工程采用土石圍堰結構，圍堰按先填筑成枯期圍堰，再加高填筑形成汛期過水圍堰。

二期上游過水圍堰頂高程236.5m，圍堰頂寬8m，堰體結構形式：上游圍堰迎水側233.0m高程以上邊坡為1∶2.0，233.0m高程以下邊坡為1∶2.5，背水側231.0m高程以上邊坡為1∶3.0，231.0m高程以下采用鋼筋石籠砌筑，邊坡為1∶1.5。堰頂至231.0m高程之間采用0.8m厚混凝土面板防護，面板底部鋪0.3m厚的過渡料及400g/m2的單層土工布，迎水側231.0m高程以下采用30.0cm厚的模袋混凝土防護，模袋混凝土護坡面積為11843m2；基坑側231.0m高程以下釆用2層鋼筋石籠防護。

2 模袋混凝土設計

模袋混凝土設計的主要內容包括：岸坡穩(wěn)定性驗算、模袋材料及規(guī)格、模袋充灌材料及充灌厚度、模袋穩(wěn)定性驗算、護坡細部構造及邊界處理等。

2.1 岸坡穩(wěn)定性驗算

土堤的岸坡穩(wěn)定性可采用瑞典圓弧法、改良圓弧法等進行驗算。

2.2 模袋材料及規(guī)格

土工模袋一般利用一種雙層聚合化纖合成材料制作的袋狀產品，通常有丙綸、滌綸、錦綸、維綸等高強長絲纖維，該類化纖材料具有強度高和耐酸堿性強的特點。

潼南航電模袋布設計采用單層重量不小于500g/m2的高強度滌綸，模袋布垂直滲透系數要求為1.0×10-3～5.0×10-3cm/s，其等效孔徑要求O95≤0.25mm。抗拉強度：經向≥50.0kN/m，緯向≥35.0kN/m。斷裂伸長率：經向≤35%，緯向≤30%。CRB頂破強度≥4000N。其規(guī)格和質量要求滿足《土工合成材料長絲機織土工布》（GB/T 17640—2008）要求，模袋布主要技術性能參數如表1所示。

2.3 模袋充灌材料及充灌厚度

（1）模袋充灌材料可選用砂漿或混凝土，一般對于永久性的堤防加固，采用強度等級C20及以上的混凝土。潼南航電樞紐二期工程的模袋混凝土為圍堰護面，除滿足防沖護面要求外，還需防滲擋水，具有一定抗凍性和強度要求，設計采用C20W6F50混凝土。

（2）模袋充灌厚度應通過抗浮穩(wěn)定分析和抗推移穩(wěn)定分析，以及抗沖要求等確定。可先根據類似工程經驗選擇適當的充灌厚度，再作抗浮和抗滑穩(wěn)定性分析，檢驗所假定的充灌厚度是否合理。同時，模袋厚度尚應保證在河道低水位的工況下能夠抵抗背水側滲透壓力的破壞。模袋抗漂浮所需的厚度的計算公式如下：

式中：h為模袋充灌厚度，m；c為面板系數，對于大塊混凝土護面，c取1；Hw、Lw分別為波浪高度與長度，m；Lr為垂直于水邊線的護面長度，m；m為坡角α的余切；γc為混凝土有效容重，kN/m3；γw為水容重，kN/m3。

國內一般堤防類加固工程，模袋混凝土護坡的設計厚度為20cm左右。潼南航電樞紐二期工程通過驗算，結合圍堰汛期過流工況下抗沖能力要求，最終確定模袋混凝土設計厚度為30cm。

2.4 模袋穩(wěn)定性驗算

模袋的抗滑穩(wěn)定安全系數計算公式如下：

式中：Kcs為模袋與堤土間的抗滑穩(wěn)定安全系數；fcs為模袋與堤土間的摩擦系數；α為堤坡角；L1、L2為長度，m。算得的Kcs應符合《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL 274—2001）的規(guī)定。根據以上公式最終確定上游圍堰護坡模袋混凝土頂部高程231m平臺寬度5m，坡面坡比為1∶2.5，坡長16m，模袋混凝土厚度30cm，模袋布總長度26m，水下端部寬度5m，具體見如圖1所示。

圖1 圍堰橫斷面圖

2.5 護坡細部構造及邊界處理

為提高模袋的抗滑穩(wěn)定性和抗沖能力，設計根據不同的地形、邊界條件，結合上部結構，合理進行細部構造設計及邊界處理，潼南航電二期圍堰采用的方法主要有以下三種：（1）模袋頂部設長5.0m的平臺段，平臺段模袋混凝土作為上部鋼筋混凝土護面的基礎，在交界面提高抗沖要求，同時通過上部澆筑混凝土重量壓住模袋混凝土上，防止模袋混凝土下滑。（2）模袋底部設5.0m的活絡節(jié)平段伸入河床，適應河床高低不平的變化，其上采用拋石壓腳，壓腳寬2.0m、高2.0m，壓載防沖加固。（3）模袋上、下游起終點設置壓袋溝起錨固作用，溝深度和底寬為1.5m，邊坡1∶1～1∶2，錨固段施工后和水下活絡節(jié)類似，壓載塊石補平邊坡，并用鋼筋籠或塊石過渡銜接護坡面。

3 模袋混凝土施工

3.1 施工準備

因模袋混凝土施工有一定技術含量。為此，施工前應對所有操作人員包括潛水員就該工程的施工特點和要求組織專門的技術交底，并做好崗前培訓。同時還須對進場的機械設備、船舶進行全面的維修保養(yǎng)，使之保持性能完好；備足施工使用的原材料，確?；炷琳９?。

表2 模袋混凝土配合比表

3.2 模袋混凝施工

（1）施工步驟。模袋混凝土施工流程：模袋加工成型→圍堰坡面修整→模袋鋪設→混凝土充灌→養(yǎng)護。

（2）模袋加工成型。根據設計圖紙尺寸進行模袋的加工制作，委托有資質的廠家生產，其平面尺寸分為標準型和異型兩種，標準型模袋的加工尺寸為按設計坡長（寬度）分段（長度）加工，并在設計長度基礎上預留一定伸縮量，一般加長3%～5%。水下底部根據設計要求采用活絡節(jié)。每幅模袋設不少于2個充灌口，每個充灌口充灌面積不宜多于25m2，充灌口袖口長為40cm，直徑為30cm左右。

（3）圍堰坡面修筑。坡面修筑以機械為主、人工為輔，其中水上部分測量放樣后，普通挖掘機修坡，機械修整后采用人工整平；水下修坡采用長臂挖掘機修整，潛水員檢查，如遇凹窩洞穴，采用拋石處理，且用碎石整平。坡面修整到位后，報監(jiān)理工程師驗收。

（4）模袋鋪設。鋪設準備：對進場模袋必須逐幅檢查，觀察是否有破損以及缺經、缺緯等缺陷，檢查合格后開始鋪平。模袋鋪設時間應考慮在低水位時間進行，鋪設完成后，為防止模袋順坡下滑，應在頂口設定位樁，定位樁間距1.0m，采用腳手鋼管，定位樁的布置根據設計圖測量定位。模袋鋪設：鋪設模袋采用機械與人工結合，自卸車運輸至現場后，人工打開，從設計頂部位置開始，順坡面向下滾鋪，至水邊時，再用船和繩子拉住模袋端部逐步往江中移動展開，到達設計位置后，潛水員配合慢慢沉放鋪設平整。鋪設須注意沿水流方向，從上游向下游推進。兩幅間采用特制鋼針縫合。圍堰軸線變化段按設計要求鋪設，潛水員檢查鋪設發(fā)生開叉需調整或補塊縫合，確保灌注混凝土后不發(fā)生開叉。

（5）混凝土充灌。模袋混凝土坍落度控制在22cm左右，要求流動性好、和易性好，符合泵送混凝土的要求。潼南航電樞紐模袋混凝土經過多次現場試驗優(yōu)化，最終確定配合比如表2所示。

混凝土輸送采用地泵，混凝土集中拌制，保證混凝土的連續(xù)供應。模袋混凝土灌注首先壓水、拌制2m3左右砂漿潤濕管道，然后輸送普通混凝土，在混凝土至管口后，停止輸送。由施工人員將泵管口配置軟管口插入模袋袋口，由現場工人攪纏扎牢袋口與軟管緊密后，輸送灌注混凝土。充灌壓力控制在0.2MPa，充灌速度控制在10～15m3/h。

為防止模袋灌注后沿坡面向下滑動，灌注時先平臺，通過定位樁和灌注混凝土壓重加大摩擦力，再灌注坡面部分，潛水員配合灌注水下部分，直到充滿為止。灌注時安排1～2人跟隨進料部位，在模袋上用腳連續(xù)踩踏，擠壓混凝土向內擴散填充模袋。期間要時常檢查袋口進料是否順暢，確保不會出現袋口骨料堆積，壓力增大的情況，從而導致模袋加固筋脹脫，產生灌注厚度不均或出現鼓包的現象，最終影響施工質量。施工時根據氣溫調整拌和站出機口坍落度，若氣溫較高，混凝土坍落度損失較大，造成混凝土流動性降低，混凝土需適當添加緩凝劑。充填時特別注意，在模袋將近飽滿時，應暫停5min左右，待模袋內混凝土水分析出部分后，再行灌注，直至模袋飽滿。灌注班組常規(guī)8～10人，連續(xù)作業(yè)，灌注好一個縫制隔層單位后，由現場指揮員通知泵車暫停，松開袋口，抽出灌注軟管后迅速封口，同時將輸送管移動插入下一個袋口。灌注時若袋口出現冒混凝土或局部堵管，應及時清理，再用水沖洗干凈，保證成型外觀質量。

（6）養(yǎng)護。模袋混凝土成型后的養(yǎng)護主要為護坡水上部分，其養(yǎng)護方式和常態(tài)混凝土相同，采用覆蓋灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間最少7d。要求在模袋混凝土終凝前，人員不得在上面走動或堆壓物體等。水下活絡節(jié)壓腳在模袋混凝土齡期達28d后，采用定量定點法進行水下拋填塊石護腳。

3.3 施工質量檢驗。

施工首先對進場模袋加工進行外觀檢查，并檢查出廠合格證和材質檢驗報告，進場后按規(guī)定抽樣檢驗其主要技術性能指標，合格后使用。模袋混凝土施工前先檢查護坡基礎坡比、密實度、平整度、坡頂高程等。一般坡比允許偏差±5%；坡面平整度，水上部位不大于10cm，水下部位不大于15cm。模袋用混凝土原材料檢驗合格，試驗配合比報監(jiān)理批準后加工?；炷撂涠瓤刂茷?2±2cm，混凝土抗壓、抗?jié)B按500m3/組試塊，抗壓每天最少一組，抗凍取樣1～2組進行控制。對于模袋混凝土充灌厚度檢測，施工過程中采用探針檢測控制，完成后采用測量儀器檢測，其平均值應符合設計要求，允許偏差-5%～8%；其頂部寬度允許偏差±5cm。

4 異常情況處理

在模袋混凝土施工過程中盡可能保證連續(xù)作業(yè)，但實際施工過程中由于多種人員、設備等原因，產生一些故障。常規(guī)遇到以下情況，需及時采用相應措施應對處理。

（1）堵塞現象。堵塞常出現在混凝土泵出料口、輸送管道轉彎段及模袋入口處等。主要原因是一般采用地泵，泵管連接不密實，存在局部漏漿，混凝土離析；泵管布置不合理，局部彎頭轉彎半徑過??；選料配合比不當，骨料內超徑料較多，坍落度不穩(wěn)定；泵車操作員業(yè)務不精，操作不當，送料不連續(xù)；拌和站距離現場運距較大，單車混凝土料充灌停頓時間過長，坍落度損失大，現場工人質量意識差，隨意向攪拌車或泵車內加水等。避免堵塞建議骨料采用天然砂礫石料，混凝土相對和易性更好，如采用人工骨料，需采用一級配，最大骨料粒徑20mm，相對提高砂率，添加粉煤灰，增加混凝土流動性，提高混凝土可灌性。

（2）根據氣溫嚴格控制到工作面混凝土的坍落度，因故暫停時間太長，坍落度損失大于40mm，混凝土需廢棄或需調配到其他滿足標號要求的倉面使用。

（3）模袋鼓包。產生的原因主要是模袋內攀筋與聯(lián)結帶出現松脫或斷裂，混凝土充灌壓力過大，施工需做調整。但現場已經出現鼓包現象時，應立即停止泵輸送料，采取在混凝土初凝之前人工割破鼓包處的模袋布，并將鼓包部分的混凝土排放掉，再采用鋼針將模袋割口縫接好，割破口較大時內部加襯一層同類模袋布。

（4）模袋鼓脹。主要是因混凝土充灌速度過快，壓力不勻引起的模袋內骨料集中，出現局部堵塞。預防辦法是先對即將充灌的模袋配備水泵抽水沖洗模袋，潤濕其表面，施工時注意加強泵車操作人員和模袋口指揮員配合，在充灌時邊充灌邊踩踏擠壓模袋混凝土表面，加強混凝土料的流動，同時將混凝土泵壓力控制在0.2MPa左右。

（5）混凝土料充填不飽滿或未灌入。充填不滿，應打開灌口，再行補灌。難以充灌到位或未灌入的部位應在未灌入處的中間、靠邊緣縫紉線處另開灌口，灌后應塞入單層土工織物并加荷載，防止混凝土回流。

5 結束語

潼南航電樞紐二期工程過水圍堰計劃工期3個月，包括填筑12萬m3，鋼筋石籠2m3/只共計10000多只，面板混凝土約2萬m3等。工期緊，度汛壓力大，設計將部分拋石和鋼筋籠護面采用模袋混凝土后，上、下同時施工，模袋混凝土每個班配置約10人，每天施工500m2左右，一個月完成12000m2，對比拋石和鋼筋石籠大量節(jié)省人工，最終確保了整個潼南樞紐二期工程過水圍堰提前16d完成，后續(xù)施工期圍堰度汛安全、有效。實踐證明采用該方案具有防沖效果好、適應性強，尤其具備可直接在水下施工、可連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點，能夠在保證工程質量前提下，加快施工進度，節(jié)約建設投資，值得在圍堰防護或其他堤防工程中進一步推廣使用。