外海無掩護(hù)超厚模袋混凝土施工工藝及控制措施

崔珂琳，賈會杰，杜闖*

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

模袋混凝土技術(shù)是我國20世紀(jì)80年代初從國外引進(jìn)的一項(xiàng)現(xiàn)澆混凝土技術(shù)，它采用織物模袋做軟模具，通過混凝土泵將砂漿或混凝土充灌進(jìn)模袋成型，起到護(hù)坡、護(hù)底、防滲等作用?；谒哂姓w性好、耐久性好、地形適應(yīng)性強(qiáng)、施工速度快、省工省時，并可以在水下鋪設(shè)充灌施工等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于道路、水庫、河渠、海堤、港灣等工程，在國內(nèi)應(yīng)用發(fā)展較快。

本文研究的模袋混凝土護(hù)面及護(hù)底的設(shè)計(jì)厚度為80 cm，超過水運(yùn)工程相關(guān)施工規(guī)范中所提及的最大值[1-2]，在水運(yùn)工程施工中尚屬首次應(yīng)用，研究解決無掩護(hù)條件下超厚模袋混凝土易出現(xiàn)的涌浪對模袋的鋪設(shè)及混凝土澆注成型的影響、澆注工藝及輔助裝置對大面積超厚模袋混凝土成型質(zhì)量的影響。

1 模袋混凝土施工工藝

1.1 模袋混凝土施工方法比選

模袋法施工方式可分為滑道法和拖排法兩種。模袋滑道法施工，其模袋混凝土灌注都在水上（船面）作業(yè)，對模袋布與混凝土的材質(zhì)沒有太多特殊的要求，模袋泵灌飽滿與否比較直觀，故在深水區(qū)水下鋪灌模袋混凝土?xí)r，該法具有獨(dú)特的優(yōu)勢，尤其是模袋混凝土護(hù)坡工程規(guī)模大、又多為水下并在較闊水域作業(yè)時，滑道法當(dāng)為首選。拖排法施工，對模袋混凝土或模袋砂軟體排的核心技術(shù)則著重于“拖”，將模袋（排）潛入水中拖移定位來實(shí)現(xiàn)護(hù)坡功能[3-7]。

施工正常情況下，拖排法每天可以鋪排3塊，每塊排體充灌后寬度約12 m，排除排間搭接2 m，每天可完成鋪排寬度約40 m，每天可完成約680 m2，施工速度要優(yōu)于滑道法。根據(jù)現(xiàn)場施工條件和工期安全，本工程采用拖排法施工模袋混凝土，模袋的拖移和鋪設(shè)采用人工方式。本文研究選擇的模袋尺寸為12.4 m（寬）×17.1 m（長），厚度為80 cm。

1.2 模袋的分倉構(gòu)造

模袋的分倉數(shù)量主要依據(jù)整個模袋的大小而定，倉室太少會導(dǎo)致單個模袋倉室過大，混凝土澆注時倉室邊緣處混凝土厚度不易保證；倉室太多，模袋混凝土的整體性差，不符合模袋混凝土的性能要求，且對灌注速度提出更高的要求，灌注速度過快會導(dǎo)致爆倉現(xiàn)象出現(xiàn)。

本工程的模袋體積較大，經(jīng)研究，按照4個倉室進(jìn)行分倉，單個倉室寬度3.1 m，從寬度和混凝土整體性上均較合理，后期根據(jù)現(xiàn)場實(shí)施情況，充灌質(zhì)量較理想。

1.3 混凝土澆注順序

澆注順序?qū)δ４炷恋某鋵?shí)率和混凝土的質(zhì)量有至關(guān)重要的影響，澆注順序不當(dāng)，會造成現(xiàn)澆混凝土模袋和已澆混凝土模袋之間出現(xiàn)較大縫隙、混凝土離析、成型率不高等問題。

JTS/T 148—2020《水運(yùn)工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》[8]中給出的一般澆注順序見圖1。

對于超厚型模袋混凝土而言，采用常規(guī)澆注順序會帶來一些問題，由于混凝土厚度較厚，按照圖1澆注順序施工，在澆注完成1、2、3、4、8、7、6之后，再澆注5時，由于混凝土自重及填充時產(chǎn)生的水平力因素，使得位置5已充灌模袋與正在充灌的模袋之間出現(xiàn)較大縫隙。實(shí)踐證明，《水運(yùn)工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中給出的澆注順序不適合超厚型混凝土施工。

圖1 模袋澆注順序圖一Fig.1 Mould-package pouring sequence drawing 1

因此，本文對超厚模袋混凝土澆注順序開展一系列的研究工作，探索采用逐層順序澆注方式的可行性，澆注順序見圖2。

圖2 模袋澆注順序圖二Fig.2 Mould-package pouring sequence drawing 2

按照圖2澆注順序，雖可解決已充灌模袋與正在充灌的模袋之間出現(xiàn)較大縫隙的問題，但由于模袋寬度12.4 m較大，天泵在澆注過程中導(dǎo)管要不斷變換位置，施工效率較低。

結(jié)合坡面情況、施工效率等因素，研究采用先完成位置1~8的澆注，后施工坡面上混凝土的方式，澆注順序見圖3。按此順序進(jìn)行澆注，已充灌模袋與正在充灌的模袋之間縫隙可以有效減小，且與順序二相比天泵導(dǎo)管位置變換距離減小，施工效率提升。

圖3 模袋澆注順序圖三Fig.3 Mould-package pouring sequence drawing 3

3種澆筑順序工效比較見表1。

表1 不同澆注順序工效比較表Table 1 Work efficiency comparison of different pouring sequences

經(jīng)過綜合對比，最終確定按澆注順序三進(jìn)行本工程模袋混凝土澆注施工，此澆注順序使已充灌模袋與正在充灌的模袋之間既不會出現(xiàn)較大縫隙，又保證了施工效率，施工效果良好。

1.4 混凝土澆注速度

混凝土澆注速度對模袋混凝土成型和施工質(zhì)量影響較大，根據(jù)施工過程中施工速度的比選，充填速度宜在10~15 m3/h，充填壓力宜為0.2~0.3 MPa。充灌應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，停機(jī)時間不得超過20 min，當(dāng)模袋內(nèi)混凝土充灌將近盈滿時暫停5～10 min，待水泡析出后再灌至盈滿。模袋混凝土充灌找平時，在初凝前人工踩平。

充灌時，由2名熟練工人扶住軟管，防止軟管出現(xiàn)較大抖動，同時對灌口混凝土壓力進(jìn)行掌握，并與泵車司機(jī)保持無障礙聯(lián)絡(luò)?；炷翂毫Τ掷m(xù)上升時說明混凝土流動減慢應(yīng)適當(dāng)降低充灌速度，通過腳踩踏的方法對模袋內(nèi)混凝土流動受阻的現(xiàn)場進(jìn)行處理。灌口壓力很高或上升速度很快時應(yīng)停止充灌，根據(jù)具體情況分別處理：

1）灌口堵塞時，移開泵管將堵塞混凝土掏出或用鐵桿疏通后，再繼續(xù)充灌，此情況一般是混凝土離析或有大石子造成的。

2）灌口周圍先充灌的混凝土失去流動性，一般是由于長時間停歇造成，可移至上面一個灌口充灌或在上邊緣再開一個灌口充灌。

在澆注過程中，為保證混凝土的流動性，采取人工踩踏疏導(dǎo)，從灌口一步一步向下緣踩壓模袋中的混凝土，踩壓要適時、正確、輕重適宜。同時控制模袋混凝土充灌厚度，減少模袋上下左右的偏離，防止相鄰兩塊模袋搭接部位出現(xiàn)深度凹陷的情況。隨時用測深尺檢測模袋混凝土的厚度，在充灌完成后及時用水將模袋表面的余渣沖洗干凈。

陸上人員應(yīng)經(jīng)常檢查鋼架系統(tǒng)是否穩(wěn)定，密切關(guān)注張緊裝置受力情況，通過實(shí)時控制模袋松緊，保持模袋動態(tài)張力均勻，以防止充灌過程中模袋滑動。水下有施工人員跟蹤檢查，如發(fā)現(xiàn)流動不暢、堵塞、偏移情況，及時處理。

每一只灌口充填完畢，由灌口操作人員和水下施工人員相互配合將軟管緩緩拔出，換至另一只灌口充填。軟管拔出后應(yīng)快速扎緊灌口以防混凝土溢出。

每一塊模袋充填完畢，換至另一塊模袋重復(fù)上述工藝流程繼續(xù)充填，直至完成充填施工任務(wù)。

模袋混凝土充灌完成后，應(yīng)及時用水將模袋表面和濾點(diǎn)孔內(nèi)的灰渣沖洗、清理干凈，水上部分進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14 d。

2 模袋混凝土施工裝置及措施

2.1 模袋混凝土施工裝置的選擇

傳統(tǒng)模袋混凝土施工裝置較簡單，主要起到固定模袋，防止模袋下滑的作用，研制新型施工裝置，新型施工裝置需要解決以下問題：

1）在混凝土灌注過程中，保證混凝土盡可能的流動順暢，提供混凝土的流動空間。

2）在坡坦、護(hù)坡處混凝土澆注過程中，模袋會因?yàn)榛炷料蛳铝鲃佣蛳禄瑒?，需要張緊裝置進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。

3）需要保證坡肩及坡肩轉(zhuǎn)角處混凝土的厚度及成型質(zhì)量。

4）需要保證坡肩線形一致。

2.2 蚊帳式模袋混凝土施工裝置

為保證模袋混凝土施工時，模袋鋪設(shè)和施工受外部環(huán)境影響小，同時混凝土成型質(zhì)量滿足要求，專門研制“蚊帳”式新型施工裝置。

模袋混凝土澆注成型采用機(jī)織布制成柔性模袋代替剛性模板，厚度超過50 cm時，模袋混凝土厚度控制難度增大，平整度和觀感質(zhì)量也受到影響，工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全性能降低。

2.2.1 蚊帳式施工裝置設(shè)計(jì)

在模袋混凝土支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，要充分考慮混凝土坡肩寬度尺寸、混凝土厚度標(biāo)準(zhǔn)、混凝土澆注時模袋張緊力調(diào)整，設(shè)計(jì)適合本工程使用的支架系統(tǒng)。

模袋混凝土支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4，由Z形鋼結(jié)構(gòu)支架、固定裝置、限位擋板、定位桿、張緊裝置、配重塊體組成。

圖4 支架系統(tǒng)圖Fig.4 A rendering of the bracket system

支架系統(tǒng)各組成如下：

1）Z形支架為槽鋼制作成的鋼桁架結(jié)構(gòu)，各部件焊接連接。

2）固定裝置采用鋼管，長度與模袋隔倉寬度一致，安裝于模袋坡肩及上緣的穿管布上，與Z形支架、定位桿、張緊裝置連接。

3）定位裝置采用鋼板制作限位板，與Z形支架焊接連接；采用圓鋼制作定位桿，一端與Z形支架鉸接連接，一端與坡肩固定鋼管連接。

4）張緊裝置采用2 t手拉葫蘆，兩端分別連接Z形支架和坡肩固定鋼管。

5）配重塊體采用素混凝土預(yù)制而成，放置于Z形支架上，在塊體中預(yù)埋圓鋼制成吊耳以方便吊裝。

模袋混凝土澆注前將模袋連接固定于支架系統(tǒng)上，本支架系統(tǒng)對模袋布的支撐與蚊帳架對蚊帳布的支撐相似，從而將整個模袋按照設(shè)計(jì)輪廓撐展開來。澆注過程中根據(jù)模袋張力調(diào)整張緊裝置，人工對混凝土進(jìn)行疏導(dǎo)，保證模袋混凝土厚度、線形和外觀質(zhì)量。

2.2.2 施工裝置技術(shù)特點(diǎn)

本支架系統(tǒng)借鑒蚊帳結(jié)構(gòu)形式和剛性混凝土模板設(shè)計(jì)，考慮模袋混凝土設(shè)計(jì)厚度和混凝土填充過程中模袋收縮的影響。其具有的“蚊帳”式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能有效增加上下層模袋布的間隙和實(shí)時調(diào)整模袋布形狀和張緊力，使混凝土流動阻力有效減小，提高充實(shí)率，并能夠有效保證模袋混凝土線形。

本支架系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)：

1）通過支架系統(tǒng)中的固定裝置將模袋布撐展開來，使模袋布拉筋處于垂直繃緊狀態(tài)，使坡肩處模袋布依附于定位裝置固定成型，從而保證模袋布位置混凝土結(jié)構(gòu)形狀和厚度；

2）通過限位擋板控制模袋軸線位置，通過定位桿調(diào)整坡肩線形；

3）通過張緊裝置控制模袋布張力，配合人工疏導(dǎo)保證模袋混凝土平整度；

4）通過支架和配重塊體保證結(jié)構(gòu)受力平衡。

本支架系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)如下控制目標(biāo)：

1）混凝土側(cè)焊接面板形成限位板，能夠保證模袋澆注后邊線的線形；

2）支架系統(tǒng)頂部焊接三角支架，通過張緊及定位裝置與模袋定位穿管布連接，可控制模袋混凝土坡肩線形；

3）能夠保證斜坡面及坡頂模袋混凝土平整度及線形；

4）能夠保證混凝土厚度達(dá)到80 cm。

3 結(jié)語

本文針對無掩護(hù)超厚模袋混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了分析論證，研究的主要結(jié)論如下：

1）結(jié)合超厚模袋混凝土施工的特點(diǎn)，通過分析和現(xiàn)場實(shí)施比較，確定了合理的模袋分倉數(shù)量、混凝土澆注順序，同時，通過比較確定了合理的澆注速度，確保了混凝土的成型質(zhì)量。提出了模袋混凝土施工控制指標(biāo)以及質(zhì)量控制要求，為模袋混凝土的施工給出了量化控制依據(jù)以及施工中需要關(guān)注的因素。

2）研制了新型“蚊帳式”模袋混凝土施工裝置，根據(jù)澆注過程控制要求，可隨時調(diào)整模袋的張緊度，保證了混凝土的流動性和模袋的充實(shí)率，同時保證了模袋混凝土坡肩厚度、平整度、線形及軸線位置，有效保證了混凝土施工質(zhì)量。