模袋混凝土襯砌在工程中的應(yīng)用

王洪寶

（盤(pán)錦市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司,遼寧 盤(pán)錦 124000）

模袋是一種雙層聚合化纖織物制成的連續(xù)袋狀材料,模袋混凝土是用壓力泵將混凝土灌入模袋中,在混凝土凝固后形成的密合基面形狀的結(jié)構(gòu)物。模袋混凝土在水利工程中得到了廣泛的應(yīng)用,尤其是渠道坡面防護(hù)過(guò)程中[1]。

1 項(xiàng)目概況

接官?gòu)d排總南側(cè)臥龍湖兩岸均為自然土堤,河堤有的局部低矮,淤積嚴(yán)重,經(jīng)多年的運(yùn)行,河堤局部沖刷滲漏嚴(yán)重。

工程建設(shè)任務(wù)：在臥龍湖左岸新建模袋護(hù)坡910 m,采用模袋混凝土護(hù)岸形式。工程位置見(jiàn)圖1。

圖1 工程位置圖

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 襯砌結(jié)構(gòu)型式

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)所在地的氣候特點(diǎn)及當(dāng)?shù)匾延星酪r砌成功經(jīng)驗(yàn),初選鋼筋混凝土板襯砌和模袋混凝土襯砌兩種方案作為渠道防滲的初選方案。

（1）方案一：鋼筋混凝土板襯砌結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：①取材容易?；炷了玫纳啊⑹话憧删偷厝〔?。②耐久性好。鋼筋被混凝土包裹著不易銹蝕,維修費(fèi)用少。③可模性、整體性好。由于新拌和而來(lái)結(jié)硬的混凝土是可塑的,根據(jù)需要,可按照不同模板尺寸和式樣澆筑成設(shè)計(jì)所要求的形式?；炷两Y(jié)硬后,其整體性及剛度好。

缺點(diǎn)：①抗裂性能差。由于混凝土抗拉強(qiáng)度低,在施工時(shí),很難避免裂縫的出現(xiàn)。有些結(jié)構(gòu)堅(jiān)決不允許出現(xiàn)裂縫,那么在使用時(shí)難免會(huì)增加施工難度和工程投資。②費(fèi)工,費(fèi)模板,現(xiàn)場(chǎng)施工周期長(zhǎng),倉(cāng)面多,施工流程復(fù)雜[2]。同時(shí),受季節(jié)性影響較大,尤其是冬季施工,還需加入混凝土摻加劑進(jìn)行處理。對(duì)于這種情況,勢(shì)必要減輕結(jié)構(gòu)的自重,改善其抗裂性能,目前市面上有輕質(zhì)和高強(qiáng)材料一類(lèi)的混凝土。

（2）方案二：模袋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：①模袋混凝土防滲工程施工采用一次噴灌成型,施工簡(jiǎn)便、速度快[3]；能適應(yīng)各種復(fù)雜地形,護(hù)底等不需填筑圍堰,可直接水下施工,機(jī)械化程度高,所護(hù)坡面面積大、整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好,使用壽命長(zhǎng)[4]；模袋本身具有一定的透水性,灌入混凝土后,內(nèi)部的多余水分可以從空隙中滲出。這樣由于水灰比迅速降低,混凝土凝固的速度加快,從而其抗壓強(qiáng)度增大。②模袋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)具有良好的防滲效果,除蒸發(fā)一小部分水外基本無(wú)損失,水利用系數(shù)可達(dá)96%以上,從而能夠較好地實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉增糧。③模袋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)利用渠道斷面不大,一般1 m 寬的渠道就可以采用這種護(hù)岸型式。同時(shí)邊坡好處理,坡比不需要非常緩,這樣就能最小限度的占地。

缺點(diǎn)：適應(yīng)不均勻沉陷能力差；抗凍脹能力弱；難以加筋。

通過(guò)對(duì)上述二種方案比較,本項(xiàng)目渠道護(hù)砌選用模袋混凝土襯砌型式。

2.2 模袋混凝土襯砌厚度驗(yàn)算

模袋自身的厚度主要需滿(mǎn)足以下兩點(diǎn)：①因其表面有局部孔洞所引起的變曲應(yīng)力；②風(fēng)浪所產(chǎn)生的浮動(dòng)以及冰推力導(dǎo)致護(hù)坡模袋沿坡面滑動(dòng)等要求。

1）按式（1）計(jì)算：

式中：t 為抵抗彎曲應(yīng)力所需厚度,計(jì)算得0.013 m；γc為充填物的容重（一般為砂漿或混凝土）,取21.7 kN/m3；R 為充填物的抗壓強(qiáng)度,取2×104kN/m2；a 為模袋底架空為正方形的邊長(zhǎng),取0.50 m；K 為安全系數(shù),取3.0。

2）按式（2）計(jì)算：

式中：t 為混凝土護(hù)面板厚度,為土堤護(hù)面,計(jì)算得0.10 m；η為系數(shù),取0.075（按對(duì)開(kāi)縫板）；H 為波高,取H1%,計(jì)算得1.04 m；rb為混凝土板重度,21.7 kN/m3；r 為水的重度,取9.81 kN/m3；L 為波長(zhǎng)（m）13.80 m,；B 為坡率,17.1m；m=ctgα,α 為斜坡坡角,（°）；

3）按式（3）計(jì)算：

4）根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5082-1998）7.3.3 規(guī)定,采用機(jī)織模袋混凝土護(hù)坡,模袋混凝土平均厚度宜取150 mm～200 mm。

臥龍湖地處盤(pán)錦平原地區(qū),冬季時(shí)渠道內(nèi)基本無(wú)水或水量較少,那么冬季的冰推力幾乎為0。該地區(qū)東西風(fēng)向風(fēng)力又不大,故風(fēng)浪推力也幾乎不計(jì)。因此本設(shè)計(jì)采用模袋混凝土襯砌的厚度取150 mm?；炷翗?biāo)號(hào)和抗凍等級(jí)采用C20F200,并現(xiàn)場(chǎng)充灌。

2.3 模袋混凝土護(hù)坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算

模袋混凝土抗滑穩(wěn)定包括其本身自重的滑動(dòng)力和與渠道邊坡的摩擦力,按式（4）計(jì)算：

式中：t 為模袋混凝土厚度,取0.15 m；L1為模袋混凝土襯砌水平長(zhǎng)度,m；L2為模袋混凝土襯砌斜坡長(zhǎng)度,m；α為坡角,（°）；F 為模袋與邊渠道邊坡間的摩擦系數(shù),取0.5。

經(jīng)計(jì)算,K=1.75>1.25,滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定要求。

2.4 技術(shù)要求

工程盡可能減少占地和不砍伐樹(shù)木布置,混凝土選用商品混凝土。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),臥龍湖渠道邊坡坡比在1∶2.0 左右。本工程按照現(xiàn)有邊坡,從坡腳一直襯砌到渠頂。襯砌底部沿坡腳直立插入渠底1.0 m,襯砌頂部水平鋪設(shè)500 mm 寬,再按照1∶1.0 放坡插入土內(nèi),插入深度為500 mm。模袋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 模袋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)圖

模袋采用現(xiàn)場(chǎng)縫制的聚丙烯編織布,下設(shè)一層無(wú)紡布。機(jī)織土工膜袋基本技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 機(jī)織土工膜袋基本技術(shù)指標(biāo)

3 模袋混凝土工程施工

3.1 模袋鋪設(shè)

①檢查模袋質(zhì)量,查看有無(wú)孔、洞,缺少經(jīng)緯,跳線等情況；再將無(wú)質(zhì)量問(wèn)題的模袋進(jìn)行編號(hào),平卷系牢后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng),按照施工分段放好模袋,以便縫制時(shí)缺少模袋塊。

②將各施工分段的模袋鋪設(shè)到渠道邊坡,再次檢查確認(rèn)有無(wú)質(zhì)量問(wèn)題或運(yùn)輸時(shí)有無(wú)刮蹭；查看塔接布、混凝土充灌入口、穿管布等位置有無(wú)質(zhì)量問(wèn)題,縫制時(shí)把鋼管穿入模袋孔。

鋪設(shè)模袋時(shí)要順?biāo)鞣较蛞A(yù)留一定的長(zhǎng)度,本工程預(yù)留20 cm。

③模袋鋪好后,因其重力會(huì)自動(dòng)下滑,所以在渠道頂部設(shè)置固定樁。本工程在施工時(shí),施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況每30m 設(shè)置一個(gè)定位樁,定位樁上設(shè)置絞杠,以便調(diào)整模袋的位置,再將鋼管和絞杠用尼龍繩連接。

3.2 泵入混凝土

①混凝土采用泵入式,自下而上從兩側(cè)向中間進(jìn)行充灌,充灌飽滿(mǎn)后,暫停10min[5],當(dāng)混凝土中的水分和氣體析出后,再次充灌直至填滿(mǎn),這樣的混凝土強(qiáng)度要大于普通的混凝土澆筑方式。

②保證連續(xù)作業(yè),一個(gè)模袋塊要連續(xù)一次充填完畢。在充灌時(shí),現(xiàn)場(chǎng)要有至少一名安全人員和專(zhuān)業(yè)指揮人員,緊密配合混凝土充灌小組,同時(shí)監(jiān)理單位旁站。當(dāng)混凝土卡在某一位置時(shí),指揮人員應(yīng)及時(shí)溝通充灌人員,可采取粗木棍擠壓或腳踩方式保證該部位混凝土充滿(mǎn)。

③混凝土充灌完畢后,將混凝土充灌入口用線扎緊,防治混凝土溢出,混凝土凝固后,將充灌入口塞入模袋布內(nèi),并沖洗干凈。施工區(qū)周邊設(shè)置護(hù)欄和警示牌,安排人員巡視,防止人畜進(jìn)行破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

工程已于2020 年1 月15 日完成竣工驗(yàn)收,并交付大洼區(qū)三角洲管委會(huì)運(yùn)行管理,目前工程運(yùn)行良好。

使用模袋混凝土技術(shù)進(jìn)行渠道襯砌,對(duì)于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有十分良好的推動(dòng)作用,而且經(jīng)過(guò)防滲護(hù)坡,渠道輸水能力得到有效的提高,減少輸水灌溉的損失,對(duì)于水資源的節(jié)約也起到一定的作用[6]。