模袋混凝土在屈家店樞紐上游右岸堤防除險加固工程中的應用

張松濤，姜 偉，張 鈺

（海河水利委員會海河下游管理局，天津 300061）

模袋混凝土技術是我國上世紀70年代末、80年代初從國外引進的一種現澆混凝土新技術，采用土工織物（即模袋）作為載體，通過混凝土泵將混凝土充灌進模袋成型。它具有整體性優、耐久性好、地形適應性強、施工效率高、可以在水下施工等特點，因而被越來越廣泛地應用于河堤、航道、海擋等水利工程設施中。

屈家店樞紐上游右岸堤防除險加固工程建設采用了模袋混凝土技術，通過建設各方的共同努力，模袋混凝土施工任務圓滿完成。

1 工程概況

屈家店樞紐位于永定河與北運河匯流處，包括北運河節制閘、新引河進洪閘、永定新河進洪閘及3.5 km河道堤防工程，樞紐總設計流量為1 800 m3/s，總校核流量為2 200 m3/s，是天津市城市防洪的北大門。上述3座水閘先后于1991、1994和1999年進行了改建或除險加固，達到了設計防洪標準。

根據《天津城市防洪規劃》，屈家店樞紐上游右岸堤防為天津市城市防洪圈的一部分，屬于一級堤防標準。該堤防建于1970年，因年久失修，漿砌石護坡出現風化、松動、流失及局部塌陷，對右堤防洪墻基礎逐年淘刷，影響防洪墻的穩定安全；同時，隨著樞紐水閘改建或除險加固的完成，堤防不達標、與水閘的正常運行相矛盾的問題凸顯出來，甚至到了威脅閘本身安全的程度，直接影響樞紐本身的安全與達標，并嚴重威脅天津市區的安全。

本次屈家店樞紐上游右岸堤防除險加固范圍從樁號0+000—0+310，總長共計410 m。工程主要任務是針對該段堤防存在的問題，根據海河流域防洪及天津城市防洪總體要求及管理需求，對其進行除險加固，以滿足屈家店樞紐的安全與達標，進一步完善天津市的城市防洪體系。

2 模袋混凝土設計要點

2.1 工程布置

近閘段100 m（0+310—0+410），由于現狀坡頂較低（5.0 m左右，1985國家高程基準，下同），較屈家店樞紐上常水位4.5 m稍高，設計采用模袋混凝土護坡。近閘段以上0+000—0+310范圍內，由于坡頂較高，設計在常水位以上設一馬道，馬道設計高程5.25 m，馬道以下采用模袋混凝土，馬道以上至坡頂為漿砌石護坡。

2.2 工程主要設計指標

模袋混凝土護砌厚0.25 m。模袋混凝土沿現狀岸坡進行布置，在坡腳處將模袋沿河底平鋪4 m，近閘段0+310—0+410進行全斷面鋪設，坡頂處采取挖齒槽埋置，并采用0.4 m厚現澆混凝土壓重措施；0+000—0+310段在馬道坡頂處采取挖齒槽埋置的措施，在每塊模袋的左側預留0.4 m寬的搭接布，底部滲水通過兩塊模袋之間的縫隙排走，以保證混凝土模袋的穩定。

為滿足護坡混凝土對強度和耐久性要求，根據臨近地區模袋混凝土施工經驗，本設計模袋混凝土按C20、F200考慮。

2.3 土工模袋技術指標

（1）本次模袋混凝土護坡位于馬道以下水下部分，因此選用無排水型編織布模袋，且需滿足表1所列技術指標要求。

表1 土工模袋技術指標

（2）設計模袋為雙層，上層滌綸，下層丙綸，厚度為25 cm，每塊模袋的長度按設計護坡需要的長度加工，在每塊模袋上層預留混凝土充灌口，間距根據模袋的厚度和充灌能力確定。

（3）模袋不允許有重缺陷，如破損、斷紗等，對個別輕缺陷點用黏合膠修補好；模袋上下層的扣帶間距經現場試驗確定；模袋上下兩層邊框縫制采用4層疊制法，縫制寬度不小于5 cm，針腳間距不大于0.8 cm。

2.4 混凝土要求

（1）混凝土的配合比既要滿足設計強度和耐久性的要求，又要滿足混凝土的可泵行要求，必要時通過試泵送驗證，并進行必要的調整。

（2）混凝土的砂率低于40%。

（3）為保證混凝土的可泵送性、便于工程施工、保證模袋施工質量，一般要求坍落度為21 cm。混凝土經時坍落度損失值，可按表2確定。

表2 混凝土經時坍落度損失值

（4）混凝土采用現場攪拌生產，必要時外購商品混凝土滿足混凝土澆筑需要。

3 工程主要施工步驟和故障排除

3.1 現場準備

（1）水上邊坡整理：鋪設前按照設計要求對邊坡進行挖填整平，保證坡面平順，施工部位要夯實。

（2）水下邊坡處理：對凹坡回填坡面，可先用拋石體回填邊坡，

3.2 模袋鋪設

（1）鋪設模袋前先使用長臂挖機和抓斗式挖泥船進行河底清理，清理挖出來的土方用船運至棄土場。清理基本到位后，河底采用在挖機斗上焊上2.5 m長的槽鋼來進行來回刮動加以整平。

（2）50 m模袋混凝土護坡為一個單元工程，模袋按設計要求在工廠進行整片制作，每個模袋尺寸須符合施工圖紙的要求。鋪設前注意沿水流方向為施工方向，然后沿岸線施工方向鋪設土工模袋單元，鋪設中對個別鋪設不到的部位采用異型單元，對號入座，施工程序方向與單元搭接同向。

（3）模袋下放時，潛水員先對其四角進行固定，固定前必須按照測量成果進行定位，以確保鋪設準確。各部位高程符合設計要求錨固位置的同時，保持布面無折皺、松緊適度，以便于混凝土的充灌。

（4）相鄰模袋用雙股線縫接緊密，接縫底部采用幅寬1.0 m丙綸無紡布作為反濾墊層。接縫保持順直，縫寬要求最小，并留有充灌收縮的富余量。

（5）模袋鋪設經監理方檢查合格后方可進行充灌。

3.3 混凝土灌注

（1）混凝土的灌注利用泵送將混凝土灌入模袋，自下而上按次序進行。

（2）混凝土泵送距離不超過50 m，充灌速度控制在10 m3/h以內，混凝土泵的出口壓力為0.2～0.3 MPa。充灌混凝土連續進行，當模袋內混凝土充灌將近飽滿時，暫停5～10 min，待水分析出后，再灌至飽滿。模袋混凝土充灌找平時，在初凝前可采用人工踩平。

（3）泵送前用水泥砂漿（1∶1）潤滑料斗、泵體和輸送管內壁，以減少泵送阻力。開始壓送混凝土時，要比配合比稍多加10%水泥，使其流動性好些，然后用正常配合比施工。

（4）混凝土泵出口用鋼管連接，一直延伸至待澆筑模袋的中間位置，在河道上的鋼管與浮筒綁扎浮于水面上。然后，接一段足夠長的高壓軟管，高壓軟管的長度滿足不用移動鋼管而能與所有的混凝土灌注口連通，同時在其他混凝土灌注口也事先連接好幾個高壓軟管，用浮筒浮在水面上。等前一個混凝土灌注口結束后直接把鋼管連接到另外的軟管上繼續灌注混凝土，從而節約時間。

（5）混凝土泵的布置與待澆注的模袋在同一直線上，避免彎管太多影響輸送能力，減少產生堵管的可能性。混凝土泵的出口軟管由潛水員伸入模袋上的混凝土灌注口，綁扎好后即可灌注混凝土。

（6）混凝土灌注過程中潛水員必須經常進行觀察，并在下面進行不停的踩動使混凝土能夠順暢地流動，從而保證模袋中混凝土的充盈。待灌注口的混凝土灌注量滿足要求，及時更換灌注口。在最后一個灌注口進行灌注時，應同時對實際灌注量與理論方量進行比較，避免灌注不足或超灌。灌注結束后的混凝土面高程應控制在要求的范圍內。

（7）如發生混凝土堵管現象時，混凝土泵車壓力驟減，輸送管發生激烈震動，立即停止泵送，并迅速檢查堵塞位置。對堵塞位置立即進行疏通，如無法疏通，立即清洗管道，處理后再進行泵送。

（8）混凝土的灌注施工中，必須注意以下事項：在下設模袋的同時，用細繩將每個灌注口用活結扎好，細繩的另一端懸掛在浮標浮在水面上，以減少潛水員在水下尋找灌注口的時間；灌注將近飽滿時，暫停5～10 min，待模袋中的水分析出后，再灌注至飽滿；每個灌注口灌注結束后，用繩子將灌注口扎死。

3.4 水上模袋混凝土養護

水上部分模袋混凝土的養護采用與普通混凝土養護相同的方法進行。

3.5 故障及排除

在模袋混凝土施工過程中，有時會發生故障。常見的故障情形及其排除辦法如下。

（1）堵塞現象：堵塞常出現于泵送機械料斗、輸送管道及模袋內，出現該故障的主要原因有：①泵送機械不正常。應選用可靠機械，最好能夠進行試灌。②骨料不合適。粗骨料粒徑最大不能超過泵送管直徑的1/3。③坍落度變化。要嚴格控制混凝土的坍落度在22±2 cm內。天熱時應給管道灑水降溫，避免日曬，防止管道內出現結實段。停水停電造成停工過長也容易使坍落度改變而堵塞。④充填料配合比不合適。應嚴格控制充填料的配比，使其有良好的和易性、流動性和泵送性。

（2）鼓脹現象：鼓脹是充填厚度明顯不均勻的結果，常出現在坡底或灌料口。防止方法是灌料應與其灌料口齊平，停泵3～5 min再泵入。有時因泵與灌料口距離遠，操作人員配合不好而超灌，故在快灌滿時注意配合；也會因袋內控制厚度的尼龍繩被拉斷所致，這時應暫停泵送，往鼓處加載，待袋內料初凝再繼續充填。

（3）模袋塊之間接縫不密：一般情況下，相鄰模袋之間采用靠接，接縫下面鋪反濾無紡土工布。如施工不善，會出現靠接不緊，應在泵送前先將兩塊的底角靠緊并固定，充料管先灌底部，輔以調整模袋張力。如仍有縫隙，可以小模袋灌料向縫中擠入。

（4）充填不飽滿或者未灌入：充填不滿的應打開原灌口，再進行補灌。未灌入的要另開灌口，灌口應放在未灌入處的中間位置。開口不宜大，灌后應塞入單層土工織物并加荷載，防止回流。

4 結語

模袋混凝土的應用，不僅能減少周邊地區的山體石料開采，還可以減少拋石材料和生產水泥所需原材料用量及因其生產而產生的廢氣等污染源。采用模袋混凝土代替傳統的拋石防護，施工簡便快捷，且能進行水下施工，解決了拋石難以準確定位的難題。模袋混凝土施工一次灌注成形，整體性好、施工簡便、速度快、防護面不需要常年維修，成形后的坡面美觀大方。模袋施工時無需圍堰，可水上水下直接施工，機械化程度高、施工的坡面面積大、穩定性好。對于充填材料，在滿足混凝土設計強度的前提下，應根據模袋的型號選用骨料，并通過現場試驗確定滿足模袋混凝土充填所要求的流動性及和易性的配合比。總之，模袋護坡作為一種新型的防護工具，種類較多，能滿足不同工程的需要，可以廣泛在海河流域推廣應用。