模袋混凝土護坡在河道交匯處工程中的應用

李 和

模袋混凝土護坡在河道交匯處工程中的應用

李 和

（上饒市水利科學研究所，江西 上饒 334000）

模袋混凝土施工方便、機械化程度高，可以水下施工，在河道交匯護坡工程中得到了較為廣泛的應用。為了進一步提高施工質量，文章詳細介紹了模袋混凝土的設計方法、施工方法和質量控制方法，最后對于常見施工問題及處理措施進行了簡單介紹，為同類工程提供理論和工程經驗。

模袋混凝土；河道交匯；護坡工程；應用研究

在傳統河道交匯處護坡工程施工中，通常采用塊石進行護坡的防護，模袋混凝土作為一種新技術在對施工材料要求較高，且因施工工藝問題，在需要較長的施工周期的護坡工程施工中得到了較為廣發的應用。美國在20世紀60年代已經將模袋混凝土應用在阿勒格尼工兵水庫大壩的護坡工程中，70年代在航運、碼頭、道路橋梁護坡工程中廣泛應用。我國在1983年首次引入模袋混凝土，應用于揚州南官河的護坡工程中。隨著纖維編織技術的發展，1986年纖維模袋首次應用于工程中。與傳統石護坡相比，模袋混凝土對于材料要求較低、護坡處理相對簡單，可以大大的降低施工和維護成本；同時，由于河道交匯的環境較為復雜，對于護坡的沖刷和沖蝕較為嚴重，為了保證護坡工程的質量，對模袋混凝土的定義和計算方法、施工方法、施工工藝及施工中常見的質量問題的防治和應對措施均進行詳細介紹，為未來模袋混凝土的推廣應用提供理論和技術支持。

1 模袋混凝土介紹

1.1 概念

目前廣為接受的模袋混凝土是采用纖維編織物模袋作為模板，通過泵送混凝土灌進模袋，凝固后形成混凝土硬結板塊，對于河道交匯處的邊坡、底板及防滲具有一定的保護作用。與傳統塊石護坡相比，模袋混凝土造價較低，由于模袋的限制作用，整體性和密實性較好，由于模袋的適應性較強，可以在不同地形條件下進行應用；同時由于纖維編制技術的發展和水下混凝土的發展，水下護坡工程中模袋混凝土也得到了較為廣泛的應用，如圖1。

圖1 模袋混凝土的工程應用

1.2 模袋混凝土的設計

1.2.1 模袋選型

由于材料和加工工藝的不同，模袋可以選擇機制模袋和簡易模袋兩種，由于造價低和使用方便的特點，機制模袋得到了較為廣泛的應用，查閱相關文獻和實際施工調查，發現機制模袋有以下類型可供選擇，見表1。

1.2.2 計算分析

對于河道交匯處的護坡工程中模袋混凝土的應用，對于模袋選型、厚度確定穩定性分析、排滲考慮和抗滑措施等4個方面。

（1）模袋厚度計算分析

根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225-98），根據模袋混凝土厚度需要考慮浮托力的影響，對于模袋厚度根據下式進行計算：

表1 機制模袋類型

式中，C—面板系數，大體積混凝土時，護面C=1，有濾水點 C=1.5；Hw，Lw—波浪高度和長度，m；Lr—垂直于水邊線的護面長度，m；m—坡角α的余切；rc—砂漿或混凝土有效容重，kN/m3；rw—水容重， kN/m3。

（2）穩定性分析

對于模袋混凝土的施工過程，控制其在坡面不至于由于下滑力的存在而引起下滑，考慮通過下式進行計算。

式中，L2—斜長，m；L3—坡腳寬度，m；α—坡角；fcs—模袋與坡面間摩擦系數，可采用 0.5；Fs—安全系數，一般要求Fs≥1.5。

（3）防滲計算

為了提高模袋混凝土護坡的防滲能力，需要設置排水孔進行減壓，對于順坡軸向1m范圍內排水孔的量，考慮按照下式進行計算。

式中，Δq—順坡軸向1m需排水量，m3/s；k—滲水孔處濾層滲透系數，m/s；J—滲水處水力梯度；α—1個排水孔的面積，m3；Fs—安全系數，可取1.5。

2 施工方法介紹

有關模袋混凝土的施工過程，主要由施工準備、施工和防護三部分，具體如圖2所示。

圖2 模袋混凝土護坡施工流程圖

2.1 坡面處理

對于模袋混凝土施工的護坡處理過程選擇“凹坑部位回填，凸出部位削坡”的施工原則，保證坡面能夠滿足施工的技術要求。對于常用坡度多選擇為1∶3的坡度，利用高壓水槍對于局部凸出或欠挖部位進行處理，處理效果如圖3所示。

圖3 模袋混凝土護坡斷面示意圖

2.2 鋪設模袋

關于模袋鋪設，由于當前多采用機制模袋，因此在模袋運送至現場后，通過縫紉技術將模袋縫制好，然后根據設計要求將模袋鋪設坡面上，反濾布同時施工，對于模袋鋪設的順序按照自上而下的順序進行，施工過程如圖4所示。

圖4 模袋鋪設示意圖

2.3 澆筑混凝土

對于混凝土的澆筑過程，目前多采用泵送方法進行澆筑。施工時用鐵絲將模袋注料口與管道綁扎牢固，在不同灌口施工過程中，需要遵循連續填充的原則，施工過程中采用人工踩壓的方式，同時對于踩壓有一定的技術要求，保障踩壓平順。在混凝土填充飽滿后，松開葫蘆取出鋼管，繼續澆主平臺，對于錨固溝內混凝土進行澆筑。在水下部分澆筑完畢后，再進行水上部分的澆筑，水上澆筑部分類似于水下澆筑部分。施工如圖5、圖6所示。

圖5 模袋混凝土泵送施工示意圖

圖6 模袋混凝土護坡防護圖

3 施工質量控制

由于邊坡防護要求較高，因此對于模袋混凝土在邊坡防護施工中的施工質量需要進行相應的控制，為了保證防護作用的較好發揮，需要采用以下措施。

（1）對于水下沖砂或者碎石平整坡度需要嚴格按照設計要求，斷面處理結束后需要經過監理確認后才能進行下一步份施工。

（2）鑒于模袋混凝土多采用泵送施工，為了避免堵塞事件的發生，對于混凝土拌合物的和易性進行控制，保證泵送性較好。由于泵送混凝土的流動性較好，因此對于骨料粒徑和坍落度需要嚴格控制；由于模袋屬于編織物，因此在灌注混凝土時需要嚴格控制灌注速度，保持在30～45m3/h，輸送軟管出口壓力控制在0.2MPa左右。

（3）由于灌注混凝土的凝固速度較快，因此在灌注作業時應保持連續作業，避免因為停歇時間引起混凝土泵送的堵塞，進而影響模袋混凝土的防護作用。

（4）模袋混凝土泵送作業中，容易產生鼓包和灌注不飽滿的病害，因此對于泵送操作人員和灌注人員應密切配合，嚴格控制混凝土的泵送速度和起始時間。

4 常見施工問題及防治措施

由于模袋混凝土施工環境較為苛刻，雖然施工原理較為簡單，但是對于整體施工過程的控制需要不同工種的配合，一旦每一個環節出現偏差，就會造成施工質量的瑕疵，當前施工過程常見問題主要包括以下幾個方面。

4.1 機具問題

鑒于模袋混凝土施工多采用泵送方式，同時施工工藝要求泵送過程中不得中斷，以免造成混凝土堵塞，因此混凝土泵的性能穩定性是模袋混凝土施工中關注的重點之一。對于混凝土泵的選擇，需要充分考慮其壓力、功率，因為如果功率或者壓力達不到設計要求，會影響施工質量，降低混凝土填充密實度。合理的選擇施工泵送機械，使得模袋具有較大的混凝土充盈度，大大保證了施工質量。

對于混凝土泵位置的選擇，需要作出合理的設計。這是因為如果管道過長或者轉彎較多的話，會引起軟管堵塞，尤其是在混凝土流動性不足的情況下，尤其需要注意管道的問題，同時對于工作船位置的選擇需要距離混凝土泵較近，同時需要避免對模袋注入施工造成影響。

對于施工過程中泵送機械的穩定性，需要在混凝土泵的運行過程和施工供料中給予充分的考慮，如在選擇混凝土泵油料的時候，應嚴格匹配施工機械，避免因為液壓油的問題引起機械停工，造成混凝土施工堵塞管道，影響施工質量和進度。同時對于供料問題，應合理安排供料機械，保障填充料及時灌注進入模袋，避免因為灌注混凝土供應不足影響施工，進而影響施工質量。

4.2 充填料

鑒于模袋混凝土施工采用泵送混凝土，因此對于混凝土級配具有較高的要求，對于粗骨料的選擇需要有一定的限制，尤其是粗骨料粒徑需要嚴格限制，如果骨料級配不合理，就會造成泵送過程中填料發生堵塞，導致流動受阻甚至堵塞管道。因此對于骨料級配嚴格控制，將其控制不超過22mm。

4.3 模袋布

對于模袋混凝土的模袋問題，連接線粘連是常見問題，會導致填料無法進入，造成脫空甚至空鼓現象，影響施工質量，因此對于模袋混凝土施工前嚴格檢查模袋，避免不合格模袋纖維布投入使用。

同時輸料管與模袋主入口的連接方式，如斜度和深度對于混凝土的護坡的施工質量具有一定程度的影響，因此應該根據施工環境和工程規模合理設置輸料管主入口的斜度和深度，在進行灌注前進行二次檢查，檢查無誤后方可進行下一步的施工作業。

同時在模袋混凝土泵送作業過程中，模袋局部爆裂也是不可避免的問題之一，這是因為泵送壓力過大或者模袋質量不可靠的原因，因此施工過程中除了在施工前嚴格控制模袋質量外，泵送過程中的泵送壓力也是需要嚴格控制的。

5 結語

在河道交匯的河道正常運營過程中，護坡不可避免的受到風浪沖刷，因此需要給予特殊的設計。鑒于其施工簡單、施工周期短和可水下施工的優點，模袋混凝土在河道交匯處護坡的防護工程中的應用越來越廣泛。本文對于模袋混凝土在河道交匯防護中從設計、施工、質量控制和常見問題處置進行了介紹，希望為以后類似工程提供理論和經驗支持。

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1008-1305（2017）05-0133-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.041

2017-03-27

李 和（1977年—），男，工程師。