南水北調梁濟運河不斷航邊坡襯砌施工技術

牟忠善，武守猛，李典基

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109；2.山東省水利工程局有限公司，山東 濟南 250013）

南水北調南四湖至東平湖段輸水河道沿著京杭大運河原址擴建，工程建成后不但用于調水還要恢復大運河的通航功能。為防止航行中的船舶碰撞岸堤及產生的波浪掏空邊坡，引起塌陷破壞，保證工程安全，確保河道輸水及航運的正常運行，采取措施，對河堤進行工程保護是必要的。其中南水北調梁濟運河段工程設計樁號0+000～18+750段一直處于通航狀態，在施工期需要保證不斷航，因此無法使用圍堰截流、導流方法進行干面施工，經分析論證后決定采用現澆模袋混凝土襯砌施工技術。該技術主要特點是將混凝土在一定壓力下注入有合適透水性的土工模袋中，混凝土內的部分水分被擠出模袋，凝固后的混凝土強度高；土工模袋好像一個塑性胎模，能夠實現將混凝土填充料按照預先設定好的形狀和厚度成型，有很好的適應性；在江河內施工時，不需要做圍堰排水就能進行水下施工，施工過程中可以河道不斷航，施工難度大大降低，施工效率也有很大提高，施工質量易于保證。

1 模袋混凝土厚度設計、抗滑校核

1.1 厚度計算

混凝土抗漂浮厚度采用下式校核：

上式中：c=1.5；HW、LW為波浪高度、波浪長度，m；Lr為垂直于水邊線的襯砌面長度，m；m為河坡系數；γc為混凝土比重，kN/m3；γW為水的密度，kN/m3。

通過計算δ≥0.16m，考慮工程實際情況，抗漂浮模袋混凝土襯砌厚度按δ=0.2m選取。

1.2 抗滑校核

坡面抗滑安全校核計算如下：

式中：L2為坡面上模袋混凝土長度，m；L3為坡腳外模袋混凝土長度，m；m為河坡系數；α為河坡傾角；H為襯砌面高度；fcs為模袋混凝土與河坡的摩阻系數，按fcs=0.5。

以本工程樁號2+500處設計斷面進行校核，此處需要襯砌的坡面長度為29.27m，為了增強模袋混凝土的抗滑性能，將混凝土襯砌從河道的內坡腳向外伸長3m左右作為模袋混凝土護腳，根據設計圖（圖1所示）計算模袋混凝土抗滑安全系數Fs=2.1＞1.1，符合安全規定要求。

1.3 混凝土材料設計要求

工程中模袋混凝土的設計標號為C25，抗滲要求為W6，抗凍要求為F150，粗骨料最大尺寸24mm，坍落度 22～26cm。

2 模袋混凝土施工

圖1

在修好的邊坡上鋪設反濾土工布，再將定制的模袋平鋪在河坡上。鋪設時，需將模袋的上緣做好安全固定，然后將配合比滿足設計要求的混凝土通過模袋灌注口泵送入模袋內部，灌注的混凝土厚度達到設計要求后扎緊灌注口。河坡上部混凝土施工要將模袋混凝土鋪入挖好的溝槽內，素土回填夯實固定。

2.1 坡面修整

邊坡修整分水上部分和水下部分。水上部分采用挖掘機進行粗修，精修采用挖掘機配合人工掛線修坡。水面以下部分可采用挖泥船施工，將邊坡修制成數個臺階，土水混合體沿著輸泥管泵送到棄土場，坡面修整采用水上挖掘機配合潛水員實施，多余土方用泥駁船運至卸泥區，再用挖泥船泵送至棄土區。水下凹陷部分用石塊或者裝石子的編織袋做成標準坡面。

2.2 水工模袋訂制注意事項

根據設計圖結合現場實際情況，計算出模袋的長度，并按照8%考慮收縮率設計模袋加工尺寸，本工程每副寬度按照4.1m制作，4副為一個灌注作業面。做好的模袋緊卷在鋼管上，每卷標注上編號，和現場樁號對應。模袋灌注口數量和位置設計要合理，以保證混凝土充分充滿模袋。模袋材料保證足夠的強度和合適的透水性能。

2.3 水工模袋鋪敷

模袋鋪敷前現將精修好的渠坡上鋪敷土工布，相鄰土工布的搭接長度要大于300mm，其搭接的位置和模袋的分縫相錯開。在渠坡上部打入固定鋼釬，掛上手動葫蘆，然后和模袋卷上的鋼管固定。模袋卷放在反濾土工布上，由渠坡上部慢慢滾動到渠底，在水中設置參照樁，模袋長度方向和渠坡垂直。

2.4 混凝土充灌施工

混凝土充灌的實施步驟按照由坡下到坡上，由左右到中間，由上游到下游，先標準斷面施工再異形斷面施工，澆注混凝土前先將模袋用水淋濕，以防模袋吸收混凝土的水分影響和易性，澆注混凝土時要防止模袋偏移，混凝土水平輸送距離一般控制在120m左右為宜，澆注速度一般控制在10～15m3/h，澆注壓力按照0.2～0.3MPa原則控制。

混凝土充灌時要隨時觀察灌注壓力表的指示，當數值超過控制壓力值時需要及時檢查泵送混凝土是否產生阻塞，并采取措施進行疏通。當混凝土充灌模袋近豐滿時，暫停5～10min，再進行充灌至結束。

每幅充灌結束后水上部分模袋上的砂漿、雜物等及時用水沖洗干凈。澆注從河底開始，逐步往河面推進。水下施工需要潛水員進行操作，潛水員將泵送管頭插進澆注口并用鐵絲綁緊。灌注過程中需要實時踩踏模袋表面，增加混凝土的流動性，保證混凝土填充飽滿。

3 模袋混凝土質量控制

1）正式施工前需先做一個試驗段，根據試驗成果，修訂完善施工工藝。

2）施工單位應根據灘地高程變化情況，按照一定長度分成幾個高程襯砌段，各段之間需連接順平。

3）混凝土泵選型應根據泵送距離、混凝土和易性進行確定。

4）模袋混凝土灌注過程中應在充灌口留取強度試塊，每班或100m3混凝土留1組試樣進行檢測強度。抗凍、抗滲指標檢測數量滿足要求。

5）模袋混凝土坡面平整度允許誤差為±5cm。

6）模袋混凝土充灌后應用鋼尺測量相鄰模袋的連接縫寬，最大縫寬應小于10cm。

4 結語

南水北調東線濟寧以北段樁號0+000～18+750選取模袋混凝土水下襯砌施工技術，在保證航道通航的前提下進行模袋混凝土邊坡襯砌施工，合格率達到100%，并編寫南水北調東線山東段模袋混凝土施工技術規程，為以后類似工程施工提供了很好的范例。