模袋混凝土在河套灌區渠道襯砌中的施工方案和質量控制研究

王俊 吉仁古日巴 張亮

摘要：本文通過調研模袋混凝土在河套灌區渠道襯砌的實驗示范點，總結出來一套河套灌區模袋混凝土渠道襯砌的施工技術方案，同時也擬定了初步的質量控制點以及施工技術的相關要求，為模袋混凝土襯砌渠道在河套灌區的使用及推廣奠定了一定的基礎。

關鍵詞：模袋混凝土;施工方案;質量控制

中圖分類號：TU528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

模袋混凝土相較于普通的混凝土板進行渠道襯砌，具有防滲效果好、施工快速簡便等特點。而且在不影響模袋混凝土的正常工作性能下，河套灌區模袋混凝土盡可能多地使用粉煤灰這種工業廢料，可以起到變廢為寶、保護環境的作用。

河套灌區的整個沈烏灌域試點項目工程作為第一批實驗項目中的渠系工程部分就是沈烏灌域一干渠上段、建設一分干、建設二分干控制范圍內的渠系工程。以上的渠道襯砌改造工程中，渠道條數總計693條，總長度為1 390.65 km。使用模袋混凝土進行渠道襯砌的方法在河套灌區大量使用，不僅可以體現其自身的優越性，還可以在后期的使用過程中還可以體現其最終的應用效果[1]。

依據項目的總體工程方案以及項目的進度安排，需要采用C20、F200、W6的模袋混凝土在總干渠、一干渠、沙河渠、豐濟渠以及南邊分干渠等5處進行渠道襯砌，模袋混凝土的厚度由工程中所遇到的不同邊界條件的受力因素確定，取為10 cm、12 cm、15 cm三種厚度。截至2014年5月，這些工程已經基本全部竣工并投入使用。從已建工程的運行管理維修養護情況，以及工程造價施工安全穩定等方面進行分析，模袋混凝土具有一次成型、施工速度快、質量容易控制、可在水上或水下直接澆筑、成型后不易破損、大幅減輕管理維護負擔等優點，已經初步達到生態效益、經濟效益和社會效益三種效益的同步化和統一化[2]。

根據相關資料顯示，研究人員對河套灌區的模袋混凝土襯砌技術做了相關研究，具體內容是以河套灌區烏蘭布和灌域建設二分干作為試驗段進行研究，同時了解模袋混凝土在渠道襯砌中的最終應用和實際的效果，對烏蘭布和灌域建設二分干試驗段進行了現場的勘探，在勘探的過程中發現在面對河套灌區這樣嚴酷的自然氣候和環境下，模袋混凝土渠道襯砌的試驗段并沒有發現模袋表面有任何大的問題出現（例如：表面發生剝落、整體變形、因不能承受多次的凍融循環而發生的部分斷裂等問題）。因此，模袋混凝土渠道襯砌的試驗段在河套灌區的適應性良好，可以在北方嚴寒地區進行推廣使用。

1 渠道襯砌工程中模袋混凝土技術的概述

基于對模袋混凝土在渠道襯砌中施工方案的對比、分析，歸納總結得出模袋混凝土在渠道襯砌工程中優良的施工工藝流程、施工方法及技術措施。

1.1 模袋混凝土的施工工藝流程

模袋混凝土施工工藝流程圖如圖1所示。

1.2 施工方法及技術措施

（1）測量放樣。為了保證模袋混凝土的平整度，必須在模袋混凝土施工之前進行土方的開挖和回填，按照模袋混凝土的渠道襯砌設計圖紙，對邊坡、坡腳、堤頂等進行測量并以此為依據，布置控制樁和控制的導線，做好保護和固定，控制樁和控制的導線須嚴格按照設計高程進行布設，在挖掘過程中多次運用水準儀、坡度尺、鋼尺對坡的比值進行檢測，以滿足設計要求[3]。

（2）基礎開挖及坡面整理。當現水位線以上坡面按設計要求的坡比進行放樣，預留10 cm保護層由人工挖除修理，坡面平整度控制在100 mm內。按照設計圖紙要求，在規定標高位置開挖溝槽。坡面整坡到位，并報驗監理驗收。

（3）模袋縫制加工。材料檢驗之后，根據設計圖紙尺寸進行模袋的加工制作，尤其是扇形形狀的尺寸，更要精確計算其母線長及弧長，并預留余量。模袋出廠應具有出廠合格證和實驗報告。

（4）布設定位樁及拉緊裝置。按照測量結成果對懸掛模袋布的定位樁進行等距離布設，在模袋的平行處、護坡擋墻內邊線側布設，張緊器是需要安裝在各個定位樁上，以便后續充填的混凝土充填方便。

（5）鋪設模袋前的準備工作。鋪設模袋之前需要依據現場的交通情況采取適宜的方法進行混凝土的泵送施工。混凝土攪拌站需要建在施工現場的不遠處建立，混凝土的運輸要靠罐車來實現。前提是需要準備充足的施工材料，以保證材料的連續供應。

（6）鋪設模袋。模袋在沒有被鋪設模袋之前，檢查坡面的基礎是十分有必要的，待檢查驗收沒有問題以后，才可以進行模袋的鋪設。首先按照定位樁的布設鋪展將模袋布鋪展，模袋的鋪設方向是按照水流的方向進行鋪設，模袋灌入口面朝上方。模袋布的外表檢查是首要任務，注意檢查模袋布的外表是否存在脫線、破損都是要注意的內容等情況，并檢查模袋布的大小和要求是否一致，查驗合格后將相鄰的模袋布進行縫合起來，使其成為一體，并在每塊模袋布的橫縱向提前預留4%的收縮余量，同時將模袋的松緊調整適度，促使采用混凝土充灌模袋的過程中模袋能充分地貼伏在坡面上。鋪設模袋布需要從坡頂端緩慢滾放到坡腳，穩固住定4個坡腳，把模袋鋪平，調整理順，使模袋布兩邊對稱、順直，嚴禁出現褶皺或偏斜，保證模袋混凝土的外觀及整體性良好[4]。

（7）混凝土的攪拌生產。在施工現場附近選擇合適的地方作為建立混凝土的攪拌合站，混凝土拌制全過程都使用機械，拌和系統均需要具備發電機、電子配料機、混凝土攪拌機等等。混凝土拌合的比例要完全符合設計準則，拌合合格后才可以進行運輸至施工現場。混凝土拌制的全過程都使用機械拌制，拌合系統均需要具備發電機、電子配料機、混凝土攪拌機等等。和易性、流動性是拌合好的混凝土應有的指標，而且坍落度一定要足夠高，只有這樣才能使混凝土的泵送施工順利進行，充分灌注。

（8）混凝土灌注。混凝土的拌和是按照合理的比例，并且符合設計標準、現場試驗的結果，然后運輸到施工目的地。混凝土充灌運用混凝土輸送泵和輸送管進行施工，將充灌管頭安插到入模袋灌口，一切工作準備就緒后就可以開始混凝土的灌注，混凝土灌注要保證混凝土能自流灌注，灌注過程中要避免堵塞的現象出現，要保證連續灌注。在整個灌注的過程中，均需要采用對講機以保證混凝土輸送控制人員與灌口灌注人員需要采用對講機之間進行無障礙溝通，以保證停灌時機。當灌注過程中如遇到堵塞、偏移、流動不暢等情況時，混凝土輸送控制人員與灌口灌注人員應進行及時的溝通并做出相應的調整和處理。

（9）灌口封口。一個單元的混凝土灌注完成以后，需要將安插在模袋灌口的灌注管頭緩慢拔出，并迅速將灌口扎緊，以免混凝土流出，封好模袋灌口以后，當混凝土有微微的凝固時，人為地將灌口模袋布放入模袋里，確保模袋混凝土的整體性和美觀性。

（10）模袋混凝土的清理和養護。一個單元的模袋混凝土灌注結束以后，20 min～30 min以內用水沖洗進行模袋混凝土表面的沖洗，將模袋混凝土表面的水泥砂漿和一些雜物沖洗干凈，并在未來的28 d內對模袋混凝土進行適時灑水養護。養護期間，需要安排專門的工作人員依據設計要求對成型的模袋混凝土進行處理以及看護，以免發生模袋混凝土被破壞的現象，直到28d齡期結束。

1.3 模袋混凝土在河套灌區渠道襯砌中的應用

模袋混凝土是針對可用于解決河套灌區季節性凍土出現的渠道襯砌工程的不均勻沉降、冰壓力、凍融循環以及凍脹破壞等問題而提出的一種技術。通過模袋混凝土在使用過程中的具體情況分析，以2013年東風一干渠節水改造工程（位于河套灌區東分一干渠上）為例，分析模袋混凝土在使用過程中的具體情況，具體資料如下：

（1）通過觀測河套灌區兩年的凍融周期循環，模袋混凝土在渠道襯砌中沒有凍裂和變形的現象出現。河套灌區干渠厚度為10 cm的模袋混凝土渠道襯砌的陰坡最大凍脹量為11.9 cm，陽坡最大凍脹量為9 cm，模袋混凝土鋪設渠道的邊坡凍脹量也是不小的，當凍土通融完畢后，渠道邊坡無明顯的殘余變形現象出現，較好地進行了位置的恢復，和剛鋪設成型的模袋混凝土沒有太大的區別。

所以模袋混凝土進行渠道襯砌的優點是：應用模袋混凝土進行渠道襯砌可以降低凍融循環及凍脹問題導致的不均勻性，故而可以加強渠道坡面的穩定性;模袋混凝土在適應變形及適應地形方面有很強的能力，且整體性好。

（2）預制混凝土板、土方成型、土工膜的鋪設、砂漿墊層的鋪設、混凝土預制板的鋪設、勾縫、伸縮縫處理是普通混凝土預制板進行渠道襯砌中的工序，工序比較多，共有七道工序。而土方成型、鋪設模袋、混凝土充吹填模袋、模袋清洗是模袋混凝土進行渠道襯砌的主要工序，工序少，共有四道工序。模袋混凝土是一種現澆混凝土技術，應用現澆的方式可以大量縮短渠道襯砌的施工時間。

所以，模袋混凝土進行渠道襯砌的優點是：與普通預制板鋪設相比而言，在模袋混凝土渠道襯砌中，模袋混凝土鋪設顯著地減少了施工的工序，施工簡便，明顯地縮短了施工的時間，施工簡便能為后續的工作爭取了大量的時間[5]。

（3）通過對河套灌區模袋混凝土的觀測可以知道，模袋混凝土適應凍脹變形的能力是很強的，而且抗凍脹的能力也是相對而言比較強的。渠道邊坡發生最大凍脹量的部位位于邊坡下部，不同厚度的模袋混凝土進行渠道襯砌的陽坡最大凍脹量分別為8.3～3.3 cm，陰坡的最大凍脹量分別為11.9～11.6 cm，并且發現有模袋混凝土厚度越來越厚、凍脹量越來越小的這種趨勢，而15 cm厚的模袋混凝土抗凍脹的能力是比較相對而言較強的。

所以，模袋混凝土進行渠道襯砌的優點是：沒有因為凍融循環及凍脹破壞問題而引起模袋混凝土產生裂縫和變形，故而模袋混凝土的適應性比較強，且穩定性好。

2 模袋混凝土的質量控制

2.1 原材料質量控制

模袋混凝土主要原材料包括模袋布、水泥、砂子、石子、摻合料、外加劑。其中砂子、石子需重點關注含泥量，外加劑則需重點關注品種以及用量。施工前，需要應用抽樣檢驗的方法研究水泥、砂子、石子的質量，依據相關規定按批次送檢（不同的原材料送檢次數不同），經檢驗合格的原材料允許進場，其余的不允許進場，這樣可以使施工質量達到標準要求。模袋布需要在工廠進行尺寸和質量的檢驗，檢驗合格的模袋布需有合格證和檢驗報告，最后需要在對各個批次的模袋布進行性能、技術指標的再次檢驗。現場監理也需要對每一批次的原材料進行查驗，直到所有原材料合格后方能開始施工。

由《水工混凝土配合比設計規程》（DL/T 53030-2005）得出以下原材料的技術指標：（1）砂子：細度模數為2.5，Ⅱ區中砂，含水率0.3%，含泥量0.4%;（2）石子：破碎料，含水率0.5%，含泥量0.4%，泥塊含量0.5% ;（3）粉煤灰摻合料：等級為Ⅱ級，含水率0.9%;（4）水泥應符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）規范的規定。

2.2 生產性施工檢驗

在渠道襯砌的各個環節里，混凝土要提前進行生產性施工檢驗。生產性施工檢驗所要驗證的是混凝土的含氣量、保坍性及和易性等指標，而和易性包括保水性、流動性、黏粘聚性等指標，檢驗以上這些指標之前，需要對實驗室提供的混凝土配合比在施工現場進行多次有效地拌合以滿足施工要求。由于有了生產性施工檢驗這一項，模袋混凝土的充灌壓力、灌注速度等參數被確定，從而明確所需輔助機械的數量和種類、需要的人員數量和施工組織模式，提供可操作性的施工方案。生產性施工檢驗的全過程都需要有現場監理工程師的全程監督。

根據河套灌區試驗段的配合比（見表1）拌和混凝土，再進行生產性施工檢驗，可以得到以下混凝土的配合比及檢驗結果。

通過以上試驗數據可以得出：生產性施工檢驗所檢驗的各項指標都在控制范圍之內，表示混凝土符合相關規范及文件的要求，而且在試驗的環節里，混凝土的流動性、保水性、黏粘聚性的狀況都十分穩定。就前期混凝土所表現的性能來看，模袋混凝土襯砌技術是適宜在河套灌區大面積推廣使用的[6]。

2.3 模袋混凝土生產及澆筑過程質量控制

（1）模袋混凝土組成材料的配料量均以質量計，組成材料稱量的允許偏差;水泥、摻和料、水、外加劑溶液允許偏差±1%，砂、石允許偏差±2%。

（2）計量系統在混凝土生產中，各種原材料的配料稱量、混凝土拌和合物的均勻性和、拌和合時間設專業質檢員進行檢查并記錄，每8 h檢查次數應不少于2次。

（3）原材料進場應逐車檢測，檢驗合格方可卸車。每天早、中、晚應對砂石骨料的含水率進行檢測，及時調整配合比用水量。

（4）模袋混凝土的水膠比不大于0.45。

（5）模袋混凝土的砂率不大于50%。

（6）模袋混凝土的含氣量，攪拌合站出機口含氣量要求為（6±1）%，運輸到澆筑現場，通過泵車加壓后，泵管出口處混凝土含氣量要求不小于5%。

（7）模袋混凝土應具有一定的流動性及保坍性。混凝土在攪拌合站出機時坍落度控制為240～260 mm，擴展度控制為580～600 mm。混凝土從出機到現場澆筑，坍落度損失應不大于20 mm，擴展度損失應不大于50 mm。混凝土從出機到澆筑完成嚴禁二次加水，如現場停留時間較長，可向混凝土中加入適量外加劑。

3 結論

基于模袋混凝土在渠道襯砌中的施工工藝流程和施工方案以及模袋混凝土在河套灌區渠道襯砌中的多種優點，模袋混凝土在渠道襯砌方面是宜于推廣使用的。嚴格按照模袋混凝土在渠道襯砌中的施工方案進行施工，充分展露模袋混凝土襯砌技術的優勢，進而滿足工程設計要求和生產的需要，提升模袋混凝土在渠道襯砌中的社會效益和經濟技術效益。

（責任編輯：武多多）

參考文獻：

[1]孔德芒.淺談模袋混凝土施工技術與質量控制[J].價值工程，2013（12）：61-62.

[2]劉志軍.模袋混凝土襯砌的質量控制與前瞻性技術研究[J].科技與企業，2013（2）：187-188.

[3]余敏忠，趙春雷，呂東，張平等.模袋混凝土技術在河套地區水利工程中的應用[J].建筑工程技術與設計，2014（33）：659.

[4]楊俊.模袋混凝土施工方法及質量控制[J].科技風，2011（22）：131-132.

[5]龍官保，江山.模袋混凝土襯砌的質量控制與技術研究[J].中國海洋大學學報，2008（06）：65-66.

[6]張志滿.模袋混凝土施工工藝[J].水運工程，2008（02）：109-113.