模袋混凝土襯砌在工程中的應用

王洪寶

（盤錦市水利勘測設計有限公司,遼寧 盤錦 124000）

模袋是一種雙層聚合化纖織物制成的連續袋狀材料,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構物。模袋混凝土在水利工程中得到了廣泛的應用,尤其是渠道坡面防護過程中[1]。

1 項目概況

接官廳排總南側臥龍湖兩岸均為自然土堤,河堤有的局部低矮,淤積嚴重,經多年的運行,河堤局部沖刷滲漏嚴重。

工程建設任務：在臥龍湖左岸新建模袋護坡910 m,采用模袋混凝土護岸形式。工程位置見圖1。

圖1 工程位置圖

2 工程設計

2.1 襯砌結構型式

根據項目區所在地的氣候特點及當地已有渠道襯砌成功經驗,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構

優點：①取材容易。混凝土所用的砂、石一般可就地取材。②耐久性好。鋼筋被混凝土包裹著不易銹蝕,維修費用少。③可模性、整體性好。由于新拌和而來結硬的混凝土是可塑的,根據需要,可按照不同模板尺寸和式樣澆筑成設計所要求的形式。混凝土結硬后,其整體性及剛度好。

缺點：①抗裂性能差。由于混凝土抗拉強度低,在施工時,很難避免裂縫的出現。有些結構堅決不允許出現裂縫,那么在使用時難免會增加施工難度和工程投資。②費工,費模板,現場施工周期長,倉面多,施工流程復雜[2]。同時,受季節性影響較大,尤其是冬季施工,還需加入混凝土摻加劑進行處理。對于這種情況,勢必要減輕結構的自重,改善其抗裂性能,目前市面上有輕質和高強材料一類的混凝土。

（2）方案二：模袋混凝土襯砌結構

優點：①模袋混凝土防滲工程施工采用一次噴灌成型,施工簡便、速度快[3]；能適應各種復雜地形,護底等不需填筑圍堰,可直接水下施工,機械化程度高,所護坡面面積大、整體性強、穩定性好,使用壽命長[4]；模袋本身具有一定的透水性,灌入混凝土后,內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,從而其抗壓強度增大。②模袋混凝土襯砌結構具有良好的防滲效果,除蒸發一小部分水外基本無損失,水利用系數可達96%以上,從而能夠較好地實現節水灌溉增糧。③模袋混凝土襯砌結構利用渠道斷面不大,一般1 m 寬的渠道就可以采用這種護岸型式。同時邊坡好處理,坡比不需要非常緩,這樣就能最小限度的占地。

缺點：適應不均勻沉陷能力差；抗凍脹能力弱；難以加筋。

通過對上述二種方案比較,本項目渠道護砌選用模袋混凝土襯砌型式。

2.2 模袋混凝土襯砌厚度驗算

模袋自身的厚度主要需滿足以下兩點：①因其表面有局部孔洞所引起的變曲應力；②風浪所產生的浮動以及冰推力導致護坡模袋沿坡面滑動等要求。

1）按式（1）計算：

式中：t 為抵抗彎曲應力所需厚度,計算得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 為充填物的抗壓強度,取2×104kN/m2；a 為模袋底架空為正方形的邊長,取0.50 m；K 為安全系數,取3.0。

2）按式（2）計算：

式中：t 為混凝土護面板厚度,為土堤護面,計算得0.10 m；η為系數,取0.075（按對開縫板）；H 為波高,取H1%,計算得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（m）13.80 m,；B 為坡率,17.1m；m=ctgα,α 為斜坡坡角,（°）；

3）按式（3）計算：

4）根據《水工建筑物抗冰凍設計規范》（DL/T 5082-1998）7.3.3 規定,采用機織模袋混凝土護坡,模袋混凝土平均厚度宜取150 mm～200 mm。

臥龍湖地處盤錦平原地區,冬季時渠道內基本無水或水量較少,那么冬季的冰推力幾乎為0。該地區東西風向風力又不大,故風浪推力也幾乎不計。因此本設計采用模袋混凝土襯砌的厚度取150 mm。混凝土標號和抗凍等級采用C20F200,并現場充灌。

2.3 模袋混凝土護坡抗滑穩定計算

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

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度,m；L2為模袋混凝土襯砌斜坡長度,m；α為坡角,（°）；F 為模袋與邊渠道邊坡間的摩擦系數,取0.5。

經計算,K=1.75>1.25,滿足抗滑穩定要求。

2.4 技術要求

工程盡可能減少占地和不砍伐樹木布置,混凝土選用商品混凝土。經現場實測,臥龍湖渠道邊坡坡比在1∶2.0 左右。本工程按照現有邊坡,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500 mm 寬,再按照1∶1.0 放坡插入土內,插入深度為500 mm。模袋混凝土襯砌結構見圖2。

圖2 模袋混凝土襯砌結構圖

模袋采用現場縫制的聚丙烯編織布,下設一層無紡布。機織土工膜袋基本技術指標見表1。

表1 機織土工膜袋基本技術指標

3 模袋混凝土工程施工

3.1 模袋鋪設

①檢查模袋質量,查看有無孔、洞,缺少經緯,跳線等情況；再將無質量問題的模袋進行編號,平卷系牢后運至施工現場,按照施工分段放好模袋,以便縫制時缺少模袋塊。

②將各施工分段的模袋鋪設到渠道邊坡,再次檢查確認有無質量問題或運輸時有無刮蹭；查看塔接布、混凝土充灌入口、穿管布等位置有無質量問題,縫制時把鋼管穿入模袋孔。

鋪設模袋時要順水流方向要預留一定的長度,本工程預留20 cm。

③模袋鋪好后,因其重力會自動下滑,所以在渠道頂部設置固定樁。本工程在施工時,施工單位根據現場實際情況每30m 設置一個定位樁,定位樁上設置絞杠,以便調整模袋的位置,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,自下而上從兩側向中間進行充灌,充灌飽滿后,暫停10min[5],當混凝土中的水分和氣體析出后,再次充灌直至填滿,這樣的混凝土強度要大于普通的混凝土澆筑方式。

②保證連續作業,一個模袋塊要連續一次充填完畢。在充灌時,現場要有至少一名安全人員和專業指揮人員,緊密配合混凝土充灌小組,同時監理單位旁站。當混凝土卡在某一位置時,指揮人員應及時溝通充灌人員,可采取粗木棍擠壓或腳踩方式保證該部位混凝土充滿。

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,并沖洗干凈。施工區周邊設置護欄和警示牌,安排人員巡視,防止人畜進行破壞。

4 結語

工程已于2020 年1 月15 日完成竣工驗收,并交付大洼區三角洲管委會運行管理,目前工程運行良好。

使用模袋混凝土技術進行渠道襯砌,對于農業經濟的發展有十分良好的推動作用,而且經過防滲護坡,渠道輸水能力得到有效的提高,減少輸水灌溉的損失,對于水資源的節約也起到一定的作用[6]。