沙質邊坡模袋混凝土護岸干法施工技術

◎ 朱慧演 保利長大海外工程有限公司

某港口項目工程護岸采用斜坡式模袋混凝土護岸，護岸頂高程4.00m，設計坡比1:3.5。普通段護岸土工模袋混凝土護岸結構厚度為300mm，分布在A區域扇形段、AB直線段長117m，BC直線段長255m，CD直線段103.5m，D區域扇形段，DN滑道302m。加強段土工模袋混凝土厚度為400mm，分布區域在B區40m＊40m、C區40m＊40m以及JK、L M段各長約80 m。模袋設計方量12000多方，采用干法施工模袋混凝土，施工效率高、質量好。

1.模袋理論計算

1.1 模袋強度

模袋的強度根據護坡厚度及單位時間充滿高度大小而定。厚度及單位時間充滿高度越大，模袋所承受的壓力越大，膜袋允許抗拉強度計算公式如下：

式中：T為模袋允許抗拉強度（K N/m）；β為混凝土的測壓力系數，取0.6 ～0.8；γm為混凝土的容重（K N/m3），C30砼γm=2367kg/m3=23.67KN/m3；h1為護坡最大厚度（m），取平均厚度的1.5～1.6倍；h2為1h內護坡充填高度（m），應為4～5m。

本工程模袋混凝土厚度為30cm（局部4 0 cm），平均取3 5cm，代入設計參數，模袋允許抗拉強度T=29.8～53.0KN/m。本工程采購的土工模袋徑向斷裂強度≥80KN/m，緯向斷裂強度≥56KN/m，經過復核，材料滿足施工需求和設計要求[1]。

1.2 抗滑穩定分析

根據《 水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（S T/T225～1998）規定，抗滑穩定系數計算公式如下：

式中：Fα為抗滑穩定安全系數；L2為坡面膜袋長度（m）；L3為坡腳以外模袋長度（m），L3=2m；m為邊坡系數，m=3.5；α為斜坡傾角15.95°；H為護面高度（m）；fcn為模袋與土壤的摩阻系數，取fcn=0.5。

2.模袋混凝土護岸干法施工技術關鍵

2.1 控制測量

開工前，對圖紙資料進行核對，并根據原始資料布設施工現場測量控制網。控制網的布設應視測區范圍、工程性質和測圖比例尺等條件進行全面規劃，且須報監理工程師復測認可后方能使用。測區采用獨立坐標系，高斯三度帶投影，中央子午線為16°30′W，北向加常-1800000m。平面控制網布設使用GPS靜態觀測、全站儀導線復核，控制等級為二級；高程測量使用精密水準儀閉合測回，控制等級為三級。GPS平面控制網參數見表1所示。

表1 GPS平面控制網參數

2.2 邊坡開挖

岸坡開挖和削坡從上到下，分層分段依次進行。場地水位以上采用陸上挖機配合自卸車進行施工，在陸挖土方開挖施工過程中同步進行棄砂施工，挖機進行開挖、裝車，自卸車運輸至拋泥區，再采用推土機進行整平。對于陸挖設備無法進行開挖的邊坡區域，采用小型抽沙船按設計要求進行修坡，針對抽沙船無法作業的區域利用長臂挖機按設計坡率進行修坡。抽砂船參數控制見表2所示。

表2 抽砂船參數

護岸按設計坡度1:3.5放坡，陸挖開挖到設計標高+4m后，安排普通挖機在岸上對作業半徑內邊坡進行修整，使坡率滿足設計規范要求，超出作業半徑范圍采用長臂挖機進行修坡。長臂挖機首先在陸上按設計坡度對邊坡進行修整致滿足設計要求，當超出工作半徑范圍時，采用降低護岸港池內的平臺，利用長臂挖機進行修坡。通過GPS測量出護岸起始位置，開始進行修坡，待挖機將工作半徑內邊坡修整完成，再次測量出下一工作面位置，如此循環施工，直至所有邊坡修整符合規范設計要求[2]。邊坡修整過程中，采用挖機對坡面進行壓實修正，后期采用人工對坡面進行二次修整，鋪模袋前利用人工進行灑水密實。

2.3 鋪設土工布

邊坡修整完成后進行土工布的鋪設，土工布采用短纖針刺非織造土工布，單位面積重量450g/m2。土工布鋪設前，對坡面基層進行清淤整平處理，要求表面不得有尖角，局部高差，水下不大于200mm，水上不大于100mm。鋪設時應拉緊、鋪平、不起褶皺、松緊適度。鋪設后及時壓載覆蓋，并進行下一道工序，防止風浪破壞和日曬老化。配備相應潛水設備和一艘3m＊5m的浮排，浮排用于運輸供氣設備及沙袋等。潛水設備及浮排用于滑道端標高在-12m區域，該區域局部涉及水下作業。土工布鋪設步驟如下：

（1）根據邊坡長度，預先計算邊坡坡長，按邊坡長度定制土工布并根據相應位置進行編號，用工業縫紉機縫合成寬度為5m、長度為設計要求長度后，利用直徑10cm長5.1m尺寸的鋼管，將土工布卷在鋼管上成卷，并用細繩捆扎，統一運至現場。

（2）首先第一卷土工布在岸上指定位置展開一段并打入木樁，將斷頭綁扎牢靠在木樁上，然后從坡頂朝著坡腳緩慢滾動展開土工布進行鋪設，行進過程在岸上使用經緯儀控制方向，使土工布垂直于坡面往坡腳鋪設。

（3）對于干法施工區域，土工布應平順鋪設至坡腳，人工拉直整平，調整好位置。

（4）對于涉水作業區域，進行水下鋪設前，工程浮排到達指定位置，潛水員入水緩慢推動土工布卷往坡腳鋪設，浮排隨之向前行駛，以保證給潛水員正常提供氧氣，在浮排兩側各安裝兩根φ20鐵管，使之在同一直線，岸上通過觀測浮排上鐵管位置定位土工布鋪設是否在指定位置。

（5）土工布鋪設行進時每鋪設5m 拋擲沙袋對土工布進行壓載固定，防止土工布挪動發生位移，直至鋪設至坡腳實際位置，完成第一幅土工布鋪設。

（6）進行下一段土工布的鋪設，兩段土工布搭接長度為1.0m，重復上述（2）～（5）步驟，直至全部護岸鋪設完成。

2.4 模袋混凝土施工

模袋采用丙綸長絲機織土工布制作，兩層機織布之間每隔20cm由一組拉筋（化纖繩）相連，拉筋長度為350mm。用工業縫紉機縫合成寬度為12m的寬幅，每幅分成三塊，每塊寬4m，每塊分成若干單元，單元尺寸為4m＊5m，根據邊坡長度，預先計算邊坡坡長，按邊坡長度定制模袋并編號，每幅模袋定制時上、下緣端部預留直徑10cm的管套，便于穿入鋼管，以下緣鋼管為軸將模袋卷成筒狀，以便于施工中模袋的鋪展[3]。初設模袋單元布置見圖1所示。

圖1 模袋單元布置

圖2 模袋鋪設示意

對于涉及水下施工區域，采用3m＊5m浮排作為定位船，潛水員也使用該定位船，同時可供測量使用。模袋鋪設時上一塊模袋的靠鋪設行進方向側縫有60cm寬的反濾布，此布必須平整地壓在后一塊模袋下面，此項工作由潛水員在水下進行。

模袋卷筒統一運送至施工現場并按相應編號擺放，將卷好的模袋按設計位置在坡面上打開，設置上緣固定樁和手拉葫蘆，將模袋上端由鋼管穿過管套，并用手拉葫蘆連接固定在陸上打好的固定木樁上，固定好之后和鋪設土工布類似，從坡頂開始緩慢展開模袋開始進行鋪設。從坡上往下鋪設，利用模袋卷筒的自重向下滾動，人工輔助卷筒按照設定的位置鋪設到設計坡腳，人工進行整理平順。

對于局部水下作業區域，當到達水位時，浮排到達指定位置，由潛水員輔助模袋鋪設，控制模袋鋪設的平整度和與堤軸線的垂直度，隨鋪隨壓沙袋。浮排隨鋪設前進方向緩慢駛離岸邊直至模袋鋪設至坡腳外延伸5m位置，岸上使用經緯儀觀測浮排行進路線是否是直線行駛。

最先施工的一塊模袋邊線需用經緯儀控制，以保證所有模袋鋪設的整體垂直度。單幅鋪設完成后，鋪設下一幅模袋，搭接寬度始終控制在15～20cm，采用手動鉚釘槍在水下鉚釘，間隔0.5m鉚釘一次，使模袋邊線與堤軸線之間的垂直關系能很好地承襲下去。模袋鋪至坡腳至少沿坡底向港池方向延伸2m，邊鋪設邊用砂袋進行壓載，等待充灌混凝土。

混凝土灌注速度控制在10～15m3/h范圍內，出口壓力控制為0.2～0.3MPa，混凝土坍落度不小于200mm，充罐量的偏差控制在設計值的5%以內。潛水員入水后摸準模袋灌注口，指揮水上吊放泵車軟輸送管口吊放至模袋灌注口后，由潛水員將軟管口插入袋口，扎牢后，即開機輸送灌注砼。軟管的管口穿過灌口進入模袋內，進入深度為模袋總長度的2/3。充灌時，安排兩人扶住泵軟管，以防其有較大的擺動，邊充灌邊向上拔軟管，防止混凝土初凝軟管不能拔出[4]。

模袋混凝土在施工時留取試塊，每200m3留取一組，混凝土要達到設計強度，模袋混凝土充罐后，其頂部寬度偏差±20mm，底部高程偏差±40mm，采用探針量測混凝土厚度，其平均值符合設計規范要求，偏差-5%～+8%。

2.5 砼齒坎施工

陸挖開挖到設計標高后，至C30砼坎工作面后，開始施工C30砼齒坎壓頂?；凵疃容^大時應分段開挖，分段長度和每層開挖深度視沙質和開挖方法而定?；坶_挖邊坡按照設計坡度開挖，邊坡上不應有松動和不穩定面，開挖后采用挖機壓實和人工補強壓實，確保開挖斷面尺寸滿足設計規范要求。

基礎整平壓實后，采用C20砂漿抹面，底模、側模板采用標準型鋼模板，厚度δ=4mm，現場切割成設計尺寸進行拼裝，頂模斜邊與側模連接處采用雙面焊接，鋼模板安拆由吊機配合作業，側模板采用φ20mm張緊螺栓及20#A（200＊100＊7mm）“工”字鋼斜支撐固定，內撐采用一塊0.3＊0.05＊0.05的C30預制塊，φ10mm拉桿與混凝土內撐每隔1.5m布置一道，斜撐和張拉器縱向布置間距為1.5m，與拉桿位置交替布置。鋼筋由設在施工現場的臨時加工場進行加工成型，運輸至現場后根據砼齒坎鋼筋布置圖就地綁扎。

混凝土由設在施工現場的混凝土拌和站攪拌，混凝土攪拌車運輸至現場，吊機吊灰斗（或砼地泵）入模，混凝土現澆采用分段分層階梯型澆筑的方式，分層厚度≯50cm，分段間距長度為10m，縫寬2～3cm，縫間用泡沫橡膠板填塞?；炷笼X墻總長度932m，分區分段進行澆筑，先澆筑奇數段齒墻，偶數段利用已完成齒墻作為兩端模板進行澆筑。混凝土采用插入式振搗棒振搗，人工抹面，每段齒坎連續澆筑，一次完成。

砼終凝后，及時覆蓋土工布進行灑水養護，保持土工布濕潤，表面覆蓋隔水薄膜，防止海水腐蝕。砼齒坎澆筑完成后，要對砼齒坎后方進行回填，采用原狀土回填壓實，回填厚度為900mm，分三層進行回填壓實，每層300mm，完成面標高為4.0m。

2.6 塊石護腳

護腳要保證自身穩定且外形尺寸滿足設計規范要求，外坡不得陡于設計規范要求，厚度和頂寬也應符合設計標準，采用50～100kg塊石作為護底壓腳，塊石頂寬5m，外坡為1:2，頂標高高于坡底高程1m。針對一次開挖到標高的區域，石料采用自卸汽車運至拋填區域，護腳塊石直接運送至坡腳，采用挖機對塊石進行碼放。

3.結束語

本工程提出了一種可應用于沙質嵌入式港池堤岸的干法施工工法。該工法通過引入抽砂船進行抽砂降水以維持護岸區域的地下水位處于較低水平，從而為模袋混凝土護岸提供干法施工條件。該工法相比傳統的水下模袋混凝土施工工藝，不僅可降低水下的施工風險，還可節約施工成本，實現邊坡施工質量的精準可控。