模袋混凝土技术在班多水电站主河床上游围堰堰坡防护中的应用

李继成，林万旭，孙亚联，聂 昊，韩 斌

(1.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西 西安710065;2.陕西省水工程勘察规划研究院，陕西 西安710003)

模袋混凝土技术是利用混凝土泵将混凝土或水泥砂浆灌入模袋中，通过袋内吊筋袋、吊筋绳的长度来控制混凝土或水泥砂浆厚度，使混凝土或水泥砂浆在模袋内固结后形成具有一定强度的板状结构或其它状结构，以满足工程的需要，模袋是由高强度的纤维布—土工织物为主的分两层制成的袋状物体。早在1966年的时候，美国首先把模袋混凝土技术用于水利水电工程中，直到70年代，这种技术在堤防上得到了广泛的应用，并在澳洲和欧美国家广泛推广［1］。我国从1986年由江苏省从日本引进并应用在航运护岸上，由于该施工技术具有整体性好，耐久性好、地形适应性强、施工速度快、省工省时等优点，国内将其广泛用于道路、水库护岸、河涌、海堤等方面，得到了迅速发展［2］。本文主要阐述了模袋混凝土技术在黄河班多水电站主河床上游围堰堰坡防护中的应用，为模袋混凝土技术的推广提供实践经验，同时为模袋混凝土在水利水电工程的应用提供施工技术支持。

1 工程概况

黄河班多水电站位于青海省海南州兴海县与同德县交界处黄河干流班多峡谷出口处，水库正常蓄水位2 760 m，总库容1 534万 m3，电站装机总容量360 MW，多年平均发电量14.22亿 kW·h，枢纽建筑物由右岸副坝、河床厂房、左岸3孔泄洪闸及左岸副坝(导流明渠)等组成，坝顶高程2 764.00 m，最大坝高为78.72 m。该工程于2007年8月开工，2010年11月底首台机组发电，2011年6月竣工。

根据班多水电站施工导流规划，2010年汛期度汛由坝体及电站进口闸门临时挡水，泄洪闸过流。2010年汛期若遇设计洪水，则上游水位将超过主河床上游围堰堰顶高程，由于本工程电站进口距主河床上游围堰下游堰脚较近，为防止汛期水位超过主河床上游围堰堰顶溢流至电站进水口时冲刷围堰下游堰坡，影响堰体稳定及电站进水口永久运行，确保2010年汛期度汛安全，需对主河床上游围堰下游堰坡进行防护处理，游堰坡防护需在汛前完成，工期要求较紧，为使尽快按期完成围堰下游堰坡防护施工，结合本工程特点，本工程运用了模袋混凝土施工技术。

2 模袋混凝土技术在班多水电站主河床上游围堰堰坡防护中的应用

2.1 模袋混凝土的整体布置

在对厂房进水口上游土石围堰的上、下游坡面进行防护的同时，需对厂房上游围堰的上、下游坡面进行修坡处理，然后进行混凝土施工。堰坡防护混凝土范围为堰左0+053.59—堰右0+059.85，贴坡混凝土范围为坝右 0+034.89—坝右0+138.10。上游围堰背水面采用贴坡混凝土及堰坡模袋混凝土进行防护，贴坡混凝土厚度为1 m，模袋混凝土厚度为0.4 m，贴坡混凝土及堰坡防护混凝土根据现场开挖马道高程分别为 EL2716.50、EL2696.50、EL2718.20、2 724.65 m。贴坡及堰坡防护混凝土强度等级为C20。厂房上游土石围堰防护及典型剖面示意图见图1、图2。

2.2 主河床上游围堰下游坡面的修整

在进行模袋混凝土施工前，须对厂房上游围堰坡面边坡及边坡上的杂物(如大块石的棱角、杂物等)进行修整处理。厂房上游围堰下游坡面修整综合坡比按1:1.75控制，修坡处理时，须用平板振动器对坡面进行夯实处理，压实系数大于0.95，坡面平整度应不大于10 cm，堰坡坡比允许偏差±5%。

3 模袋混凝土围堰护坡结构设计

3.1 模袋材料和形式的选择

模袋的材料最开始用的是锦纶复合材料，到目前为止已经扩大到了丙纶、涤纶、锦丙等多种，按所用的材质和加工工艺不同又可分为机织模袋和简易模袋。机织模袋主要由锦纶、涤纶和丙纶长丝织物制成，强度高，孔径均匀，充填时基本不漏水泥，可以制成带反滤点形式，可以用泵充灌砂浆或细砾混凝土［3］。简易模袋采用聚丙烯编织物缝制，袋体本身不具备反滤功能，需在坡面上加铺非织造土工织物滤层，袋内只充灌砂浆和采取人工自流灌填方式。为适应不同的需要，降低模袋布价格，目前市场上出现了多种不同花样的模袋。本次针对厂房上游围堰下游坡面护坡所用模袋为机织模袋，由高强低伸的丙纶、锦纶和绦纶、锦纶和涤纶等合成纤维长丝为原料机织而成，为双层织袋，抗拉强度、抗顶破性能均较高且耐磨。模袋布不允许有严重缺陷，如破损、断纱等，模袋上下两层边框缝制应采用4层叠制法，缝制宽度不小于5 cm，针脚间距不大于0.8 cm。模袋材料的主要技术性能见表1。

图1 厂房上游土石围堰防护平面示意图

图2 厂房上游土石围堰防护典型剖面示意图

3.2 模袋混凝土厚度的确定

针对本工程特点，厂房上游围堰下游护坡面采用模袋混凝土护坡主要是为了承受水流冲刷，防止杂物进入进水口，影响机组的正常运行。为满足该要求，混凝土护坡选用厚度为40 cm的模袋混凝土。

3.3 顶部和底脚的结构设计

模袋混凝土护坡的顶部应牢固封顶，以防止水流冲刷坡面，同时增加护坡的稳定性。目前，在水利水电工程应用中，主要采用平封和锚封两种封顶形式。平封延伸长度可取0.5～1.0 m。锚封入土深度不宜小于0.5 m。根据本工程厂房上游围堰的结构特点，采用了平封混凝土压顶与模袋混凝土锚封相结合的措施，围堰顶部模袋混凝土底部采用φ25锚筋的布设2排，长度1.5 m，间距1.5 m，并呈梅花形布置，待模袋混凝土浇筑结束后，在模袋混凝土上部浇筑宽80 cm，高60 cm的齿墙盖重混凝土。盖重混凝土具体大样见图3。堰体坡脚处模袋加固在贴坡混凝土顶部，并用锚筋加固，锚筋采用直径 Φ25 mm，长度1.5 m，间距1.5 m的插筋一排，锚杆顶部打入模袋底贴坡混凝土面以下5 cm。同时由于厂房上游围堰模袋混凝土底脚嵌入围堰下游护坡面底部护脚混凝土内，并用齿墙混凝土连接，齿墙混凝土大样图见图4，因此整个护坡结构相对稳定安全。

表1 模袋材料的主要技术性能参数表

图3 盖重混凝土具体大样图

图4 齿墙混凝土大样图

4 模袋混凝土的施工

4.1 施工准备

模袋混凝土在正式浇筑之前，须进行坡脚贴坡混凝土施工及堰体坡面的修整，保证模袋在坡脚底部与坡面的平坦铺设。然后铺设模袋，按下游往上游的顺序施工，各片主要采用搭接方式连接。(模袋搭接处根据坡比、搭接情况适当增加锚杆)，锚杆顶部要求打入坡面以下5 cm，以保证不顶破模袋，锚杆顶部在加工时焊铁环，用于加固模袋。

4.2 模袋混凝土的配合比设计

机织模袋混凝土护坡采用泵送方法施工，要求所用混凝土或水泥砂浆具有可泵性以外，同时还要具有适宜的流动性，使之在模袋内能顺利流淌扩散，并充满整个模袋，不发生分离。因此，对其混凝土的配合比和外加剂的应用比一般泵送混凝土要求更高。主河床上游围堰下游坡面的模袋混凝土配合比根据施工现场实际情况采用了二级配C20混凝土，水灰比0.52，掺加0.7%的LZ-1减水剂，具体模袋混凝土配合比见表2。

表2 模袋混凝土配合比 kg

4.3 模袋混凝土的铺设

模袋混凝土施工前根据现场堰体坡面修整实际结构尺寸，进行模袋的定做。结构尺寸为25×6 m与25×3 m、厚度40 cm。模袋的铺设方向按照:顺水流由堰体下游至上游，高程方向由堰体坡脚至堰体顶部。模袋的搭接主要为上下游方向，形成为:在上下游两块模袋相连接部位底部挖“梯型”槽，槽底宽30 cm、深40 cm，后将下游模袋放入槽体内部，上游模袋铺设与下游模袋顶部，铺设厚度方向梯形斜坡面根据现场施工情况进行处理。相邻模袋应用双股线缝接紧密。接缝处底部应铺设土工织物滤层，土工织物与模袋布搭接宽度不应小于50 cm，并应顺直平整。缝制好的模袋由人工平铺在坡面平台阶上，然后用φ50钢管穿人模袋布上预先缝好的穿管套内，再用葫芦拉住钢管，挂在预先打好的锚筋上，一般按幅宽两侧设置葫芦，在上部预留6%的紧缩率，袋布下端拉入坡脚齿墙底固定，辅以人工立模支撑等。

4.4 模袋混凝土的加固与灌注

模袋铺设时，在平整好的坡面上采用Φ6 mm的尼龙绳(或其它物品)将模袋与预先插入坡面的锚杆绑扎牢固，以保证模袋的整体稳定性。锚杆采用Φ25 mm的钢筋，长1.5 m，间排距按3 m×3 m均为间隔布置(模袋搭接处根据坡比、搭接情况适当增加锚杆)，锚杆顶部要求打入坡面以下5 cm，锚杆顶部在加工时焊有铁环，用于绑扎土工模。上下游方向相邻两块模袋施工成槽后首先铺设下游模袋至槽内，并按上述方法进行加固。

在模袋混凝土浇筑前，要根据现场原材料等各种实际情况，进行最终配合比的确定，后根据配合比进行模袋混凝土的拌制，围堰模袋混凝土采取二级配C20混凝土，塌落度控制在24±2 cm之间。充灌前模袋应洒水润湿，充灌时，混凝土喷射管插入模袋灌口深度不小于30 cm，并应扎紧;充灌应从已充灌的相邻模袋混凝土块处开始，由下而上，依次进行，充灌过程中应及时调整模袋上缘拉紧装置。模袋混凝土泵送距离不宜超过50 m，模袋混凝土的分块根据模袋的结构尺寸进行确定，充灌速度宜控制在10 m3/h以内，混凝土泵的出口压力以0.2～0.3 MPa为宜。充灌混凝土应连续进行，当模袋内混凝土充灌将近饱满时，暂停5～10 min，待水分析出后，再灌至饱满。模袋混凝土充灌找平时，在初凝前可采用人工踩平。下料时由于混凝土在模袋内流动不畅或模袋局部过浆率较低，会造成局部鼓包，此时施工人员需用木棒进行敲打，使混凝土迅速均匀的散开。混凝土充灌结束待初凝后，及时将模袋表面灰渣冲洗清理干净，并立即对表面覆盖遮阳材料、洒水养护，表面养护为28 d。

图5 模袋混凝土施工现场铺设图

5 结语

结合班多水电站工程2010年的度汛特点，为防止汛期水位超过主河床上游围堰堰顶溢流至电站进水口时冲刷围堰下游堰坡，影响堰体稳定及电站进水口永久运行，同时考虑到工期要求，本工程采用了模袋混凝土技术用于防护主河床上游围堰下游堰坡，防护后的堰面成功经历了过水的考验。通过本工程施工实践证明，模袋混凝土作为一项新型混凝土施工技术，具有施工简单，造价低、整体性好，抗冲能力强等优点，是一种经济、可靠的的护坡结构形式［4］，可在水利水电工程中推广应用。

［1］刘志兵.模袋混凝土护坡技术在大堤中的运用［J］.建筑与工程.2009，35:709-724.

［2］马明灯.模袋混凝土在护坡护岸工程中的应用［J］.甘肃水利水电技术.2008，3(2):43-44.

［3］杨贵英.模袋混凝土在光照水电站厂房围堰护坡中的应用［J］.水利水电施工.2009，116(5):25-26.

［4］任够平.简易编织布模袋混凝土护岸技术在汾河上游干流河槽整治中的应用［J］.山西水利科技.2005，155(1):57-59.