模袋混凝土护坡在河道交汇处工程中的应用

李 和

模袋混凝土护坡在河道交汇处工程中的应用

李 和

（上饶市水利科学研究所，江西 上饶 334000）

模袋混凝土施工方便、机械化程度高，可以水下施工，在河道交汇护坡工程中得到了较为广泛的应用。为了进一步提高施工质量，文章详细介绍了模袋混凝土的设计方法、施工方法和质量控制方法，最后对于常见施工问题及处理措施进行了简单介绍，为同类工程提供理论和工程经验。

模袋混凝土；河道交汇；护坡工程；应用研究

在传统河道交汇处护坡工程施工中，通常采用块石进行护坡的防护，模袋混凝土作为一种新技术在对施工材料要求较高，且因施工工艺问题，在需要较长的施工周期的护坡工程施工中得到了较为广发的应用。美国在20世纪60年代已经将模袋混凝土应用在阿勒格尼工兵水库大坝的护坡工程中，70年代在航运、码头、道路桥梁护坡工程中广泛应用。我国在1983年首次引入模袋混凝土，应用于扬州南官河的护坡工程中。随着纤维编织技术的发展，1986年纤维模袋首次应用于工程中。与传统石护坡相比，模袋混凝土对于材料要求较低、护坡处理相对简单，可以大大的降低施工和维护成本；同时，由于河道交汇的环境较为复杂，对于护坡的冲刷和冲蚀较为严重，为了保证护坡工程的质量，对模袋混凝土的定义和计算方法、施工方法、施工工艺及施工中常见的质量问题的防治和应对措施均进行详细介绍，为未来模袋混凝土的推广应用提供理论和技术支持。

1 模袋混凝土介绍

1.1 概念

目前广为接受的模袋混凝土是采用纤维编织物模袋作为模板，通过泵送混凝土灌进模袋，凝固后形成混凝土硬结板块，对于河道交汇处的边坡、底板及防渗具有一定的保护作用。与传统块石护坡相比，模袋混凝土造价较低，由于模袋的限制作用，整体性和密实性较好，由于模袋的适应性较强，可以在不同地形条件下进行应用；同时由于纤维编制技术的发展和水下混凝土的发展，水下护坡工程中模袋混凝土也得到了较为广泛的应用，如图1。

图1 模袋混凝土的工程应用

1.2 模袋混凝土的设计

1.2.1 模袋选型

由于材料和加工工艺的不同，模袋可以选择机制模袋和简易模袋两种，由于造价低和使用方便的特点，机制模袋得到了较为广泛的应用，查阅相关文献和实际施工调查，发现机制模袋有以下类型可供选择，见表1。

1.2.2 计算分析

对于河道交汇处的护坡工程中模袋混凝土的应用，对于模袋选型、厚度确定稳定性分析、排渗考虑和抗滑措施等4个方面。

（1）模袋厚度计算分析

根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98），根据模袋混凝土厚度需要考虑浮托力的影响，对于模袋厚度根据下式进行计算：

表1 机制模袋类型

式中，C—面板系数，大体积混凝土时，护面C=1，有滤水点 C=1.5；Hw，Lw—波浪高度和长度，m；Lr—垂直于水边线的护面长度，m；m—坡角α的余切；rc—砂浆或混凝土有效容重，kN/m3；rw—水容重， kN/m3。

（2）稳定性分析

对于模袋混凝土的施工过程，控制其在坡面不至于由于下滑力的存在而引起下滑，考虑通过下式进行计算。

式中，L2—斜长，m；L3—坡脚宽度，m；α—坡角；fcs—模袋与坡面间摩擦系数，可采用 0.5；Fs—安全系数，一般要求Fs≥1.5。

（3）防渗计算

为了提高模袋混凝土护坡的防渗能力，需要设置排水孔进行减压，对于顺坡轴向1m范围内排水孔的量，考虑按照下式进行计算。

式中，Δq—顺坡轴向1m需排水量，m3/s；k—渗水孔处滤层渗透系数，m/s；J—渗水处水力梯度；α—1个排水孔的面积，m3；Fs—安全系数，可取1.5。

2 施工方法介绍

有关模袋混凝土的施工过程，主要由施工准备、施工和防护三部分，具体如图2所示。

图2 模袋混凝土护坡施工流程图

2.1 坡面处理

对于模袋混凝土施工的护坡处理过程选择“凹坑部位回填，凸出部位削坡”的施工原则，保证坡面能够满足施工的技术要求。对于常用坡度多选择为1∶3的坡度，利用高压水枪对于局部凸出或欠挖部位进行处理，处理效果如图3所示。

图3 模袋混凝土护坡断面示意图

2.2 铺设模袋

关于模袋铺设，由于当前多采用机制模袋，因此在模袋运送至现场后，通过缝纫技术将模袋缝制好，然后根据设计要求将模袋铺设坡面上，反滤布同时施工，对于模袋铺设的顺序按照自上而下的顺序进行，施工过程如图4所示。

图4 模袋铺设示意图

2.3 浇筑混凝土

对于混凝土的浇筑过程，目前多采用泵送方法进行浇筑。施工时用铁丝将模袋注料口与管道绑扎牢固，在不同灌口施工过程中，需要遵循连续填充的原则，施工过程中采用人工踩压的方式，同时对于踩压有一定的技术要求，保障踩压平顺。在混凝土填充饱满后，松开葫芦取出钢管，继续浇主平台，对于锚固沟内混凝土进行浇筑。在水下部分浇筑完毕后，再进行水上部分的浇筑，水上浇筑部分类似于水下浇筑部分。施工如图5、图6所示。

图5 模袋混凝土泵送施工示意图

图6 模袋混凝土护坡防护图

3 施工质量控制

由于边坡防护要求较高，因此对于模袋混凝土在边坡防护施工中的施工质量需要进行相应的控制，为了保证防护作用的较好发挥，需要采用以下措施。

（1）对于水下冲砂或者碎石平整坡度需要严格按照设计要求，断面处理结束后需要经过监理确认后才能进行下一步份施工。

（2）鉴于模袋混凝土多采用泵送施工，为了避免堵塞事件的发生，对于混凝土拌合物的和易性进行控制，保证泵送性较好。由于泵送混凝土的流动性较好，因此对于骨料粒径和坍落度需要严格控制；由于模袋属于编织物，因此在灌注混凝土时需要严格控制灌注速度，保持在30～45m3/h，输送软管出口压力控制在0.2MPa左右。

（3）由于灌注混凝土的凝固速度较快，因此在灌注作业时应保持连续作业，避免因为停歇时间引起混凝土泵送的堵塞，进而影响模袋混凝土的防护作用。

（4）模袋混凝土泵送作业中，容易产生鼓包和灌注不饱满的病害，因此对于泵送操作人员和灌注人员应密切配合，严格控制混凝土的泵送速度和起始时间。

4 常见施工问题及防治措施

由于模袋混凝土施工环境较为苛刻，虽然施工原理较为简单，但是对于整体施工过程的控制需要不同工种的配合，一旦每一个环节出现偏差，就会造成施工质量的瑕疵，当前施工过程常见问题主要包括以下几个方面。

4.1 机具问题

鉴于模袋混凝土施工多采用泵送方式，同时施工工艺要求泵送过程中不得中断，以免造成混凝土堵塞，因此混凝土泵的性能稳定性是模袋混凝土施工中关注的重点之一。对于混凝土泵的选择，需要充分考虑其压力、功率，因为如果功率或者压力达不到设计要求，会影响施工质量，降低混凝土填充密实度。合理的选择施工泵送机械，使得模袋具有较大的混凝土充盈度，大大保证了施工质量。

对于混凝土泵位置的选择，需要作出合理的设计。这是因为如果管道过长或者转弯较多的话，会引起软管堵塞，尤其是在混凝土流动性不足的情况下，尤其需要注意管道的问题，同时对于工作船位置的选择需要距离混凝土泵较近，同时需要避免对模袋注入施工造成影响。

对于施工过程中泵送机械的稳定性，需要在混凝土泵的运行过程和施工供料中给予充分的考虑，如在选择混凝土泵油料的时候，应严格匹配施工机械，避免因为液压油的问题引起机械停工，造成混凝土施工堵塞管道，影响施工质量和进度。同时对于供料问题，应合理安排供料机械，保障填充料及时灌注进入模袋，避免因为灌注混凝土供应不足影响施工，进而影响施工质量。

4.2 充填料

鉴于模袋混凝土施工采用泵送混凝土，因此对于混凝土级配具有较高的要求，对于粗骨料的选择需要有一定的限制，尤其是粗骨料粒径需要严格限制，如果骨料级配不合理，就会造成泵送过程中填料发生堵塞，导致流动受阻甚至堵塞管道。因此对于骨料级配严格控制，将其控制不超过22mm。

4.3 模袋布

对于模袋混凝土的模袋问题，连接线粘连是常见问题，会导致填料无法进入，造成脱空甚至空鼓现象，影响施工质量，因此对于模袋混凝土施工前严格检查模袋，避免不合格模袋纤维布投入使用。

同时输料管与模袋主入口的连接方式，如斜度和深度对于混凝土的护坡的施工质量具有一定程度的影响，因此应该根据施工环境和工程规模合理设置输料管主入口的斜度和深度，在进行灌注前进行二次检查，检查无误后方可进行下一步的施工作业。

同时在模袋混凝土泵送作业过程中，模袋局部爆裂也是不可避免的问题之一，这是因为泵送压力过大或者模袋质量不可靠的原因，因此施工过程中除了在施工前严格控制模袋质量外，泵送过程中的泵送压力也是需要严格控制的。

5 结语

在河道交汇的河道正常运营过程中，护坡不可避免的受到风浪冲刷，因此需要给予特殊的设计。鉴于其施工简单、施工周期短和可水下施工的优点，模袋混凝土在河道交汇处护坡的防护工程中的应用越来越广泛。本文对于模袋混凝土在河道交汇防护中从设计、施工、质量控制和常见问题处置进行了介绍，希望为以后类似工程提供理论和经验支持。

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1008-1305（2017）05-0133-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.041

2017-03-27

李 和（1977年—），男，工程师。