南水北调梁济运河不断航边坡衬砌施工技术

牟忠善，武守猛，李典基

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.山东省水利工程局有限公司，山东 济南 250013）

南水北调南四湖至东平湖段输水河道沿着京杭大运河原址扩建，工程建成后不但用于调水还要恢复大运河的通航功能。为防止航行中的船舶碰撞岸堤及产生的波浪掏空边坡，引起塌陷破坏，保证工程安全，确保河道输水及航运的正常运行，采取措施，对河堤进行工程保护是必要的。其中南水北调梁济运河段工程设计桩号0+000～18+750段一直处于通航状态，在施工期需要保证不断航，因此无法使用围堰截流、导流方法进行干面施工，经分析论证后决定采用现浇模袋混凝土衬砌施工技术。该技术主要特点是将混凝土在一定压力下注入有合适透水性的土工模袋中，混凝土内的部分水分被挤出模袋，凝固后的混凝土强度高；土工模袋好像一个塑性胎模，能够实现将混凝土填充料按照预先设定好的形状和厚度成型，有很好的适应性；在江河内施工时，不需要做围堰排水就能进行水下施工，施工过程中可以河道不断航，施工难度大大降低，施工效率也有很大提高，施工质量易于保证。

1 模袋混凝土厚度设计、抗滑校核

1.1 厚度计算

混凝土抗漂浮厚度采用下式校核：

上式中：c=1.5；HW、LW为波浪高度、波浪长度，m；Lr为垂直于水边线的衬砌面长度，m；m为河坡系数；γc为混凝土比重，kN/m3；γW为水的密度，kN/m3。

通过计算δ≥0.16m，考虑工程实际情况，抗漂浮模袋混凝土衬砌厚度按δ=0.2m选取。

1.2 抗滑校核

坡面抗滑安全校核计算如下：

式中：L2为坡面上模袋混凝土长度，m；L3为坡脚外模袋混凝土长度，m；m为河坡系数；α为河坡倾角；H为衬砌面高度；fcs为模袋混凝土与河坡的摩阻系数，按fcs=0.5。

以本工程桩号2+500处设计断面进行校核，此处需要衬砌的坡面长度为29.27m，为了增强模袋混凝土的抗滑性能，将混凝土衬砌从河道的内坡脚向外伸长3m左右作为模袋混凝土护脚，根据设计图（图1所示）计算模袋混凝土抗滑安全系数Fs=2.1＞1.1，符合安全规定要求。

1.3 混凝土材料设计要求

工程中模袋混凝土的设计标号为C25，抗渗要求为W6，抗冻要求为F150，粗骨料最大尺寸24mm，坍落度 22～26cm。

2 模袋混凝土施工

图1

在修好的边坡上铺设反滤土工布，再将定制的模袋平铺在河坡上。铺设时，需将模袋的上缘做好安全固定，然后将配合比满足设计要求的混凝土通过模袋灌注口泵送入模袋内部，灌注的混凝土厚度达到设计要求后扎紧灌注口。河坡上部混凝土施工要将模袋混凝土铺入挖好的沟槽内，素土回填夯实固定。

2.1 坡面修整

边坡修整分水上部分和水下部分。水上部分采用挖掘机进行粗修，精修采用挖掘机配合人工挂线修坡。水面以下部分可采用挖泥船施工，将边坡修制成数个台阶，土水混合体沿着输泥管泵送到弃土场，坡面修整采用水上挖掘机配合潜水员实施，多余土方用泥驳船运至卸泥区，再用挖泥船泵送至弃土区。水下凹陷部分用石块或者装石子的编织袋做成标准坡面。

2.2 水工模袋订制注意事项

根据设计图结合现场实际情况，计算出模袋的长度，并按照8%考虑收缩率设计模袋加工尺寸，本工程每副宽度按照4.1m制作，4副为一个灌注作业面。做好的模袋紧卷在钢管上，每卷标注上编号，和现场桩号对应。模袋灌注口数量和位置设计要合理，以保证混凝土充分充满模袋。模袋材料保证足够的强度和合适的透水性能。

2.3 水工模袋铺敷

模袋铺敷前现将精修好的渠坡上铺敷土工布，相邻土工布的搭接长度要大于300mm，其搭接的位置和模袋的分缝相错开。在渠坡上部打入固定钢钎，挂上手动葫芦，然后和模袋卷上的钢管固定。模袋卷放在反滤土工布上，由渠坡上部慢慢滚动到渠底，在水中设置参照桩，模袋长度方向和渠坡垂直。

2.4 混凝土充灌施工

混凝土充灌的实施步骤按照由坡下到坡上，由左右到中间，由上游到下游，先标准断面施工再异形断面施工，浇注混凝土前先将模袋用水淋湿，以防模袋吸收混凝土的水分影响和易性，浇注混凝土时要防止模袋偏移，混凝土水平输送距离一般控制在120m左右为宜，浇注速度一般控制在10～15m3/h，浇注压力按照0.2～0.3MPa原则控制。

混凝土充灌时要随时观察灌注压力表的指示，当数值超过控制压力值时需要及时检查泵送混凝土是否产生阻塞，并采取措施进行疏通。当混凝土充灌模袋近丰满时，暂停5～10min，再进行充灌至结束。

每幅充灌结束后水上部分模袋上的砂浆、杂物等及时用水冲洗干净。浇注从河底开始，逐步往河面推进。水下施工需要潜水员进行操作，潜水员将泵送管头插进浇注口并用铁丝绑紧。灌注过程中需要实时踩踏模袋表面，增加混凝土的流动性，保证混凝土填充饱满。

3 模袋混凝土质量控制

1）正式施工前需先做一个试验段，根据试验成果，修订完善施工工艺。

2）施工单位应根据滩地高程变化情况，按照一定长度分成几个高程衬砌段，各段之间需连接顺平。

3）混凝土泵选型应根据泵送距离、混凝土和易性进行确定。

4）模袋混凝土灌注过程中应在充灌口留取强度试块，每班或100m3混凝土留1组试样进行检测强度。抗冻、抗渗指标检测数量满足要求。

5）模袋混凝土坡面平整度允许误差为±5cm。

6）模袋混凝土充灌后应用钢尺测量相邻模袋的连接缝宽，最大缝宽应小于10cm。

4 结语

南水北调东线济宁以北段桩号0+000～18+750选取模袋混凝土水下衬砌施工技术，在保证航道通航的前提下进行模袋混凝土边坡衬砌施工，合格率达到100%，并编写南水北调东线山东段模袋混凝土施工技术规程，为以后类似工程施工提供了很好的范例。