模袋混凝土衬砌在工程中的应用

王洪宝

（盘锦市水利勘测设计有限公司,辽宁 盘锦 124000）

模袋是一种双层聚合化纤织物制成的连续袋状材料,模袋混凝土是用压力泵将混凝土灌入模袋中,在混凝土凝固后形成的密合基面形状的结构物。模袋混凝土在水利工程中得到了广泛的应用,尤其是渠道坡面防护过程中[1]。

1 项目概况

接官厅排总南侧卧龙湖两岸均为自然土堤,河堤有的局部低矮,淤积严重,经多年的运行,河堤局部冲刷渗漏严重。

工程建设任务：在卧龙湖左岸新建模袋护坡910 m,采用模袋混凝土护岸形式。工程位置见图1。

图1 工程位置图

2 工程设计

2.1 衬砌结构型式

根据项目区所在地的气候特点及当地已有渠道衬砌成功经验,初选钢筋混凝土板衬砌和模袋混凝土衬砌两种方案作为渠道防渗的初选方案。

（1）方案一：钢筋混凝土板衬砌结构

优点：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。钢筋被混凝土包裹着不易锈蚀,维修费用少。③可模性、整体性好。由于新拌和而来结硬的混凝土是可塑的,根据需要,可按照不同模板尺寸和式样浇筑成设计所要求的形式。混凝土结硬后,其整体性及刚度好。

缺点：①抗裂性能差。由于混凝土抗拉强度低,在施工时,很难避免裂缝的出现。有些结构坚决不允许出现裂缝,那么在使用时难免会增加施工难度和工程投资。②费工,费模板,现场施工周期长,仓面多,施工流程复杂[2]。同时,受季节性影响较大,尤其是冬季施工,还需加入混凝土掺加剂进行处理。对于这种情况,势必要减轻结构的自重,改善其抗裂性能,目前市面上有轻质和高强材料一类的混凝土。

（2）方案二：模袋混凝土衬砌结构

优点：①模袋混凝土防渗工程施工采用一次喷灌成型,施工简便、速度快[3]；能适应各种复杂地形,护底等不需填筑围堰,可直接水下施工,机械化程度高,所护坡面面积大、整体性强、稳定性好,使用寿命长[4]；模袋本身具有一定的透水性,灌入混凝土后,内部的多余水分可以从空隙中渗出。这样由于水灰比迅速降低,混凝土凝固的速度加快,从而其抗压强度增大。②模袋混凝土衬砌结构具有良好的防渗效果,除蒸发一小部分水外基本无损失,水利用系数可达96%以上,从而能够较好地实现节水灌溉增粮。③模袋混凝土衬砌结构利用渠道断面不大,一般1 m 宽的渠道就可以采用这种护岸型式。同时边坡好处理,坡比不需要非常缓,这样就能最小限度的占地。

缺点：适应不均匀沉陷能力差；抗冻胀能力弱；难以加筋。

通过对上述二种方案比较,本项目渠道护砌选用模袋混凝土衬砌型式。

2.2 模袋混凝土衬砌厚度验算

模袋自身的厚度主要需满足以下两点：①因其表面有局部孔洞所引起的变曲应力；②风浪所产生的浮动以及冰推力导致护坡模袋沿坡面滑动等要求。

1）按式（1）计算：

式中：t 为抵抗弯曲应力所需厚度,计算得0.013 m；γc为充填物的容重（一般为砂浆或混凝土）,取21.7 kN/m3；R 为充填物的抗压强度,取2×104kN/m2；a 为模袋底架空为正方形的边长,取0.50 m；K 为安全系数,取3.0。

2）按式（2）计算：

式中：t 为混凝土护面板厚度,为土堤护面,计算得0.10 m；η为系数,取0.075（按对开缝板）；H 为波高,取H1%,计算得1.04 m；rb为混凝土板重度,21.7 kN/m3；r 为水的重度,取9.81 kN/m3；L 为波长（m）13.80 m,；B 为坡率,17.1m；m=ctgα,α 为斜坡坡角,（°）；

3）按式（3）计算：

4）根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》（DL/T 5082-1998）7.3.3 规定,采用机织模袋混凝土护坡,模袋混凝土平均厚度宜取150 mm～200 mm。

卧龙湖地处盘锦平原地区,冬季时渠道内基本无水或水量较少,那么冬季的冰推力几乎为0。该地区东西风向风力又不大,故风浪推力也几乎不计。因此本设计采用模袋混凝土衬砌的厚度取150 mm。混凝土标号和抗冻等级采用C20F200,并现场充灌。

2.3 模袋混凝土护坡抗滑稳定计算

模袋混凝土抗滑稳定包括其本身自重的滑动力和与渠道边坡的摩擦力,按式（4）计算：

式中：t 为模袋混凝土厚度,取0.15 m；L1为模袋混凝土衬砌水平长度,m；L2为模袋混凝土衬砌斜坡长度,m；α为坡角,（°）；F 为模袋与边渠道边坡间的摩擦系数,取0.5。

经计算,K=1.75>1.25,满足抗滑稳定要求。

2.4 技术要求

工程尽可能减少占地和不砍伐树木布置,混凝土选用商品混凝土。经现场实测,卧龙湖渠道边坡坡比在1∶2.0 左右。本工程按照现有边坡,从坡脚一直衬砌到渠顶。衬砌底部沿坡脚直立插入渠底1.0 m,衬砌顶部水平铺设500 mm 宽,再按照1∶1.0 放坡插入土内,插入深度为500 mm。模袋混凝土衬砌结构见图2。

图2 模袋混凝土衬砌结构图

模袋采用现场缝制的聚丙烯编织布,下设一层无纺布。机织土工膜袋基本技术指标见表1。

表1 机织土工膜袋基本技术指标

3 模袋混凝土工程施工

3.1 模袋铺设

①检查模袋质量,查看有无孔、洞,缺少经纬,跳线等情况；再将无质量问题的模袋进行编号,平卷系牢后运至施工现场,按照施工分段放好模袋,以便缝制时缺少模袋块。

②将各施工分段的模袋铺设到渠道边坡,再次检查确认有无质量问题或运输时有无刮蹭；查看塔接布、混凝土充灌入口、穿管布等位置有无质量问题,缝制时把钢管穿入模袋孔。

铺设模袋时要顺水流方向要预留一定的长度,本工程预留20 cm。

③模袋铺好后,因其重力会自动下滑,所以在渠道顶部设置固定桩。本工程在施工时,施工单位根据现场实际情况每30m 设置一个定位桩,定位桩上设置绞杠,以便调整模袋的位置,再将钢管和绞杠用尼龙绳连接。

3.2 泵入混凝土

①混凝土采用泵入式,自下而上从两侧向中间进行充灌,充灌饱满后,暂停10min[5],当混凝土中的水分和气体析出后,再次充灌直至填满,这样的混凝土强度要大于普通的混凝土浇筑方式。

②保证连续作业,一个模袋块要连续一次充填完毕。在充灌时,现场要有至少一名安全人员和专业指挥人员,紧密配合混凝土充灌小组,同时监理单位旁站。当混凝土卡在某一位置时,指挥人员应及时沟通充灌人员,可采取粗木棍挤压或脚踩方式保证该部位混凝土充满。

③混凝土充灌完毕后,将混凝土充灌入口用线扎紧,防治混凝土溢出,混凝土凝固后,将充灌入口塞入模袋布内,并冲洗干净。施工区周边设置护栏和警示牌,安排人员巡视,防止人畜进行破坏。

4 结语

工程已于2020 年1 月15 日完成竣工验收,并交付大洼区三角洲管委会运行管理,目前工程运行良好。

使用模袋混凝土技术进行渠道衬砌,对于农业经济的发展有十分良好的推动作用,而且经过防渗护坡,渠道输水能力得到有效的提高,减少输水灌溉的损失,对于水资源的节约也起到一定的作用[6]。