模袋混凝土在防洪堤加固工程中的应用

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  摘要:模袋混凝土是一种现浇混凝土施工技术,它采用织物模袋做软模具,通过混凝土泵将混凝土充灌进模袋成型,起到护坡、护底、防渗等作用,具有施工速度快、坚固耐久、美观等特点。本文结合防洪堤加固工程,介绍了模袋混凝土的应用,为其在防洪堤加固中的推广提供经验。
  关键词:模袋混凝土;施工;应用;推广
  中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:
  1工程概况
  梅州大堤东堤芹黄段1+700~3+050属河流顶冲段,冲刷较严重。2008年对该段防洪堤进行加固,堤脚亲水平台人行道以下采用C20模袋混凝土护坡,20cm厚度,护坡坡比1:2,工程取得了令人满意的效果。
  2模袋混凝土的设计
  模袋混凝土设计的主要内容包括:岸坡稳定性验算、模袋材料及规格、模袋充灌材料及充灌厚度、模袋稳定性验算、护坡细部构造及边界处理等。
  2.1岸坡稳定性验算
  土堤的岸坡稳定性可采用瑞典圆弧法、改良圆弧法等进行验算。
  2.2模袋材料及规格
  工程土工模袋是由高强度锦纶、维纶或丙纶锦丝经特殊工艺编织加工缝制而成的双层织物袋,具有强度高,耐酸碱性强的特点,与坡面吻合性好,能起到柔性模板的作用。模袋应根据当地气象、地形、水流条件和工程重要性等进行选择。模袋布主要技术性能检测结果应符合GB/T17640-2008《土工合成材料长丝机织土工布》的要求,以PA65-4-250/B双层机织模袋为例(见表1)。
  表1模袋布主要技术性能参数表
  
  
  2.3模袋充灌材料及充灌厚度
  (1)模袋充灌材料。应采用强度等级C20以上的混凝土并满足耐久性要求。
  (2)模袋充灌厚度应通过抗浮稳定分析和抗推移稳定分析以及抗冲要求等确定。
  2.4模袋稳定性验算
  模袋的抗滑稳定安全系数计算公式:
  (1)
  式中:为模袋与堤土间的抗滑稳定安全系数;为模袋与堤土间的摩擦系数;a为堤坡角(°);L1、L2为长度(m)。算得的应符合SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》的规定。
  2.5护坡细部构造及边界处理
  (1)为提高模袋的抗滑稳定性,工程采用的方法:
  模袋顶部设长不小于2.0m的平段,其内侧设60cm×50cm的混凝土进行压重固定,兼作亲水平台(人行道)基础(见图1)。
  
  
  图1土工模袋横断面图
  (2)模袋底部设3.0m的平段伸入河床,其上采用粗砾料回填1.0m以上(见图1),对河道受冲段,结合抛投块石作为防冲加固。
  (3)模袋上下游末端设置压袋沟起锚固作用,沟深度和底宽为1.5m,边坡1:1—1:2(见图2),锚固段厚度加大15cm,并与其他护岸结构相衔接。
  
  
  图2土工模袋与上、下游岸坡压袋沟槽示意图
  (4)相邻模袋接缝处底部设置土工织物作反滤。
  (5)对模袋背侧渗水量较大的堤段,模袋充灌完成固结后,应及时设置必要的排水孔以降低渗透压力。
  3模袋混凝土施工及质量控制
  模袋混凝土的施工主要由施工准备、模袋铺设、充灌、养护及边界处理3个环节组成。
  3.1施工准备
  (1)宜避开主汛期进行施工,减少高水位、高流速、大风浪对模袋铺设和混凝土充灌质量的影响。
  (2)根据场地可利用的规模选择自拌混凝土或外购商品混凝土。
  (3)按设计堤线放样及进行坡比和坡底高程的开挖、修整,确保充灌后的模袋与堤轴线垂直。对淤泥和易损伤模袋布的硬物,必须清除,填方应尽量取用天然级配砂砾料分层压实,严禁贴坡回填。
  (4)模袋的平面尺寸分为标准型和異型2种类型。标准型模袋的加工尺寸为按设计坡长(宽度)分段(长度)加工,并分别预留约3%和7%的伸缩量;异型模袋的尺寸根据地形测量的结果进行加工,其长短边方向的伸缩量参照标准型实施。
  3.2模袋铺设及充灌
  3.2.1模袋铺设准备
  (1)对进场模袋必须逐幅检查,是否有破损,缺经、缺纬、蛛网、跳花等缺陷,以及搭接布、充灌袖口和穿管布等是否缝制有误,是否破坏。
  (2)为防止模袋顺坡下滑,应设定位桩及拉紧与调节装置,其间距视坡长、坡度、模袋厚度等条件而定,一般是在坡顶贴近模袋上缘、间距0.5~1.0m采用钢管打设1根定位桩,每幅模袋不少于4根。
  3.2.2模袋铺展
  (1)铺展模袋采用机械与人工结合,一般在深水区用驳船或浮动平台以机械铺放;在浅水区(水深1.5m内)用人工铺展。铺设须注意沿水流方向,从上游向下游推进,对个别铺设不到的部位采用异型单元,对号入座。
  (2)铺设时,将已按设计图纸缝制好的模袋卷按单元顺序置于定位桩外侧,在模袋上缘穿管孔中穿入钢管后,通过拉紧装置与定位桩相连,然后用人力将模袋卷顺着坡面滚铺,至水边时,在驳船或浮动平台上用绳子拉住模袋下缘往江中间慢慢移动,到达预定位置后,让其在水面上充分展开、拉紧。
  3.2.3混凝土生产
  (1)模袋铺设完成后,应及时充灌混凝土。
  (2)模袋混凝土要求流动性好、坍落度大、和易性好,符合泵送混凝土的要求。以梅州大堤东堤芹黄段加固工程为例,工程采用商品混凝土,配合比为:水泥:粉煤灰:砂子:碎石:水:外加剂:1:0.11:2.35:2.81:0.56:0.02,坍落度控制在l8~21cm。采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥,中细河砂,5~20mm碎石,Ⅱ级粉煤灰(密度为2.20L/m3),以及高效泵送剂(TOR702)作为外加剂。具体配合比见表2。
  表2模袋混凝土配合比表
  
  
  该工程的模袋混凝土经钻芯取样检测,强度均符合设计要求。
  3.2.4充灌混凝土
  (1)水上部分的模袋充灌前应先洒水湿润,避免模袋吸收混凝土中的水分,降低混凝土的坍落度。混凝土泵输送管在使用前,须用水冲洗、润湿管道,再用水泥砂浆润滑管道。
  (2)混凝土泵布置在堤顶上,以减小管道的长度。泵出口用钢管连接,一直延伸至待浇筑模袋的中间位置,然后接1段耐高压软管,其长度满足不用移动钢管而接入所有的混凝土充灌口。
  (3)混凝土泵的出口软管应平行模袋坡面伸进灌口,将灌口和软管封扎固定后方可充灌混凝土。严格控制充灌的速度和压力,采用低流量充灌,速度控制在1O~15m3/h,管道口压力控制在0.2~0.3MPa。
  (4)充灌的顺序。从已充灌的相邻模袋混凝土块开始,先上游,后下游,以泵送压力配合人力脚踩充灌。先充灌平台段,灌满后,从位于斜坡段的灌口充灌斜坡段,水下部位由潜水员检查、辅助,直至最下缘灌满为止,然后逐步往斜坡上部推进至平台附近,对平台灌口充灌,直至模袋全部灌满。
  (5)每幅模袋一次性连续充灌完成。充灌时,随时用探针检测模袋混凝土的厚度。充灌接近饱满时,不可太快,以防止模袋爆开。充灌饱满后,暂停5~10min,待模袋填料中水分、空气析出后,再充灌至饱满。此时,可用直径2.5mm空心探针插入模袋辅助排放。
  (6)充灌最后1个充灌口时,应同时对实际充灌量与理论方量进行比较,避免充灌不足或超灌。充灌结束后的混凝土面高程应控制在允许偏差的范围内。
  (7)每个充灌口充灌结束、抽出泵管后,必须及时将充灌袖口系紧,防止混凝土外溢,待混凝土稍微凝固,清除袖口混凝土,将袖口布塞入布袋内,用水将模袋表面的余渣冲洗干净。
  3.3养护及边界处理
  (1)充灌完成的模袋混凝土终凝前,禁止人员在上面走动和堆压物体,初凝后,及时对水上部分洒水养护,保持表面湿润,养护时间不少于28d。
  (2)待模袋混凝土强度达到2.5MPa以上,方可进行上部结构的施工及回填上下游的压袋沟。
  (3)模袋混凝土龄期达7d后,采用“定量定点”法进行水下抛填卵石护脚。
  3.4模袋混凝土的施工质量控制指标与评定标准
  (1)模袋混凝土护坡整坡后,其土基密实度、坡比、坡顶和坡底高程应符合设计要求。坡基坡比允许偏差±5%;坡顶和坡底高程允许偏差±5cm,坡底覆盖层较薄的,应尽可能清理至岩面;坡面平整度,水上部位不大于10cm,水下部位不大于15cm,必要时应由潜水员操作施工。
  (2)模袋的型号、规格、技术性能指标应符合设计要求;模袋布不允许有重大缺陷,如大于0.5cm的破损、并列2根以上的断纱和缺纱等;并按规定抽样检验其主要技术性能指标。
  模袋在贮运过程中,应保证不破损、不沾污、不受潮、防雨淋,不得长期曝晒。
  (3)模袋上下层的扣带间距经现场试验确定,一般以20cm×20cm为宜;模袋上下2层边框缝制应采用4层叠制法,缝制宽度不小于5cm,针脚间距不大于0.8cm。
  (4)相邻模袋用双股线缝接紧密。接缝处底部铺设的土工织物滤层与模袋布搭接宽度不小于50cm,并顺直平整。
  (5)模袋混凝土的原材料和拌和物性能应符合泵送混凝土相关规范要求,坍落度宜为21±2cm,粗骨料最大粒径不大于20mm。所用的原材料须按规范要求抽样检验合格。
  (6)模袋混凝土泵送距离不宜超过100m,充灌速度宜控制在15m3/h以内,混凝土泵的出口压力以O.2~O.3MPa为宜。
  (7)模袋混凝土充灌后用探针测量混凝土厚度,其平均值应符合设计要求,允许偏差一5%~+8%;其顶部宽度允许偏差±50mm,顶、底部高程允许偏差一20~+40mm。
  (8)模袋混凝土的抗压强度、抗冻指标应满足设计标准,施工时,在充灌口取样,施工单位自检数量为每班或100m3混凝土制取l组试块检验抗压强度。
  (9)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,并按规定进行养护。
  4施工中可能出现的问题及对策
  在模袋混凝土施工過程中,每个工艺环环相扣,技术上各有要点,要防止和避免出现一些影响施工进度、质量和安全的问题。
  4.1堵塞现象
  堵塞常出现在混凝土泵出料口、输送管道及模袋内。因此,应控制粗骨料最大粒径不超过泵送管直径的1/3(碎石)或2/5(卵石);严格控制混凝土配合比和坍落度;混凝土泵应连续正常工作,泵出口的连接钢管布置应尽量平顺,少使用弯管,特别是大弯度的管道,防止接管不当造成漏水,使接管处混凝土结块而堵塞。
  4.2模袋鼓胀
  施工时注意加强操作人员的配合,在充灌时专人观察,及时安排人力踩踏模袋,加强混凝土料的流动,用水泵抽水冲洗表面,保持模袋布疏水、通气的顺畅,在充灌将满时,适时停泵,待模袋内水分、空气基本排出后,再加以点泵补充饱满。
  4.3模袋鼓包
  主要是由于模袋内攀筋与联结带出现松脱或断裂,或充灌压力过大所致。应通过加强质量检查和控制泵送压力加以控制。
  4.4混凝土料充填不饱满或未灌入
  充填不满,应打开灌口,再行补灌。难以充灌到位或未灌入的部位应在未灌入处另开灌口补灌。
  4.5坡底清理必须到位
  铺设模袋前,监理单位应组织项目法人、施工单位对水下部位的坡底开挖和清理进行验收,确认达到设计高程。否则将直接影响护坡结构的稳定。
  4.6模袋倾斜
  主要是边坡定位线偏移,未与堤轴线垂直所致。当所铺设模袋与堤轴线不垂直时,随着充灌的模袋不断延长,误差不断积累,导致模袋倾斜,直接影响模袋的稳固和后续模袋的施工。因此,放样定位后铺展模袋前应进行复核。
  5结语
  综上所述,模袋混凝土加固防洪提具有整体性强、机械化程度高、施工速度快,抗风浪冲击能力强,能减轻劳动强度和管理维护工程量及费用等优点。然而,目前模袋混凝土的应用时间和实践并不多,在施工中还暴露出不少技术难题,因此,还有待于进一步进行研究和实践总结。
  参考文献
  [1] 李新广;张玉江;张怿.模袋混凝土在堤防工程中的实践与应用——以博斯腾湖大小湖隔堤模袋试验段为例[J].新疆水利,2008年第06期
  [2] 方跃生;宋志剑.模袋混凝土在钱塘江防洪堤加固工程中的应用[J].中国新技术新产品,2012年第05期
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