土工模袋技术在河道治理应用中的问题探索

2010-01-18郭宏峰河南省沙颍河工程管理局

河南水利与南水北调 2010年7期

关键词：沙颍河险工模袋

□郭宏峰（河南省沙颍河工程管理局）

土工模袋技术在河道治理应用中的问题探索

□郭宏峰（河南省沙颍河工程管理局）

本文从施工技术的角度阐述了土工模袋技术在沙颍河流域实际应用中取得的成效，并对应用中出现的问题提出了相应的解决方案，为同类工程在工程设计和生产应用方面提供了参考和借鉴。

土工模袋；河道治理；应用；探索

土工模袋采用织物做模具，通过泥浆泵将水泥砂浆充灌进模袋成型，起到护坡、护底、防渗等作用；它具有工程整体性强、施工速度快、耐久性好、地形适应性强、省工省时、无需填筑施工围堰和排水挖基等特点；在堤防、河道、水库、海港等工程上得到广泛应用。特别是在缺乏土源填筑施工围堰、河水较深难以采用常规护砌护基的险工治理中，更能体现其优越性。河南省沙颍河工程管理局自20世纪90年代初组织引进此项施工技术，结合沙颍河河道的特点，进行了多次土工模袋试验应用，取得了很好的治理效果，摸索出一套便于掌握、易于推广的适合当地河道情况的施工工艺，为土工模袋在本地区的推广应用奠定了良好的基础。同时，也总结出一些经验和不足，值得与大家一起探索。

一、土工模袋在沙颍河河道治理中的应用实例

（一）沙河张湾村险工护岸整修工程

张湾险工位于沙河右岸舞阳县北午渡乡张湾村北，此处原有20世纪60年代做的砖砌护坡。由于年久失修和河床降低等因素，基础已经悬空，护坡多处出现滑坡、坍塌，坍塌体上边线已接近堤角，危及堤防安全。针对工程特点，新工程采用土工模袋与干砌石相结合的护岸型式。护岸工程总长270m，土工模袋设计厚度40cm，模袋砂浆共4750m3，在砌石护坡与砂浆模袋之间开挖一道深50cm、宽100cm的沟槽，槽内充灌水泥砂浆，既作为模袋压顶，又作为护坡的基础，起到联接模袋、稳定护坡的作用。在施工现场实测中，发现在起止桩号0+228～0+270段水面以下边坡陡立，冲刷坍塌严重，沟沟壑壑、高低不平，施工中用浮标做好标志，抛投块石，抛投至1：1.5～1：2边坡稳定时停止，并用砂袋在其上均匀覆盖一层，以防止块石锐角割破模袋，然后再进行模袋充灌。充灌完成的模袋之间叠压密实、无隙缝，使水流不能对模袋底部造成冲刷，进而掏空，造成模袋断裂。经处理竣工后的工程运用状况良好，确保了工程运用安全和正常使用。

（二）土工模袋在油坊头险工水毁修复工程中的应用

该险工位于漯河市舞阳县候集乡油坊头村沙河左岸，座湾全长5.6km，曲弯半径1100m，险工总长800m。沙河在此由西南转向东南，该险工位于这两个转弯之间，座湾顶冲，岸坡陡立，滩地狭窄。作为防洪重点区域，历年来，修建了不同类型护岸工程700m。这些工程经多年的运行，由于河床低及受到大水的冲刷，造成基础土沙流失，基础掏空，致使整段基础崩毁，加之下游马湾拦河闸的频繁蓄放水，使护坡无所依靠，下部混凝土板护岸已全部滑脱，大部分混凝土板已被水流冲走。由于该工程段下游约10km为马湾拦河闸，水位较深，采用常规浆砌石护岸困难较大，且无围堰土方。考虑本工程毁坏是由于基础系流沙层，被水流冲刷，造成掏空而破坏的实际情况，确定采用水泥砂浆模袋护基护底，力求能达到护岸、固滩、稳定河床和除险加固的目的。设计在高程63.50m处做75＃浆砌石基础，高程63.50m以下铺设水泥砂浆模袋，对高程63.50m以上的原混凝土护岸采用补砌维修的方法。水泥砂浆模袋垂直河向顺坡铺设长度为25m，节点最小厚度0.20m，相邻两幅模袋搭接长度为0.30m。油坊头水毁修复工程2005年4月底竣工，模袋浇注饱满，厚度均匀，搭接嵌压密实，基础与模袋衔接牢固稳定。

经多年的观测，该工程运行情况良好，险情得到有效控制。沙、汝河河槽大部分是流沙、淤土，岸坡局部夹砂，受洪水冲刷时，河岸坍塌严重。油坊头砂浆模袋护基护底工程的成功运用给同类防护工程提供了应用参考和借鉴。

（三）土工模袋在马湾拦河闸导流明渠工程中的应用

马湾拦河闸是河南省沙颍河涡河近期治理工期第Ⅱ标段项目。在导流明渠开挖完成后，发现下部为粉砂中积层。通水后，水流对渠道底部冲刷极其严重，大量的细砂被水流冲走，然后迅速向边坡底部发展，掏空了土袋木桩防护层的底部基础，将防护层掏空冲毁，随后直接冲刷了两岸边坡的底部，造成边坡底部悬空塌陷，在两岸造成了严重的塌方，特别是在上游左岸的老堤处，由于高差大，塌方尤其严重。在此情况下，施工方将进水口强行截堵停止运行。由于工程工期紧，为保证工程顺利进行而不受洪水威胁，在导流明渠出现以上情况后，建设单位、监理单位、设计单位、施工及运管单位多次召开专题研讨会，讨论处理方案。在满足过流流量200m3/s，流速2.73m/s的前提下经过多种方案综合比较，最终确定采用土工模袋护砌。针对工程量大、工期紧的特点，建设方采用大幅模袋，模袋幅长37m、宽12m，长度可以完整覆盖导流明渠横断面。设计用水泥土做充灌材料，水泥土水泥掺量为10%，22060m2水泥土模袋充灌仅用了27d就全部完成。竣工后的模袋整体性好，灌注饱满，厚度均匀，强度高，施工速度快，并且充分利用现场砂土资源，减少了材料运输费用。满足了建设方提出的处理工期要快、质量保证、费用节约的目标要求。马湾闸导流明渠大幅模袋施工方法，打破了常规的模袋技术标准，拓展了水泥土模袋技术在沙颍河河道的应用领域，为抢险、渡汛工程提供了一个成功模式。

二、土工模袋工程应用过程中出现的问题探索

在多年的土工模袋施工过程中取得了一些成功经验，但也出现了一些问题，施工方对这些问题提出了相应的解决方案，值得与大家一起探讨。

问题一：在沙河叶县段遵化店乡土工模袋护岸工程施工中，出现了一幅模袋整体滑动的情况。在施工到0+070m位置，即将完成整幅模袋充灌时，26m长4m宽的整幅模袋突然拽断牵引绳滑向河中，滑动距离30余米。分析原因，滑动处断面水深坡陡，土工模袋在坡角的水平长度不够，没有形成足够的抗滑持力，导致模袋沿坡面产生滑动。为避免模袋在自重的坡向分力下产生滑动，应进行抗滑稳定验算。抗滑稳定系数K可按下式验算：

式中，Kcs为砂浆模袋与堤防土体的抗滑稳定安全系数；L2为砂浆模袋护坡的坡面长度；L3为模袋混凝土在坡角的水平和长度；fcs为砂浆模袋与堤防土体的摩擦系数；θ为堤防的坡角（护坡与水平面的夹角）。经过计算，抗滑稳定安全系数K值≥1.5。

问题二：澧河右岸城区段丁湾桥上游模袋护基护底工程完成于1999年7月底。护岸全长360m，腰台底高程53.5m以下铺设150#水泥砂浆模袋，腰台以上坡采用混凝土板护砌。水泥砂浆模袋垂直河流铺设长度≥5m，厚度0.15m，相邻两幅模袋搭接宽度0.30m。工程竣工后，运行情况良好。但经过当年汛期洪峰冲击，局部模袋底部出现翻卷、断裂。2000年8月份对该护岸工程整修时发现损毁的原因之一是：土工模袋在汛期施工，受水流冲击使模袋两幅之间搭接处叠压不密实，没有形成完整统一的整体，使砂浆模袋的整体防冲抗浮能力差，在主汛期强水流冲击下，造成单幅模袋浮起翻卷、断裂。丁湾桥砂浆模袋工程的经验是：模袋施工应避开汛期，避免强水流冲击后造成土工模袋位移。建议勘测设计部门应根据工程所在地河道地形、最大过流量、流速来确定砂浆模袋的长度、宽度、厚度，土工模袋抗漂浮所需厚度根据《水利水电工程合成材料应用技术规范（SL/T225—98）》公式计算。

问题三：澧河左岸阴阳赵乡大楼魏村险工护岸工程完成于1998年12月。工程长度300m，护岸型式设计下坡水泥砂浆模袋护基护底，模袋长度22m，上坡采用土工织物与生物防护相结合的护岸形式。由于工期较紧，上坡削坡和下坡充灌土工模袋同时进行施工。施工中，上坡削坡土方直接推入河中，由于土方量大，此处河道水深坡陡，削坡土方淤积在河口处，土工模袋在淤积土上面充灌。在施工进行到0+110段时，即出现了一幅砂浆模袋断裂现象，当时处理办法是用铅丝笼编网，抛投块石对断裂处进行防护。分析断裂原因，模袋座落在松散的削坡土体上面，土体沉积出现不均匀沉降，固化后的砂浆模袋随即出现断裂。建议在采用土工模袋做护基护底工程时，应先进行土工模袋充灌，并应注意上坡削坡土方不得覆压在模袋之上，防止土工模袋受压而产生滑动。在边坡小于1：1.5时，考虑采用柔性加筋带，加筋带宽5cm，规格50g/m，每根抗拉能力为10000N，每米模袋垂直水流方向加两根，顺水流方向每米加一根。在水流流速较大地区，加筋带适当加密。