模袋混凝土在湘江航电枢纽二期围堰中的应用

田福文

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

1 工程概述

湘江长沙航电枢纽工程（简称湘航）是湘江干流9级开发规划当中的最下游一个梯级，工程位于湖南省会长沙市下游，距市中心仅（20～30）km。枢纽从左至右依次为左岸改移防洪大堤、左岸副坝及三线船闸、二线船闸、一线船闸、26孔净宽22 m的低堰泄水闸、1孔净宽7 m泄洪排污闸、电站厂房、蔡家洲副坝、20孔净宽14 m的高堰泄水闸及右岸副坝。湘航左汊二期围堰采用土石过水围堰，运行时段为2010年12月～2012年9月。围堰挡水标准为全年2年一遇，过水标准为全年10年一遇，对应流量分别为 13 500 m3/s和 19 700 m3/s。

左汊二期围堰分为上游横向围堰、下游横向围堰和纵向围堰。二期围堰将左岸船闸、左岸11.5孔泄洪闸包围，形成旱地施工基坑。结合湘航施工时段水流实际情况、周边建材供需条件、施工进度要求以及类似工程经验，湘航上游和纵向围堰临水面采用现浇混凝土护面，下游围堰临水面采用模袋混凝土护面，上下游围堰和纵向围堰背水面均采用雷诺护垫护面。模袋混凝土强度等级为C20、厚度为0.3 m。湘航二期围堰平面布置和断面见图1和图2。

2 模袋混凝土厚度设计

湘航下游围堰临水部位为围堰截流戗体，戗体采用石渣混合料填筑而成，临水面自然坡为1∶1.75,被淹没在水面以下的长度平均为10 m左右。如采用常规混凝土护面，由于戗体石渣缝隙过多，常规混凝土拌和物中的水泥净浆将沿着缝隙渗入戗体内，面板混凝土强度不能保证，且水下部分施工还需要重新修筑临时围堰和抽水，施工进度难以满足要求。对此下游围堰临水面28.0 m高程 （截流戗体顶面高程）以下拟采用膜袋混凝土防护，模袋混凝土可水下水上直接施工，连续充灌，一次成型，整体性好。

根据《导流截流及围堰工程》资料中的鲁宾斯基公式：

δ=K[（0.226（2 h））/（rc-1）]×[(1+m2)0.5/m]进行混凝土厚度计算。

式中K——安全系数，取1.25～1.5；

rc——混凝土容重；

m——边坡系数，m取1.75；

2 h——波高（发包人委托长沙理工大学进行了相关的模型试验，根据模型试验数据，本工程取0.5 m～1 m）。

δ=（1.3×0.226×1/1.4）×[（1+1.752）0.5/1.75）]=0.21×1.1518=0.24 m。

本工程膜袋混凝土取30 cm厚，混凝土强度等级为C20。

3 施工材料要求

下游围堰临水面不但要经历两个汛期洪水的冲刷，而且常年被江水侵蚀，模袋混凝土质量直接影响左岸船闸和左岸11.5孔泄洪闸是否能在旱地施工。因而模袋原材料、混凝土原材料质量必须严格要求。

3.1 土工模袋要求

本工程选用的是江苏无锡禾芝润土材料有限公司生产的CX/300厚型无过滤点土工模袋，基本结构为两层全丙纶高强机织布，外层具有透水性，两层机织布之间每隔20 cm有1组拉筋(化纤绳)相连。单块模袋宽度为4.0 m，长度根据现场实际情况确定，在后方每3块缝织成一幅。经过多次试验，得出该土工模袋力学性能指标见表1。

表1 CX/300型土工模袋力学性能指标表

3.2 混凝土要求

在模袋混凝土施工时段，湘航左叉项目部混凝土拌和系统还没有建成投产，通过与发包人和监理工程师的沟通，围堰模袋混凝土采用商品混凝土，项目部在施工现场取样。为此对商品混凝土提出以下要求：

（1）砂石骨料采用湘江河道的天然砂石骨料。

（2）混凝土采用一级配，最大骨料粒径20 mm。

（3）为加大和保持混凝土拌和后的和易性，要求适当增加水泥用量，同时掺加15%的粉煤灰,混凝土塌落度控制在（220～240）mm 之间。

（4）混凝土不但要满足泵送要求，还要能在模袋内自由流淌，混凝土拌制时需添加流化剂，确保混凝土在模袋中的流动性。

4 模袋混凝土施工

4.1 施工工艺

模袋混凝土施工工艺见图3。

图3 模袋混凝土施工工艺图

4.2 施工准备

（1）首先与商品混凝土供应商签订供应协议，要求商品混凝土供应商根据混凝土运距、搅拌车运输和混凝土泵送性能对混凝土的指标进行控制，确保现场混凝土充灌连续和自然流淌。

（2） 对于水面以上坡面采用长臂挖机对下游围堰坡面进行修整，将凸出坡面的大块石剔除，并用细石渣回填压实，确保坡面平顺、无杂物。

（3）开挖抗滑沟槽，根据模袋顶面铺设位置，利用挖机在28.0 m高程平台开挖1.0 m×0.5 m（宽×深）的沟槽，作为模袋铺设和混凝土充灌过程中抗滑沟。

（4）埋设地锚和定位桩，测量根据模袋混凝土施工样图，在28.0m高程平台放样地锚和定位桩位置，其中间距为2.0m，单块模袋定位桩不得少于3块。

（5）由于下游围堰临水面被淹没长度平均为10.0 m左右，为降低潜水员水下施工强度和潜水时间，在水下铺设模袋时需要一艘船进行辅助，因而需要租用当地一艘渔船。

（6）根据围堰水下测量断面实际情况，对土工模袋在后方进行缝制拼装，3块缝制成一幅，纵向伸缩余量按照3%考虑，并进行编号堆码。

4.3 模袋铺设

（1）模袋铺设前按施工编号进行详细检查，看有无孔洞、缺经、缺纬、蛛网、跳花等缺陷，检查完后，模袋铺平、卷紧、扎牢，按编号顺序运至铺设现场。

（2）为了防止模袋顺坡下滑，在28.0m高程抗滑沟槽外侧适当位置设置定位桩和地锚，两者之间采用尼龙绳连接，用以调整模袋上下位置并固定模袋。

（3）为了模袋铺放就位准确，模袋自上而下铺设在坡面上，即：由堰体28.0 m高程开始向堰体坡脚方向铺设。将在后方加工好的模袋按设计位置在坡面上打开，在打开过程中应使模袋始终保持向下拉紧的状态，不但要向下滚动模袋卷，而且要随时向下拉紧模袋，同时还应使模袋与已有模袋混凝土之间的搭接宽度始终控制在30 cm左右，这样不仅保证了拼缝严密，而且保证了新铺模袋位置相对于已有模袋混凝土不发生偏斜。

（4）对于水面以下部位模袋的铺设，在模袋铺设到水面高程时，由潜水员将模袋慢慢铺设到坡面上，坡面模袋用砂卵石压重防止浮移，坡脚处模袋采用钢管固定，并用块石压重防止浮移。

（5）上下游方向相邻两块模袋之间的连接采用厂家提供的专用模袋缝合绳进行缝合，由人工采用专用设备现场缝制，两幅之间的搭接宽度控制在30 cm左右。

（6）单幅模袋铺设完成后，人工在模袋上开设混凝土充灌口，充灌口为Φ200 mm的圆形孔，充灌口上方缝制Φ300 mm、长度为400 mm左右袖口，在混凝土充灌前，袖口采用铁丝扎口，避免杂物调入模袋内。其中第一个孔位于水面以上30 cm左右，其余按照2.0 m一个向上排列，要求每一块模袋不少于3个充灌口。

4.4 模袋混凝土充灌

4.4.1 混凝土运输

湘航二期围堰模袋混凝土采用6 m3搅拌车运输到围堰28.0 m高程施工平台，经HBT-60混凝土泵输送到模袋内部。

在模袋混凝土充灌时段，围堰背水面还在继续填筑，受施工场地限制，HBT-60混凝土泵布置在模袋混凝土中间部位，即混凝土泵后需接Φ150 mm的钢管到模袋顶部，钢管后再接Φ150 mm橡皮软管到充灌袖口。

4.4.2 混凝土充灌

（1）模袋混凝土按照自下而上顺序进行充灌，先进行水下模袋混凝土充灌，再依次向上完成一幅模袋充灌。

（2）将软管的管口接入袖口中，并穿过充灌口深入模袋内部，同时用铁丝将袖口邦扎到软管上。在准备工作完成后，开始混凝土充灌。

（3）混凝土充灌速度控制在（10～15）m3/h，出口压力控制在（0.2～0.3）MPa。 充灌时，2人扶住软管，以防其摆动幅度太大，同时与混凝土泵操作人员保持紧密联系，随时了解混凝土泵出口压力，当该压力持续上升时说明混凝土在模袋中流动减慢，此时需适当降低混凝土泵的充灌速度，当模袋内混凝土流动受阻时，采取用脚踩踏的方法进行疏导。

（4）在1个充灌口充满结束后，用绳将充灌袖口扎紧，防止混凝土外溢。待混凝土稍微凝固后，人工将袖口内混凝土掏出，将袖口布塞入模袋内并缝合灌口。

（5）单幅模袋充灌结束后，暂停10 min，待模袋中多余的水分和空气析出后，在稍充填混凝土，以保证模袋充灌饱满。

4.4.3 现场清理及养护

一幅模袋混凝土充灌完后，把混凝土输送管道等施工器具转移到下一幅模袋单元，并在本幅模袋混凝土充灌结束30 min后，用高压水枪配合人工用扫把清洗，清洗模袋表面泥浆和杂物，保证模袋外观干净美观。

混凝土模袋表层冲洗干净后，就开始对混凝土进行养护，养护时间为7 d，在此期间混凝土模袋表面一直处于润湿状态。

4.5 模袋混凝土施工过程中遇到的问题和解决方法

（1）第一幅模袋施工时，考虑到抗滑沟槽内已铺有模袋，如果先期对其进行充灌，然后再对围堰坡面模袋进行充灌。这样就不需要在28.0 m平台上设置定位桩和地锚等措施。然而在具体施工过程中，沟槽内混凝土终凝后才能开始围堰坡面模袋混凝土的充灌，否则在坡面模袋充灌过程中，坡面模袋仍然向下移动，沟槽内先期充灌的混凝土长时间不能凝固，局部出现松渣现象。

第一幅充灌试验结果表明：先充灌抗滑沟槽模袋不但影响工期、起不到固定和调整坡面模袋的作用，而且单块模袋不能连续充灌，不能保证模袋混凝土的整体性。湘航二期围堰模袋最终采用定位桩和地锚固定、调整坡面模袋，充灌按照从下向上顺序进行。

（2）湘航二期围堰模袋混凝土水面以下平均长度10 m，混凝土充灌口均位于水面以上，在充灌过程中，水面以下部位模袋混凝土难以自流充灌到最底部。根据水下测量结果，在充灌该部位时，采取以下三项措施保证混凝土充灌饱满：

●调整混凝土配合比，在保证混凝土和易性的前提下，加大混凝土的流动性。

●在充灌该部位时，委派专人查看袖口混凝土堆积程度和流动性，根据混凝土堆积程度和流动性，适当降低泵送强度和加大泵送压力。

●委派3名潜水员进行辅助充灌，其中两名潜水员分左右将模袋拉紧，确保模袋不漂移，另一名潜水员用脚不断踩踏，让混凝土尽可能自然流淌。

（3）在施工过程中，上方模袋混凝土已经充满，而下方模袋混凝土没有充满，即出现中间鼓包现象。主要是由于混凝土在模袋内流动不畅或模袋局部过浆率较低造成的，需要施工人员用木棒进行敲打，使混凝土迅速均匀地散开。

模袋内混凝土不易流淌。造成这一现象是由于混凝土搅拌车在施工现场等待时间太长所造成的，混凝土充灌过程中，施工人员不断用脚踩踏辅助混凝土流淌，同时在模袋表面适当洒水湿润。

5 质量检查与检测

在充灌口进行混凝土强度试件取样，取出的混凝土先期灌入Φ150 mm、长1 200 mm材质与模袋相同的织物袋中，吊置（15～20）min中，再取出放入150 mm×150 mm×150 mm标准试模中成型。每3个试块为一组进行强度检测，混凝土强度均满足设计要求，具体检测结果如表2。

表2 模袋混凝土立方体抗压强度表

6 总 结

（1）湘航二期围堰模袋总长约867.7 m，总面积21 666.67 m2，混凝土 6 500 m3，平均厚度超过设计（30 cm）厚度，实测混凝土抗压强度26.7 MPa。模袋表面平直美观，整体性好，满足湘航二期围堰下游面板防护要求。

（2）采用模袋混凝土作为下游围堰防护面板，施工时不需要修筑围堰、排水、断航等优点。模袋混凝土可水下水上直接施工，连续充灌，一次成型，整体性好。

（3）湘航二期围堰经历2011和2012年两个汛期，模袋混凝土完好无损，没有出现任何破损、裂缝漏水事故，证明模袋混凝土在湘航围堰中的使用是成功的。

（4）模袋具有一定的透水性，在混凝土受压后，能将袋中多余水从袋孔中排水，达到降低水灰比，提高袋内混凝土强度作用。湘航实测混凝土抗压强度普遍高于设计强度就是很好的证明。

（5）模袋柔软性好，地形适应性强，且可以几块缝制成一幅充灌，混凝土整体性好，施工后坡面也很美观，可以广泛推广使用。

1 SL/T 225-98.水利水电工程土工合成材料应用技术规范[S].

2 郑守仁，王世华，夏仲平，等.导流截流及围堰工程（上下册）[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

3 张志满.模袋混凝土施工工艺[J].水运工程技术期刊，2008，2.

4 刘宗耀，杨灿文，王正宏，等.土工合成材料工程应用手册[M].北京∶中国建筑工业出版社，2000.