模袋混凝土技术在南水北调东线工程中的应用

2014-01-29徐水平王海周

中国水利 2014年2期

徐水平，王海周

（河南水利与环境职业学院，450011，郑州）

模袋混凝土技术是我国20世纪80年代初从国外引进的一项现浇混凝土新技术，在沿海堤防、河坡护岸工程中应用较广。模袋混凝土护坡就是以机织土工模袋作柔性模板，利用混凝土输送泵将细石混凝土压入模袋，形成具有一定厚度、一定平面尺寸的混凝土单元，若干单元通过模袋布联结成整体，从而达到护坡的功能。模袋混凝土护坡与传统的砌体及浇筑体工程比较，具有地形适应性强、整体性好、施工速度快、节省费用等优点，特别是具有水下施工方便的优越性。本文以南水北调东线工程山东境内某运河段模袋混凝土护坡工程为例说明其应用。

一、工程概况

南水北调东线工程山东省境内某运河段模袋混凝土护坡工程全长4km，设计河底宽度150 m，河底采用平底，河底高程均为28.7 m，河道设计坡比为1∶4。该运河流域四季分明，夏热多雨，秋旱少雨，多年平均气温为14℃，多年平均年降水量为667.3 mm，降水量年内分配不均匀，主要集中在汛期6—9月份，多年平均汛期降水量为478.0 mm，占年均降水量的71.6%。

该工程主要工程量为全段河道断面的扩挖，土方工程量大，工期紧、任务重；全段边坡的护砌采用C25（抗渗W6、抗冻 F150、厚度 0.2 m）模袋混凝土护坡（在不断航情况下施工），由于坡比大，给模袋混凝土护坡充灌增加了一定难度，需合理控制充灌压力。

二、选用材料及配合比

该护坡工程模袋采用国内某公司生产的模袋；细骨料采用当地产砂；粗骨料采用当地产碎石，规格为5～20 mm，级配为5～10 mm的占30%，10～20 mm的占70%；选用P.O42.5水泥；外加剂选用某高新材料有限责任公司生产的外加剂；掺和料采用当地某电厂Ⅱ级粉煤灰。

护坡工程混凝土理论配合比为水泥及粉煤灰︰细骨料︰粗骨料︰外加剂︰水=1︰2.19︰2.78︰0.022︰0.43，每立方米混凝土中水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、外加剂、水的用量分别为 298 kg、74 kg、813 kg、1 034 kg、8.18 kg、161 kg，坍落度为 205 mm。

三、施工工艺流程

模袋混凝土施工工艺流程为：施工准备→实测现场平面布置图→绘出模袋缝制图、生产与缝制模袋→人员、设备进场→施工用电接入现场→安装输送泵管道→模袋进场分布→定位→陆上锚固系统安装→输送系统联动调试→模袋铺设固定→输送管接入模袋灌口供料充填→模袋混凝土养护。

四、施工方案

1.测量放线

一般的模袋混凝土施工前都要进行理坡工作，以保证模袋混凝土成品的平整度。因此，必须按照设计图纸的要求，对需要施放袋装砂理坡的坡肩、坡脚线和边线进行放样，并将高程点在相应位置的钢钎或者竹竿上进行标志 (鉴于后期的整体沉降以及竣工验收，可以考虑预留一定的沉降量)，为理坡做好充分的准备工作。

2.精整坡

施工工作面应符合图纸要求，上平台、下平台及坡面应平整，若整坡不平，将严重影响模袋护坡外观，甚至混凝土在模袋布内不能很好流淌，导致灌不饱或顶破模袋布而引起质量事故，以及造成模袋缩率过大等。如有淤泥应予清除，以免影响模袋铺设及充灌成形后的下沉。模袋混凝土护坡的坡比要符合设计要求，整坡后，坡基坡比容许偏差±5%，渠底高程应符合设计要求。整坡工序结束后，应由建设单位会同施工单位、监理单位进行验收，合格后才可进行下一道工序的施工。

3.实测坡面图

实测坡面图如有与设计不符需及时沟通，为缝制模袋和水下施工提供依据。

4.缝制模袋

根据设计图纸及现场测量的数据，绘制模袋加工单元形状、尺寸和灌入口位置等缝制图，安排落实生产模袋。模袋缝制加工应考虑纵横向的充灌缩率，先按纵向3%、横向7%，然后按实际调整，确保留有余地，确保模袋充灌成形尺寸符合规定要求；考虑到加工成形模袋布的实际重量和铺设方便性，每幅模袋宽10 m（两仓），由于无纺布与模袋布的材质不同，1.6 m无纺布搭接不与模袋布预先缝接，模袋上沿留Ф100 mm的管套（穿管布）。

5.施工准备

做好技术交底工作，劳动力的组织分工要明确；混凝土输送泵车就位，输送管一套（单侧岸线），输送管安装尽量顺直，调节弯曲半径不小于1.0 m，每节钢管固定点不少于2处；模袋布运至现场，上用彩条布覆盖，防止暴晒，以免织物强度降低而影响工程质量；应计算好混凝土搅拌所需时间，配足人员及装载车辆，保证商品混凝土的连续供应；施工用船（长度30 m以上，最好采用平底船）两艘，用于铺布及辅助潜水等；人员、设备调遣进场安置；机械、设备就位，在河岸东侧布置一套全自动HZS90拌和站，ZB—15装载机进行堆料、上料，每小时生产能力90 m3，以供模袋混凝土充灌使用，整体配备10辆以上混凝土运输罐车。若拌和站生产混凝土量不能满足施工需要时，采用商品混凝土进行补充。

6.模袋铺设

（1）模袋布的铺设

铺设模袋布的设计断面达到设计标准，经隐蔽工程验收后(标高28.5 m为下平台，必须整平，无坑洼，无凸出坡面石块)，方可铺设模袋布；将已按设计要求缝好的模袋布平铺在设计断面上，上平台（标高34.8 m）留4.5～4.7 m，水下用钢管带模袋插入水中，待混凝土充灌完毕钢管拔出。

（2）模袋布之间搭接

模袋布块与块之间搭接时，须把前一块布的搭接反滤布平铺好后再铺设下一块模袋布，采用8号铁丝做成U形环将模袋下边沿与反滤布连接，插入土中，上边沿（模袋布表面）采用手工缝制对接，连缝平均不大于2 cm，并保证块与块之间的密实度达到设计厚度的50%以上。依次将缝制对接好的模袋布拉入水中定位。

（3）模袋定位

在坡顶打入木桩或钢钎，作为锚桩用，两锚之间为每块模袋混凝土的浇筑范围，模袋上端穿插钢管，每边外露约25cm，钢管端部焊系环，用5／8钢丝扣串5T葫芦系在陆上锚桩上，钢丝扣长度事先按现浇混凝土护坡的斜长计算好，5T葫芦用来调节模袋上沿的位置，宜与现浇边坡下沿重叠0.5m。模袋下端穿插钢管，外露25cm，由潜水员向下将模袋理平，直至下沿钢管，用绳扎牢。

（4）模袋铺放注意事项

①模袋铺设前应设定位桩及拉紧装置，定位桩宜打设在坡顶距离模袋 1.5～2.0 m 处，其间距宜为 1～2 m，且每块模袋不少于4根，同时，每根定位桩上均应该设置紧张器或者滑轮。

②模袋在铺设时纵横向都应该留有一定的收缩量，纵向收缩较大，一般根据典型施工进行控制。

③模袋在铺展、压稳后，应拉紧上缘固定绳索，防止模袋下滑。

④为了防止水流、涌浪对模袋扰动及其他因素对模袋产生的破坏，必须在模袋铺设后及时进行混凝土充灌。

⑤为了保证模袋充灌的流畅，对混凝土的要求较高，坍落度必须较大，一般在200 mm左右，根据不同的标号还需要现场进行试验施工确定。

⑥一次浇注混凝土的高度还需要通过计算和典型施工进行确定，其与混凝土的初凝时间、模袋拉筋强度、模袋技术指标等有关。

⑦检验铺设质量，符合要求后方可充灌混凝土。

7.混凝土泵送充灌

模袋混凝土的充灌是整个施工过程中的关键工序，要做到混凝土搅拌、运送、泵送、充灌成形一条龙作业，把握好充灌速度。所需混凝土必须严格按配合比搅拌，保证坍落度、强度等指标。充灌混凝土的顺序采取自下而上逐排口逐仓充灌 (每4 m为1个灌口)，每排的充灌顺序为：由模袋搭接的一侧开始向另一侧逐口充灌，采用这样的充灌顺序实际上是几条模袋轮流交替充灌。与同一次连续充满一条模袋后再充灌下一条模袋的顺序相比，这样的顺序有以下优点：

①几条模袋内充灌的混凝土量相差最小，模袋因充涨而发生的长度收缩相差不多，这样便于掌握模袋坡肩位置。

②降低了模袋内混凝土面升高的速度，减小了模袋承受的压力。

③先充灌模袋拼缝一侧的灌口，可避免模袋横向收缩造成该侧向位移，从而保证了拼缝严密。在一排灌口充灌完毕后，应将坡肩端的锚固绳具适当放松，以防模袋由于充涨收缩而过分绷紧，造成充灌困难，甚至将模袋拉坏。一个灌口充灌完成后，随即将灌布套内混凝土清除，将布套塞进灌口并缝合，然后将模袋表面冲洗干净，这种处置灌口的方法可使模袋表面平整美观，对于水下的灌口，将布套绑扎封闭即可。总的来看，充灌混凝土技术关键是使混凝土具有良好的流动性及和易性，并保证充灌作业连续进行。

8.水下模袋混凝土充灌

潜水员入水后摸准模袋灌注口，指挥水上吊放泵车软输送管口，吊放至模袋灌注口后由潜水员将软管口插入袋口，扎牢后，即开机输送灌注混凝土。灌注时潜水员在水中站立于袋口位置时常检查袋口是否出现石子堆积、是否产生混凝土输送不流畅致使压力增大、导致加固筋和模袋布胀脱、产生灌注厚度加大的现象，影响表面美观。同时还需检查灌注范围是否灌实。

充灌程序采用自下至上的充灌方法，模袋在充灌进混凝土后，模袋布会出现膨胀拉紧，此时需调整上口边固定槽钢的拉紧葫芦，做好张力放松工作，以防模袋灌注不饱满。整块袋布灌注结束后，取出固定钢管，清洗泵车及管道。

水下模袋混凝土充灌应注意以下事项：

①泵送过程中，受料斗内应有足够的混凝土，以防止吸入空气产生阻塞，并且要有专人看管受料斗，防止大的骨料或杂物进入泵车内，造成管道堵塞。

②混凝土输送高压软管插入模袋的灌注口内100～150 mm且卧放，管口有专人负责插口、扎口，把袋口扎牢；严格注意混凝土的流淌性。泵送时应注意喷灌范围及模袋受压是否均匀，以防压力过大引起鼓包现象，如发生鼓包现象，立刻停泵，处理好后再喷灌。

③水下潜水员用水下对讲机与管口操作工联系，管口操作工与泵机操作工用对讲机及时联络，以免混凝土过充。

④混凝土充灌过程中，施工人员应注意保持模袋布的平整，拔管时带出的混凝土应立刻用自来水冲掉，保证模袋布的表面洁净。

⑤由于本工程模袋布长度比较长，底坡为新开挖土质，为防止滑坡，采用先充灌（标高35 m左右）和上沟底用于固定模袋布，再由潜水员充灌水下下平台（标高28.7 m）及自下而上充灌坡面，上平台与斜坡间采用临时隔断（人工缝隔断线），待整仓模袋布接近饱满时解除临时隔断线。

⑥模袋布按设计图纸制作，本工程模袋布平均厚度为20±2 cm，按国标GBT 17640—2008执行。

五、充灌过程中应注意的事项和需解决的问题

1.充灌混凝土注意事项

混凝土具有良好的流动性才能保证其在模袋内流动，不同坍落度的混凝土在模袋中的流动表现为不同形态。坍落度在230 mm以上的混凝土进入模袋后由灌口直接向下流动，然后自下而上将模袋充满。这种情况下，混凝土在模袋内主要靠自重流动，充灌作业简便，质量也有充分保证。而坍落度为200～220 mm的混凝土在模袋中由灌口向四周呈辐射状流动。这种情况下模袋内混凝土主要是在泵压力推动下强制移动，压力由灌口向四周扩散，并且随着离灌口距离的增加而迅速减小，随着模袋中充灌混凝土范围的扩大，充灌难度也增大，需要不断进行踩踏疏导。应特别注意，上述所要求的混凝土流动性，应该在充分保证混凝土和易性的基础上取得，和易性较差的混凝土也常常会出现充灌时的阻塞，影响施工质量。由于模袋布是透水的，充灌入模袋内的混凝土会由于部分水分渗出而很快失去流动性，因此在施工过程中要保证混凝土充灌的连续性。

模袋混凝土充灌过程中应注意和解决的问题：

①为防止堵塞，应随时检查混凝土级配和坍落度；防止过粗骨料进入和堵塞管道；防止泵入空气，造成堵管或气爆。

②泵送与充灌作业人员之间应随时联系，紧密配合，充灌到位后及时停机，以防充灌过程产生鼓包或鼓破。出现鼓胀时应及时停机，查找原因并处理。

③随时检查模袋固定是否牢固，以防充灌过程中模袋下滑。灌完一片后，移动设备，按操作步骤进行下一片的充灌施工。应特别注意两片间的联接、靠紧。