模袋混凝土在河套灌区渠道衬砌中的施工方案和质量控制研究

王俊 吉仁古日巴 张亮

摘要：本文通过调研模袋混凝土在河套灌区渠道衬砌的实验示范点，总结出来一套河套灌区模袋混凝土渠道衬砌的施工技术方案，同时也拟定了初步的质量控制点以及施工技术的相关要求，为模袋混凝土衬砌渠道在河套灌区的使用及推廣奠定了一定的基础。

关键词：模袋混凝土;施工方案;质量控制

中图分类号：TU528                      文献标识码：A

模袋混凝土相较于普通的混凝土板进行渠道衬砌，具有防渗效果好、施工快速简便等特点。而且在不影响模袋混凝土的正常工作性能下，河套灌区模袋混凝土尽可能多地使用粉煤灰这种工业废料，可以起到变废为宝、保护环境的作用。

河套灌区的整个沈乌灌域试点项目工程作为第一批实验项目中的渠系工程部分就是沈乌灌域一干渠上段、建设一分干、建设二分干控制范围内的渠系工程。以上的渠道衬砌改造工程中，渠道条数总计693条，总长度为1 390.65 km。使用模袋混凝土进行渠道衬砌的方法在河套灌区大量使用，不仅可以体现其自身的优越性，还可以在后期的使用过程中还可以体现其最终的应用效果[1]。

依据项目的总体工程方案以及项目的进度安排，需要采用C20、F200、W6的模袋混凝土在总干渠、一干渠、沙河渠、丰济渠以及南边分干渠等5处进行渠道衬砌，模袋混凝土的厚度由工程中所遇到的不同边界条件的受力因素确定，取为10 cm、12 cm、15 cm三种厚度。截至2014年5月，这些工程已经基本全部竣工并投入使用。从已建工程的运行管理维修养护情况，以及工程造价施工安全稳定等方面进行分析，模袋混凝土具有一次成型、施工速度快、质量容易控制、可在水上或水下直接浇筑、成型后不易破损、大幅减轻管理维护负担等优点，已经初步达到生态效益、经济效益和社会效益三种效益的同步化和统一化[2]。

根据相关资料显示，研究人员对河套灌区的模袋混凝土衬砌技术做了相关研究，具体内容是以河套灌区乌兰布和灌域建设二分干作为试验段进行研究，同时了解模袋混凝土在渠道衬砌中的最终应用和实际的效果，对乌兰布和灌域建设二分干试验段进行了现场的勘探，在勘探的过程中发现在面对河套灌区这样严酷的自然气候和环境下，模袋混凝土渠道衬砌的试验段并没有发现模袋表面有任何大的问题出现（例如：表面发生剥落、整体变形、因不能承受多次的冻融循环而发生的部分断裂等问题）。因此，模袋混凝土渠道衬砌的试验段在河套灌区的适应性良好，可以在北方严寒地区进行推广使用。

1 渠道衬砌工程中模袋混凝土技术的概述

基于对模袋混凝土在渠道衬砌中施工方案的对比、分析，归纳总结得出模袋混凝土在渠道衬砌工程中优良的施工工艺流程、施工方法及技术措施。

1.1 模袋混凝土的施工工艺流程

模袋混凝土施工工艺流程图如图1所示。

1.2 施工方法及技术措施

（1）测量放样。为了保证模袋混凝土的平整度，必须在模袋混凝土施工之前进行土方的开挖和回填，按照模袋混凝土的渠道衬砌设计图纸，对边坡、坡脚、堤顶等进行测量并以此为依据，布置控制桩和控制的导线，做好保护和固定，控制桩和控制的导线须严格按照设计高程进行布设，在挖掘过程中多次运用水准仪、坡度尺、钢尺对坡的比值进行检测，以满足设计要求[3]。

（2）基础开挖及坡面整理。当现水位线以上坡面按设计要求的坡比进行放样，预留10 cm保护层由人工挖除修理，坡面平整度控制在100 mm内。按照设计图纸要求，在规定标高位置开挖沟槽。坡面整坡到位，并报验监理验收。

（3）模袋缝制加工。材料检验之后，根据设计图纸尺寸进行模袋的加工制作，尤其是扇形形状的尺寸，更要精确计算其母线长及弧长，并预留余量。模袋出厂应具有出厂合格证和实验报告。

（4）布设定位桩及拉紧装置。按照测量结成果对悬挂模袋布的定位桩进行等距离布设，在模袋的平行处、护坡挡墙内边线侧布设，张紧器是需要安装在各个定位桩上，以便后续充填的混凝土充填方便。

（5）铺设模袋前的准备工作。铺设模袋之前需要依据现场的交通情况采取适宜的方法进行混凝土的泵送施工。混凝土搅拌站需要建在施工现场的不远处建立，混凝土的运输要靠罐车来实现。前提是需要准备充足的施工材料，以保证材料的连续供应。

（6）铺设模袋。模袋在没有被铺设模袋之前，检查坡面的基础是十分有必要的，待检查验收没有问题以后，才可以进行模袋的铺设。首先按照定位桩的布设铺展将模袋布铺展，模袋的铺设方向是按照水流的方向进行铺设，模袋灌入口面朝上方。模袋布的外表检查是首要任务，注意检查模袋布的外表是否存在脱线、破损都是要注意的内容等情况，并检查模袋布的大小和要求是否一致，查验合格后将相邻的模袋布进行缝合起来，使其成为一体，并在每块模袋布的横纵向提前预留4%的收缩余量，同时将模袋的松紧调整适度，促使采用混凝土充灌模袋的过程中模袋能充分地贴伏在坡面上。铺设模袋布需要从坡顶端缓慢滚放到坡脚，稳固住定4个坡脚，把模袋铺平，调整理顺，使模袋布两边对称、顺直，严禁出现褶皱或偏斜，保证模袋混凝土的外观及整体性良好[4]。

（7）混凝土的搅拌生产。在施工现场附近选择合适的地方作为建立混凝土的搅拌合站，混凝土拌制全过程都使用机械，拌和系统均需要具备发电机、电子配料机、混凝土搅拌机等等。混凝土拌合的比例要完全符合设计准则，拌合合格后才可以进行运输至施工现场。混凝土拌制的全过程都使用机械拌制，拌合系统均需要具备发电机、电子配料机、混凝土搅拌机等等。和易性、流动性是拌合好的混凝土应有的指标，而且坍落度一定要足够高，只有这样才能使混凝土的泵送施工顺利进行，充分灌注。

（8）混凝土灌注。混凝土的拌和是按照合理的比例，并且符合设计标准、现场试验的结果，然后运输到施工目的地。混凝土充灌运用混凝土输送泵和输送管进行施工，将充灌管头安插到入模袋灌口，一切工作准备就绪后就可以开始混凝土的灌注，混凝土灌注要保证混凝土能自流灌注，灌注过程中要避免堵塞的现象出现，要保证连续灌注。在整个灌注的过程中，均需要采用对讲机以保证混凝土输送控制人员与灌口灌注人员需要采用对讲机之间进行无障碍沟通，以保证停灌时机。当灌注过程中如遇到堵塞、偏移、流动不畅等情况时，混凝土输送控制人员与灌口灌注人员应进行及时的沟通并做出相应的调整和处理。

（9）灌口封口。一个单元的混凝土灌注完成以后，需要将安插在模袋灌口的灌注管头缓慢拔出，并迅速将灌口扎紧，以免混凝土流出，封好模袋灌口以后，当混凝土有微微的凝固时，人为地将灌口模袋布放入模袋里，确保模袋混凝土的整体性和美观性。

（10）模袋混凝土的清理和養护。一个单元的模袋混凝土灌注结束以后，20 min～30 min以内用水冲洗进行模袋混凝土表面的冲洗，将模袋混凝土表面的水泥砂浆和一些杂物冲洗干净，并在未来的28 d内对模袋混凝土进行适时洒水养护。养护期间，需要安排专门的工作人员依据设计要求对成型的模袋混凝土进行处理以及看护，以免发生模袋混凝土被破坏的现象，直到28d龄期结束。

1.3 模袋混凝土在河套灌区渠道衬砌中的应用

模袋混凝土是针对可用于解决河套灌区季节性冻土出现的渠道衬砌工程的不均匀沉降、冰压力、冻融循环以及冻胀破坏等问题而提出的一种技术。通过模袋混凝土在使用过程中的具体情况分析，以2013年东风一干渠节水改造工程（位于河套灌区东分一干渠上）为例，分析模袋混凝土在使用过程中的具体情况，具体资料如下：

（1）通过观测河套灌区两年的冻融周期循环，模袋混凝土在渠道衬砌中没有冻裂和变形的现象出现。河套灌区干渠厚度为10 cm的模袋混凝土渠道衬砌的阴坡最大冻胀量为11.9 cm，阳坡最大冻胀量为9 cm，模袋混凝土铺设渠道的边坡冻胀量也是不小的，当冻土通融完毕后，渠道边坡无明显的残余变形现象出现，较好地进行了位置的恢复，和刚铺设成型的模袋混凝土没有太大的区别。

所以模袋混凝土进行渠道衬砌的优点是：应用模袋混凝土进行渠道衬砌可以降低冻融循环及冻胀问题导致的不均匀性，故而可以加强渠道坡面的稳定性;模袋混凝土在适应变形及适应地形方面有很强的能力，且整体性好。

（2）预制混凝土板、土方成型、土工膜的铺设、砂浆垫层的铺设、混凝土预制板的铺设、勾缝、伸缩缝处理是普通混凝土预制板进行渠道衬砌中的工序，工序比较多，共有七道工序。而土方成型、铺设模袋、混凝土充吹填模袋、模袋清洗是模袋混凝土进行渠道衬砌的主要工序，工序少，共有四道工序。模袋混凝土是一种现浇混凝土技术，应用现浇的方式可以大量缩短渠道衬砌的施工时间。

所以，模袋混凝土进行渠道衬砌的优点是：与普通预制板铺设相比而言，在模袋混凝土渠道衬砌中，模袋混凝土铺设显著地减少了施工的工序，施工简便，明显地缩短了施工的时间，施工简便能为后续的工作争取了大量的时间[5]。

（3）通过对河套灌区模袋混凝土的观测可以知道，模袋混凝土适应冻胀变形的能力是很强的，而且抗冻胀的能力也是相对而言比较强的。渠道边坡发生最大冻胀量的部位位于边坡下部，不同厚度的模袋混凝土进行渠道衬砌的阳坡最大冻胀量分别为8.3～3.3 cm，阴坡的最大冻胀量分别为11.9～11.6 cm，并且发现有模袋混凝土厚度越来越厚、冻胀量越来越小的这种趋势，而15 cm厚的模袋混凝土抗冻胀的能力是比较相对而言较强的。

所以，模袋混凝土进行渠道衬砌的优点是：没有因为冻融循环及冻胀破坏问题而引起模袋混凝土产生裂缝和变形，故而模袋混凝土的适应性比较强，且稳定性好。

2 模袋混凝土的质量控制

2.1 原材料质量控制

模袋混凝土主要原材料包括模袋布、水泥、砂子、石子、掺合料、外加剂。其中砂子、石子需重点关注含泥量，外加剂则需重点关注品种以及用量。施工前，需要应用抽样检验的方法研究水泥、砂子、石子的质量，依据相关规定按批次送检（不同的原材料送检次数不同），经检验合格的原材料允许进场，其余的不允许进场，这样可以使施工质量达到标准要求。模袋布需要在工厂进行尺寸和质量的检验，检验合格的模袋布需有合格证和检验报告，最后需要在对各个批次的模袋布进行性能、技术指标的再次检验。现场监理也需要对每一批次的原材料进行查验，直到所有原材料合格后方能开始施工。

由《水工混凝土配合比设计规程》（DL/T 53030-2005）得出以下原材料的技术指标：（1）砂子：细度模数为2.5，Ⅱ区中砂，含水率0.3%，含泥量0.4%;（2）石子：破碎料，含水率0.5%，含泥量0.4%，泥块含量0.5% ;（3）粉煤灰掺合料：等级为Ⅱ级，含水率0.9%;（4）水泥应符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）规范的规定。

2.2 生产性施工检验

在渠道衬砌的各个环节里，混凝土要提前进行生产性施工检验。生产性施工检验所要验证的是混凝土的含气量、保坍性及和易性等指标，而和易性包括保水性、流动性、黏粘聚性等指标，检验以上这些指标之前，需要对实验室提供的混凝土配合比在施工现场进行多次有效地拌合以满足施工要求。由于有了生产性施工检验这一项，模袋混凝土的充灌压力、灌注速度等参数被确定，从而明确所需辅助机械的数量和种类、需要的人员数量和施工组织模式，提供可操作性的施工方案。生产性施工检验的全过程都需要有现场监理工程师的全程监督。

根据河套灌区试验段的配合比（见表1）拌和混凝土，再进行生产性施工检验，可以得到以下混凝土的配合比及检验结果。

通过以上试验数据可以得出：生产性施工检验所检验的各项指标都在控制范围之内，表示混凝土符合相关规范及文件的要求，而且在试验的环节里，混凝土的流动性、保水性、黏粘聚性的状况都十分稳定。就前期混凝土所表现的性能来看，模袋混凝土衬砌技术是适宜在河套灌区大面积推广使用的[6]。

2.3 模袋混凝土生产及浇筑过程质量控制

（1）模袋混凝土组成材料的配料量均以质量计，组成材料称量的允许偏差;水泥、掺和料、水、外加剂溶液允许偏差±1%，砂、石允许偏差±2%。

（2）计量系统在混凝土生产中，各种原材料的配料称量、混凝土拌和合物的均匀性和、拌和合时间设专业质检员进行检查并记录，每8 h检查次数应不少于2次。

（3）原材料进场应逐车检测，检验合格方可卸车。每天早、中、晚应对砂石骨料的含水率进行检测，及时调整配合比用水量。

（4）模袋混凝土的水胶比不大于0.45。

（5）模袋混凝土的砂率不大于50%。

（6）模袋混凝土的含气量，搅拌合站出机口含气量要求为（6±1）%，运输到浇筑现场，通过泵车加压后，泵管出口处混凝土含气量要求不小于5%。

（7）模袋混凝土应具有一定的流动性及保坍性。混凝土在搅拌合站出机时坍落度控制为240～260 mm，扩展度控制为580～600 mm。混凝土从出机到现场浇筑，坍落度损失应不大于20 mm，扩展度损失应不大于50 mm。混凝土从出机到浇筑完成严禁二次加水，如现场停留时间较长，可向混凝土中加入适量外加剂。

3 结论

基于模袋混凝土在渠道衬砌中的施工工艺流程和施工方案以及模袋混凝土在河套灌区渠道衬砌中的多种优点，模袋混凝土在渠道衬砌方面是宜于推广使用的。严格按照模袋混凝土在渠道衬砌中的施工方案进行施工，充分展露模袋混凝土衬砌技术的优势，进而满足工程设计要求和生产的需要，提升模袋混凝土在渠道衬砌中的社会效益和经济技术效益。

（责任编辑：武多多）

参考文献：

[1]孔德芒.浅谈模袋混凝土施工技术与质量控制[J].价值工程，2013（12）：61-62.

[2]刘志军.模袋混凝土衬砌的质量控制与前瞻性技术研究[J].科技与企业，2013（2）：187-188.

[3]余敏忠，赵春雷，吕东，张平等.模袋混凝土技术在河套地区水利工程中的应用[J].建筑工程技术与设计，2014（33）：659.

[4]杨俊.模袋混凝土施工方法及质量控制[J].科技风，2011（22）：131-132.

[5]龙官保，江山.模袋混凝土衬砌的质量控制与技术研究[J].中国海洋大学学报，2008（06）：65-66.

[6]张志满.模袋混凝土施工工艺[J].水运工程，2008（02）：109-113.