李繼成，林萬旭，孫亞聯(lián)，聶 昊，韓 斌

(1.中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安710065;2.陜西省水工程勘察規(guī)劃研究院，陜西 西安710003)

模袋混凝土技術(shù)是利用混凝土泵將混凝土或水泥砂漿灌入模袋中，通過袋內(nèi)吊筋袋、吊筋繩的長度來控制混凝土或水泥砂漿厚度，使混凝土或水泥砂漿在模袋內(nèi)固結(jié)后形成具有一定強(qiáng)度的板狀結(jié)構(gòu)或其它狀結(jié)構(gòu)，以滿足工程的需要，模袋是由高強(qiáng)度的纖維布—土工織物為主的分兩層制成的袋狀物體。早在1966年的時(shí)候，美國首先把模袋混凝土技術(shù)用于水利水電工程中，直到70年代，這種技術(shù)在堤防上得到了廣泛的應(yīng)用，并在澳洲和歐美國家廣泛推廣［1］。我國從1986年由江蘇省從日本引進(jìn)并應(yīng)用在航運(yùn)護(hù)岸上，由于該施工技術(shù)具有整體性好，耐久性好、地形適應(yīng)性強(qiáng)、施工速度快、省工省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)將其廣泛用于道路、水庫護(hù)岸、河涌、海堤等方面，得到了迅速發(fā)展［2］。本文主要闡述了模袋混凝土技術(shù)在黃河班多水電站主河床上游圍堰堰坡防護(hù)中的應(yīng)用，為模袋混凝土技術(shù)的推廣提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為模袋混凝土在水利水電工程的應(yīng)用提供施工技術(shù)支持。

1 工程概況

黃河班多水電站位于青海省海南州興?？h與同德縣交界處黃河干流班多峽谷出口處，水庫正常蓄水位2 760 m，總庫容1 534萬 m3，電站裝機(jī)總?cè)萘?60 MW，多年平均發(fā)電量14.22億 kW·h，樞紐建筑物由右岸副壩、河床廠房、左岸3孔泄洪閘及左岸副壩(導(dǎo)流明渠)等組成，壩頂高程2 764.00 m，最大壩高為78.72 m。該工程于2007年8月開工，2010年11月底首臺機(jī)組發(fā)電，2011年6月竣工。

根據(jù)班多水電站施工導(dǎo)流規(guī)劃，2010年汛期度汛由壩體及電站進(jìn)口閘門臨時(shí)擋水，泄洪閘過流。2010年汛期若遇設(shè)計(jì)洪水，則上游水位將超過主河床上游圍堰堰頂高程，由于本工程電站進(jìn)口距主河床上游圍堰下游堰腳較近，為防止汛期水位超過主河床上游圍堰堰頂溢流至電站進(jìn)水口時(shí)沖刷圍堰下游堰坡，影響堰體穩(wěn)定及電站進(jìn)水口永久運(yùn)行，確保2010年汛期度汛安全，需對主河床上游圍堰下游堰坡進(jìn)行防護(hù)處理，游堰坡防護(hù)需在汛前完成，工期要求較緊，為使盡快按期完成圍堰下游堰坡防護(hù)施工，結(jié)合本工程特點(diǎn)，本工程運(yùn)用了模袋混凝土施工技術(shù)。

2 模袋混凝土技術(shù)在班多水電站主河床上游圍堰堰坡防護(hù)中的應(yīng)用

2.1 模袋混凝土的整體布置

在對廠房進(jìn)水口上游土石圍堰的上、下游坡面進(jìn)行防護(hù)的同時(shí)，需對廠房上游圍堰的上、下游坡面進(jìn)行修坡處理，然后進(jìn)行混凝土施工。堰坡防護(hù)混凝土范圍為堰左0+053.59—堰右0+059.85，貼坡混凝土范圍為壩右 0+034.89—壩右0+138.10。上游圍堰背水面采用貼坡混凝土及堰坡模袋混凝土進(jìn)行防護(hù)，貼坡混凝土厚度為1 m，模袋混凝土厚度為0.4 m，貼坡混凝土及堰坡防護(hù)混凝土根據(jù)現(xiàn)場開挖馬道高程分別為 EL2716.50、EL2696.50、EL2718.20、2 724.65 m。貼坡及堰坡防護(hù)混凝土強(qiáng)度等級為C20。廠房上游土石圍堰防護(hù)及典型剖面示意圖見圖1、圖2。

2.2 主河床上游圍堰下游坡面的修整

在進(jìn)行模袋混凝土施工前，須對廠房上游圍堰坡面邊坡及邊坡上的雜物(如大塊石的棱角、雜物等)進(jìn)行修整處理。廠房上游圍堰下游坡面修整綜合坡比按1:1.75控制，修坡處理時(shí)，須用平板振動(dòng)器對坡面進(jìn)行夯實(shí)處理，壓實(shí)系數(shù)大于0.95，坡面平整度應(yīng)不大于10 cm，堰坡坡比允許偏差±5%。

3 模袋混凝土圍堰護(hù)坡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 模袋材料和形式的選擇

模袋的材料最開始用的是錦綸復(fù)合材料，到目前為止已經(jīng)擴(kuò)大到了丙綸、滌綸、錦丙等多種，按所用的材質(zhì)和加工工藝不同又可分為機(jī)織模袋和簡易模袋。機(jī)織模袋主要由錦綸、滌綸和丙綸長絲織物制成，強(qiáng)度高，孔徑均勻，充填時(shí)基本不漏水泥，可以制成帶反濾點(diǎn)形式，可以用泵充灌砂漿或細(xì)礫混凝土［3］。簡易模袋采用聚丙烯編織物縫制，袋體本身不具備反濾功能，需在坡面上加鋪非織造土工織物濾層，袋內(nèi)只充灌砂漿和采取人工自流灌填方式。為適應(yīng)不同的需要，降低模袋布價(jià)格，目前市場上出現(xiàn)了多種不同花樣的模袋。本次針對廠房上游圍堰下游坡面護(hù)坡所用模袋為機(jī)織模袋，由高強(qiáng)低伸的丙綸、錦綸和絳綸、錦綸和滌綸等合成纖維長絲為原料機(jī)織而成，為雙層織袋，抗拉強(qiáng)度、抗頂破性能均較高且耐磨。模袋布不允許有嚴(yán)重缺陷，如破損、斷紗等，模袋上下兩層邊框縫制應(yīng)采用4層疊制法，縫制寬度不小于5 cm，針腳間距不大于0.8 cm。模袋材料的主要技術(shù)性能見表1。

圖1 廠房上游土石圍堰防護(hù)平面示意圖

圖2 廠房上游土石圍堰防護(hù)典型剖面示意圖

3.2 模袋混凝土厚度的確定

針對本工程特點(diǎn)，廠房上游圍堰下游護(hù)坡面采用模袋混凝土護(hù)坡主要是為了承受水流沖刷，防止雜物進(jìn)入進(jìn)水口，影響機(jī)組的正常運(yùn)行。為滿足該要求，混凝土護(hù)坡選用厚度為40 cm的模袋混凝土。

3.3 頂部和底腳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模袋混凝土護(hù)坡的頂部應(yīng)牢固封頂，以防止水流沖刷坡面，同時(shí)增加護(hù)坡的穩(wěn)定性。目前，在水利水電工程應(yīng)用中，主要采用平封和錨封兩種封頂形式。平封延伸長度可取0.5～1.0 m。錨封入土深度不宜小于0.5 m。根據(jù)本工程廠房上游圍堰的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用了平封混凝土壓頂與模袋混凝土錨封相結(jié)合的措施，圍堰頂部模袋混凝土底部采用φ25錨筋的布設(shè)2排，長度1.5 m，間距1.5 m，并呈梅花形布置，待模袋混凝土澆筑結(jié)束后，在模袋混凝土上部澆筑寬80 cm，高60 cm的齒墻蓋重混凝土。蓋重混凝土具體大樣見圖3。堰體坡腳處模袋加固在貼坡混凝土頂部，并用錨筋加固，錨筋采用直徑 Φ25 mm，長度1.5 m，間距1.5 m的插筋一排，錨桿頂部打入模袋底貼坡混凝土面以下5 cm。同時(shí)由于廠房上游圍堰模袋混凝土底腳嵌入圍堰下游護(hù)坡面底部護(hù)腳混凝土內(nèi)，并用齒墻混凝土連接，齒墻混凝土大樣圖見圖4，因此整個(gè)護(hù)坡結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定安全。

表1 模袋材料的主要技術(shù)性能參數(shù)表

圖3 蓋重混凝土具體大樣圖

圖4 齒墻混凝土大樣圖

4 模袋混凝土的施工

4.1 施工準(zhǔn)備

模袋混凝土在正式澆筑之前，須進(jìn)行坡腳貼坡混凝土施工及堰體坡面的修整，保證模袋在坡腳底部與坡面的平坦鋪設(shè)。然后鋪設(shè)模袋，按下游往上游的順序施工，各片主要采用搭接方式連接。(模袋搭接處根據(jù)坡比、搭接情況適當(dāng)增加錨桿)，錨桿頂部要求打入坡面以下5 cm，以保證不頂破模袋，錨桿頂部在加工時(shí)焊鐵環(huán)，用于加固模袋。

4.2 模袋混凝土的配合比設(shè)計(jì)

機(jī)織模袋混凝土護(hù)坡采用泵送方法施工，要求所用混凝土或水泥砂漿具有可泵性以外，同時(shí)還要具有適宜的流動(dòng)性，使之在模袋內(nèi)能順利流淌擴(kuò)散，并充滿整個(gè)模袋，不發(fā)生分離。因此，對其混凝土的配合比和外加劑的應(yīng)用比一般泵送混凝土要求更高。主河床上游圍堰下游坡面的模袋混凝土配合比根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況采用了二級配C20混凝土，水灰比0.52，摻加0.7%的LZ-1減水劑，具體模袋混凝土配合比見表2。

表2 模袋混凝土配合比 kg

4.3 模袋混凝土的鋪設(shè)

模袋混凝土施工前根據(jù)現(xiàn)場堰體坡面修整實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)行模袋的定做。結(jié)構(gòu)尺寸為25×6 m與25×3 m、厚度40 cm。模袋的鋪設(shè)方向按照:順?biāo)饔裳唧w下游至上游，高程方向由堰體坡腳至堰體頂部。模袋的搭接主要為上下游方向，形成為:在上下游兩塊模袋相連接部位底部挖“梯型”槽，槽底寬30 cm、深40 cm，后將下游模袋放入槽體內(nèi)部，上游模袋鋪設(shè)與下游模袋頂部，鋪設(shè)厚度方向梯形斜坡面根據(jù)現(xiàn)場施工情況進(jìn)行處理。相鄰模袋應(yīng)用雙股線縫接緊密。接縫處底部應(yīng)鋪設(shè)土工織物濾層，土工織物與模袋布搭接寬度不應(yīng)小于50 cm，并應(yīng)順直平整?？p制好的模袋由人工平鋪在坡面平臺階上，然后用φ50鋼管穿人模袋布上預(yù)先縫好的穿管套內(nèi)，再用葫蘆拉住鋼管，掛在預(yù)先打好的錨筋上，一般按幅寬兩側(cè)設(shè)置葫蘆，在上部預(yù)留6%的緊縮率，袋布下端拉入坡腳齒墻底固定，輔以人工立模支撐等。

4.4 模袋混凝土的加固與灌注

模袋鋪設(shè)時(shí)，在平整好的坡面上采用Φ6 mm的尼龍繩(或其它物品)將模袋與預(yù)先插入坡面的錨桿綁扎牢固，以保證模袋的整體穩(wěn)定性。錨桿采用Φ25 mm的鋼筋，長1.5 m，間排距按3 m×3 m均為間隔布置(模袋搭接處根據(jù)坡比、搭接情況適當(dāng)增加錨桿)，錨桿頂部要求打入坡面以下5 cm，錨桿頂部在加工時(shí)焊有鐵環(huán)，用于綁扎土工模。上下游方向相鄰兩塊模袋施工成槽后首先鋪設(shè)下游模袋至槽內(nèi)，并按上述方法進(jìn)行加固。

在模袋混凝土澆筑前，要根據(jù)現(xiàn)場原材料等各種實(shí)際情況，進(jìn)行最終配合比的確定，后根據(jù)配合比進(jìn)行模袋混凝土的拌制，圍堰模袋混凝土采取二級配C20混凝土，塌落度控制在24±2 cm之間。充灌前模袋應(yīng)灑水潤濕，充灌時(shí)，混凝土噴射管插入模袋灌口深度不小于30 cm，并應(yīng)扎緊;充灌應(yīng)從已充灌的相鄰模袋混凝土塊處開始，由下而上，依次進(jìn)行，充灌過程中應(yīng)及時(shí)調(diào)整模袋上緣拉緊裝置。模袋混凝土泵送距離不宜超過50 m，模袋混凝土的分塊根據(jù)模袋的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行確定，充灌速度宜控制在10 m3/h以內(nèi)，混凝土泵的出口壓力以0.2～0.3 MPa為宜。充灌混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，當(dāng)模袋內(nèi)混凝土充灌將近飽滿時(shí)，暫停5～10 min，待水分析出后，再灌至飽滿。模袋混凝土充灌找平時(shí)，在初凝前可采用人工踩平。下料時(shí)由于混凝土在模袋內(nèi)流動(dòng)不暢或模袋局部過漿率較低，會(huì)造成局部鼓包，此時(shí)施工人員需用木棒進(jìn)行敲打，使混凝土迅速均勻的散開?；炷脸涔嘟Y(jié)束待初凝后，及時(shí)將模袋表面灰渣沖洗清理干凈，并立即對表面覆蓋遮陽材料、灑水養(yǎng)護(hù)，表面養(yǎng)護(hù)為28 d。

圖5 模袋混凝土施工現(xiàn)場鋪設(shè)圖

5 結(jié)語

結(jié)合班多水電站工程2010年的度汛特點(diǎn)，為防止汛期水位超過主河床上游圍堰堰頂溢流至電站進(jìn)水口時(shí)沖刷圍堰下游堰坡，影響堰體穩(wěn)定及電站進(jìn)水口永久運(yùn)行，同時(shí)考慮到工期要求，本工程采用了模袋混凝土技術(shù)用于防護(hù)主河床上游圍堰下游堰坡，防護(hù)后的堰面成功經(jīng)歷了過水的考驗(yàn)。通過本工程施工實(shí)踐證明，模袋混凝土作為一項(xiàng)新型混凝土施工技術(shù)，具有施工簡單，造價(jià)低、整體性好，抗沖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、可靠的的護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式［4］，可在水利水電工程中推廣應(yīng)用。

［1］劉志兵.模袋混凝土護(hù)坡技術(shù)在大堤中的運(yùn)用［J］.建筑與工程.2009，35:709-724.

［2］馬明燈.模袋混凝土在護(hù)坡護(hù)岸工程中的應(yīng)用［J］.甘肅水利水電技術(shù).2008，3(2):43-44.

［3］楊貴英.模袋混凝土在光照水電站廠房圍堰護(hù)坡中的應(yīng)用［J］.水利水電施工.2009，116(5):25-26.

［4］任夠平.簡易編織布模袋混凝土護(hù)岸技術(shù)在汾河上游干流河槽整治中的應(yīng)用［J］.山西水利科技.2005，155(1):57-59.