机织模袋混凝土护坡技术在红旗水库中的应用.pdf

2 0 1 6 年第 4 期 水利规划与设计 设 计施 工 DOI ：1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 2 — 2 4 6 9 ． 2 0 1 6 ． 0 4 ． 0 3 1 机织模袋混凝土护坡技术在红旗水库中的应用 杨 林 ( 葫芦岛市青山水库工程建设管理局 ；辽宁 葫芦 岛 1 2 5 0 0 0 ) 摘 要 ：葫芦 岛市地处辽宁省西部 ，属于沿海寒 区，多数水利工程在 自然条件下不能施 工，而且堤坝护坡 工程 易受 冻胀、冰压力和风浪的影响 ，如果结构 、材料及设计参数选择不 当，极 易受到破坏 ，缩短工程使用寿命 ，造 成经 济上极大损失。本文研究 了北方寒 区机织模袋混凝土护坡技 术设计 与试 验 ，旨在为 同类工程 建设提供理 论依据 、 建设参考与借鉴。 关 键 词 ：寒 区 ；机 织 模 袋 混 凝 土 ；试 验 中图分类号 ：T V 6 4 9 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 2 — 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 4 — 0 0 8 0 — 0 3 1 基本概况 红旗水库位于辽宁省盘山县境 内，绕 阳河沟海 铁路桥上游 1 k m处 ，是 以灌溉 为主的河道型平原 水库 。红旗水库 由泄洪 闸( 深孔 闸、新建 闸、浅孔 闸) 、挡水土坝 、左、右岸库堤、4座入库泵站、5 座出库泵站组成。拦河 闸闸孔总数 4 9孔 ，挡水 土 坝全 长 1 6 3 0 m。 红 旗 水 库 左 岸 库 堤 回 水 长 度 7 ． 8 1 k m，堤顶宽度 6 ． 0 m，堤顶高程 9 ． 5 2～ 9 ． 8 6 m。 右岸 库 堤 回水 长 度 6 ． 3 3 k m，堤 顶度 宽 6 ． 0 m，堤顶 高程 9 ． 1 2～ 9 ． 4 6 m。 红旗 水 库 是 辽 河 干 流 上 的 一 座 河 道 型 平 原 水 库 ，具有河道和水库 的双重特性 ，堤坝多为土坝 ， 护坡工程较大，且存在护坡受冻胀、冰压力和风浪 作用破坏 的问题。本文 以红旗水库护坡工程为观测 及试验原型 ，开展 了北方寒区机织模袋混凝土护坡 设计 与 试验 研究 。 2机 织模袋 类型和用途 用于河道及水库堤防工程护坡的机织模袋 ，可分 为两大类 ，第一种为灌注砂浆型，包含有过滤点和无 过滤点 ，第二种是灌注混凝土型，根据地下水流动、 坡段的土质、边坡高度及其坡度和波浪的作用等因素 进行选取。常用模袋基本类型及主要用途见表 1 。 3 机织模袋混凝 土护坡设计 以辽河干流红旗水库护坡工程为观测及试验原 型 ，开展了北方沿海寒区堤坝护坡型式选择问题的 8 0 设计研究工作。红旗水库运行模式为春季蓄水 ，为 周围水 田提供灌溉用水 ，在夏季及秋季维持正常水 位 ，保证河道芦苇等各类植物生长。水库冬季不进 行蓄水 ，不用考虑冬季冻胀破坏问题。因此选用无 过滤 点 的 C X 型模袋 。 3 ． 1 机织模袋充填厚度 为满足护面有局部孑 L 洞所引起的弯曲应力和冰 推力及风浪所产生的浮动 以导致护坡模袋沿坡面滑 动等要求 ，模袋应具有一定的厚度。 抵抗弯曲应力所需厚度 t 计算公式如下 ： t ≥ K a z ( 1 ) ≥— — — ( 1 ) 0 ． 5 √R 式 中 ：。 一 假 设 模 袋 底 架 空 为 正 方 形 的 边 长 ； a=0． 2 0m ： R 一 砂浆 或砼 的抗 压强度 ；R：0 ． 7 5 K N ／ c m ； 一 砂 浆或 砼 的容重 ； 。 = 2 2 ． 5 k N ／ c m ； K 一 安全 系数 ，取 3 ． 0 。 将各参数代入式( 1 ) 中，计算得 t =1 ． 9 e ra。 抵抗浮动所需厚度 t 计算公 式如下 ： ≥ 0 ． 0 7CH 。 ‘ 一~／ 1 + c t g 2 o t a ( 2 ) 式中 ：c 一面板系数 ，对大混凝土护面取 G=1 ，护 面有过 滤点 C=1 ． 5 ； 圩 一 波浪 高度 0 ． 6 5 m； 一 波 浪长 度 3 5 m； 收稿 日期 ：2 0 1 5 O 1 - 2 6 作者简介 ：杨林 ( 1 9 7 3年一 ) ，男 ，高级工程师 。 设计 施 工 水利规划与设计 2 0 1 6年第4期 表 1 机织模袋基本类型及主要用途表 类型 厚度 ( c m) 灌注材料 特征 主要用途 过滤点型 6 ． 5 ，1 0 ． 0 ，1 4 ． 0， 水泥砂浆 除接缝排水 ，还有等 间距 的排水点 。每个点 面积 4 c m ，厚 堤防 临时 工 程、桥 台坡 面 、灌 ( F P型 ) l 5 ． 0．1 6 ． 5 6 ． 5 c m的用于临时工程 ，1 0 c m一1 6 ． 5 c m 的用于永久性工程 排渠道 、河道护坡和护底 无过滤点型 不另设排水点 。填充料硬结后不透水 ，用于对排水 要求不 高 ( N F型) 5 ，1 0，1 5 水泥砂浆 水库护坡 、蓄水池护坡 和护底 的工程 混凝土型 1 5 ，2 0，3 0 ， 混 凝土 不设排水点 。如要排水 ，在护面上另设排水孔 ，用 于要求厚 ( C X型 ) 5 0，7 0 护面的工程 防止侵蚀护岸 、港湾码头防护 铰链块型 填充料硬结后为许多相互连接 的独立块。排水畅通 ，由高强 ( R B型 ) 1 O．1 5 水泥砂浆 尼龙绳 ( ~ 5 m m) 联 络各块 ，各块可相互 转动 。适用 于沉降差 软弱地基坡面保护 、河道护坡 和地形变化大 的工程 框格 型 空格 3 0 6 0， 水泥砂浆 填充料硬结后呈格形 。格 内可植花草 ，绿化坡面及环境。 坡 面绿化 、水土保持 ( N B型 ) 2 2 X 2 2 一 坡角 = 2 1 ． 8 。 ； y 。 一混凝土容重 ，2 2 ． 5 K N ／ m ； y 一水容重 ，9 ． 8 K N ／ m ； 一 与水边线垂直方 向的护面长度，B= 6 ． 2 m； 将各参数代人式 ( 2 ) 中，计算得 t =1 1 ． 9 c m。 抵抗冰推力所需 厚度 。因红旗水 库 的运 行模 式为冬季不 蓄水 ，护坡 前没有水 ，因而不用 考虑 冰推力要求 的模袋厚 度问题 。根据上面计 算的模 袋厚度 ，考虑辽宁省机织模袋 应用 的实 际经验 以 及该 险工段 的重要性 ，选 取 1 2 c m 模袋 厚度 即可 满足要求 。 3 ． 2抗 滑稳定 分析 机织模袋混凝土护坡抗滑稳定分析很重要 ，主 要取决于模袋 自重所产生的滑动力和模袋与边坡土 壤之间所产生的摩擦力 ( 即抗滑力 ) 两个部分 ，则 抗滑稳定安全系数 K为： K ： F ( 3 ) L2 s l no t 式 中：L 、L 2 一模 袋底 部 和斜 面 长度 ；L ，=0 ． 8 ， L 2=6． 2 m 。 F 一土工模袋与边坡粉土之间的摩擦 系数 ，取 F =0 ． 6。 图 1 机 织模袋 混凝土护坡滑动稳定分析示意图 将各参数代人式 ( 3 ) 中计算 得 K=1 ． 7>1 ． 5 ， 满足抗滑稳定要求。 3 ． 3设 计指 标确 定 根 据 辽宁省 机 织 混 凝 土护 坡 工 程 的 经 验 和《 水 工建筑物抗冰冻设计规范》 S L 2 1 1 — 1 9 9 8的规定 ，工 程选用机织模袋混凝土 的设计指标为 C 1 5 ，F 1 5 0 ， W4 。对混凝土拌合物的要求是 。 拌合物含气量：5 ％ l ％( 吊袋 4 5 m i n 后检测) 。 坍落度 ：2 32 c m( 灌 注前 ) ；61 c m( 吊袋 4 5 ra i n后 ) 。 3 ． 4配 合 比设 计 为方便布置模袋的灌浆孔位置，使混凝土顺利 地充填到模袋的各个部位 ，灌注土工模袋 的混凝土 必须具有一定的流动度 ；同时，为使其有足够的强 度 ，以承受河渠护坡 中各种外力 的作用 ，充填模袋 的混凝土需确定适宜的骨料级配、水灰 比及适量的 外加剂。该工程选用充灌混凝土的参考配合比如下。 水泥 ：P O 3 2 ． 5级 ，3 7 0 k g 。 砂 ：天然河砂 ，中砂 9 0 7 k g 。 石 ：碎石或卵石 ，5 ra m一 2 5 m m，7 2 0 k g 。 外加剂 ：流化剂和引气剂，掺量根据试验确定。 4试 验工程的施工 4 ． 1坡 面处 理 堤坝先进行夯实后进行整坡 ，开挖护坡顶部齿 槽及与浆砌石护脚接触 的齿槽。 4 ． 2 模袋铺设 首先要检查模袋布的外观质量及设计尺寸等情 况 ，并抽取试样送检测单位进行抽检 ，检测不合格 的产品严禁 使用。锚 固布 的 同时，要保持 布面平 整 ，松紧适度 ，以便于混凝土的充灌 。按照施工前 量好的尺寸位置进行模袋布的铺设 ，顶部放入锚固 8】． 2 0 1 6 年第4期 水利规划与设计 设计 施 工 沟 内。相邻布块之间的接缝保持顺直 ，留有充满收 缩 的富余量 ，确 保缝 宽最 小 。 4 ． 3混 凝 土的 充灌 混凝土使用配 合 比为 ( 1 i n 混凝 土用 量 ) ：水 泥 ：P 0 3 2 ． 5 级 ，3 7 5 k g ；砂 ： 天 然 河 砂 ， 中 砂 9 0 0 k g ；石 ：碎石或卵石 ，5 m m～ 2 5 ram，7 1 0 k g 。 机织模袋混凝土护坡施工 中关键而复杂的一道 工序是混凝土的充灌 。充灌效果的好与差，关系到 整个护坡的质量。充灌前要统筹考虑施工部位 、质 量要求、操作方法 、安全要求及劳动组织等情况 ， 进行细致的安排、检验。施工采用 以下充灌方法和 顺序 ：水一砂浆一混凝土_ 砂浆一水 。施工 中应预 留部分充灌 口做为检测取样部位。取样结束后 ，其 余充灌 口应缝结平整。 4 ． 4混凝 土 养护 充灌结束 1 2 h后，模袋混凝土进行洒水养护 1 4 d 。 5 结语 经过 近几 年 的运行 观测 ，工 程实 验段 状况 良 好 ，达到了预期效果。通过开展北方寒区机织模袋 混凝土护坡技术设计与试验 ，可 为护坡 的 防冰冻 破坏设计 和防治冻害提供依据 。该项技术 的推广 应用 ，不仅能 消除堤坝护坡存在 的安全 隐患 ，降 低工程造价 ，而且 对整个北方沿海寒 冷地 区堤坝 以及 海 防 堤 护 坡 结 构 型 式 改 进 有 重 大 指 导 意 义 ， 同时对整个松 辽流域堤坝坡 面防护工程有重要借 鉴 意 义 。 参 考文献 [ 1 ]韩志刚，王长金．论模袋混凝土护坡施工技术[ J ] ．水利技术监 督 ， 2 0 0 4 ( 0 2 ) ： 5 4 - 5 5 ． [ 2 ]管枫年，张丽 ，刘加海．模袋混凝 土护坡设计 中几个 问题探讨 [ J ] ．水利技术 监督 ， 2 0 0 0 ( 0 1 ) ： 2 2 - 2 6 ． [ 3 ]韩胜文，曹瑞峰．机织模袋混凝土护坡施工方法研 究[ J ] ．长 春 工程学 院学报 ， 2 O l 1 ( 0 3 ) ： 4 5 - 4 7 ． [ 4 ]果海威．机织模袋砼在大洼三角洲水库土坝 防护工程 中的应 用 [ J ] ．吉林水利 ， 2 0 0 8 ( 0 6 ) ． ( 上接第 2 3页 ) 有压管道恒定流公式计算 。计算公 式 如下 ： Q = ∞ , ／ 2 g ／ ~ ( 4 ) 式中： 一流量系数 ： =—=三二 ( 5 ) J 1 + ∑ 其中： ∑ = 考 进 + 毫 + 专 摩 阻 专 进 = 0 ．3 0 ，专 门 槽= 0 ．3 0 ( 局部水头损失系数) ， 专 摩 阻= ( 沿途 摩阻 系数) ，l ——管道全 长 l 1 ( r n ) ； C = 尺 i ∞ 一涵管出口断面积 ( m ) 一 库水位与涵管出口洞顶的高程差( r n ) 。 经计算 ，输水管道在校核洪水位 ( 2 1 ． 1 2 m) 时 为 6 ． 4 m ／ s ，大 于要求给水能力 ( 5 m ／ s ) ，输水 能 力能够满足供水需求。 3 ． 6 ． 2 输水洞结构复核 由于年代已久，水库最初的设计资料 已全部丢 失 ，但通过对现场的检查 ，输水洞并没有发现大的 裂缝 ，故认为输水洞满足受力条件 。 3 ． 6 ． 3 输水 洞存在 问题 现输水洞结构存在以下问题。 ( 1 ) 输水洞进 口1 0 m处 ，洞体顶板缝漏水 。 ．82 ． ( 2 ) 输水洞工作闸门漏水严重 ，多年不用 ，在 两道 闸门之间用粘土封堵止水 。 3 ． 6 ． 4 安全评 价结论 以上计算分析说明，输水洞基本能够满足设计 运行要求 ，但存在安全隐患 ，需采取有效措施 ，解 决洞身和闸门漏水等问题 。本次安全评价，将输水 洞结构安全评价定为 B级。建议对输水洞进行防渗 和裂 缝处 理 ，并改 建桥 和启 闭机 室 。 4 结 语 苇子沟水库大 坝下游抗滑稳 定不满足 规范要 求 ，安全 评价 定 为 c级 ；溢 洪 道 下 游导 墙 不 稳 定 ， 危及水库行洪安全 ，而且底板破损严重 ，基础渗漏 严 重 ，结 构安 全评 价定 为 c级 ；输水 洞基 本 能够满 足设计运行要求 ，结构安全评价定为 B级 。 参 考文 献 [ 1 ]王欢．水库运行管理及调度的有效方法分析 [ J ] ．水利规划与设 计 ， 2 0 1 4 ( 0 9 ) ： 5 5 — 5 6+ 6 3+7 6 ． [ 2]周嫒．海城市苇子沟水库工程地质分析与评价 [ J ] ．黑龙江水利 科技 ， 2 0 1 4 ( 1 0 ) ： 7 7 - 7 9 ． [ 3 ]陈延生．苇子沟水库溢洪 道除 险加 固设 计 [ J ] ．黑 龙江水 利科 技 ， 2 0 1 4( 1 1 ) ：1 1 3 — 1 1 5 ． [ 4]S L 2 5 2 — 2 0 0 1 ．水利水 电工程等级划分及洪水标准 [ S ] ． [ 5]S L 2 7 4 2 0 0 1 ．碾压式土石坝设 计规 范[ S ] ． [ 6 ]S L 2 0 3 - 1 9 9 7 ．水工建筑物抗震设计规范[ S ] ． 『 7]S L 2 5 3 ， 2 0 0 0 ．溢洪道设计规范『 S ] ．