哈达山水利枢纽工程中混凝土模袋的设计与施工.pdf

工程施工 东北水利水电 2 0 1 2年第 1 期 文章编号 1 0 0 20 6 2 4 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 3 8 0 2 哈达山水利枢纽工程中混凝土模袋的设计与施工 许经宇， 左明利 ， 宁鹏飞， 陈中竹 ( 吉林省水利水 电勘测设计研究院， 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘要百公里榆水干渠是哈 迭山水利枢纽工程中投资比重最大的分部工程，占总投资的 4 0 。输水干渠有近 6 4 k m 的渠底岩性为黄土状壤土、 粘土、 极细砂， 为解决该渠段衬砌的冻 胀， 稳定， 渗漏等问题， 选择 了丙纶模袋混凝土护坡的衬砌形式。文中主要介绍了丙纶模袋的 设计与施工， 通过实验段 3年的正常运行和 已铺设混凝土模袋的渠道来看， 混凝土模袋运行 良好， 在工程的经济性、 可靠性、 安全性上都是可行的。 关键词渠道衬砌； 混凝土模袋； 设计； 施工； 哈达山水利枢纽 中图分类号 T v 9 1 文献标识码 A 哈达 山水利枢纽工程由坝区枢 纽工程 、防护 区工程和输水工程组成 。坝 区枢纽工程 由混凝土 重力坝连接段 、 河床式 电站、 溢流坝 、 取水及 门库 段、粘土均质坝等组成 ，防护区防护工程由防护 堤 、 强排站 、 灌溉涵洞和排水 沟等组成 ， 输 水工程 包括渠首闸、 输水干渠及其交叉建筑物等。输水干 渠全长 9 5 9 3 k m， 渠首设计流 量为 1 7 5 m3 s ， 全线 横断面均采用梯形明渠输水断面，渠道边坡采用 1 ： 2 5o 1 衬砌 形式 的选 择 输水干渠全长 9 5 9 3 k m， 渠道 3 3 + 6 2 3 1 8 9 6 + 7 4 2 0 3段 ， 多为全挖方渠 道， 渠底岩性 主要为黄 土 状壤土、 粘土 、 极 细砂组成 ， 黄土状壤土、 粘土属 于 粘性土， 含水率较高， 壤土的渗透系数为 3 1 2 x l O - s ， 黄土状壤土的渗透系数为 5 0 8 x 1 0 5 ，且壤土和黄 土状壤土层厚度都在 5 m 以上 ， 属于强冻胀 土 ， 存 在冻胀和冻融脱坡问题。又由于干渠在该渠段地 下水位均在渠道底板以上，最高的为渠道底板以 上 5 m左右 ， 导致冻胀问题更为突 出， 因此该渠段 衬砌 的设计不仅要满足抗滑稳定等要求 ，如何解 决冻胀 问题更是工程设计 的重 中之重 。该段衬砌 工程量近 1 9 3万 m2 ， 在工期短 ， 工程量大的情况下 保 证施 工 进度也 是衬 砌形 式选 择 的一个 重 要方 面。 通过多个方案的比选和综合考虑， 该渠段衬砌 材料选用适应冻胀变形的铰链式内纶模袋混凝土 柔性护坡型式【11 。 2 设计方案 2 1厚度计算12 】 1 ) 抗漂浮厚度计算 38 8 1 0 0 7 。 i L V L r -y m 式 中： c 面板系数 ， 大块混凝土护面 ， c =1 ， 护面 上有滤水点 ， c = 1 5 ； Hw， 埘 波浪高度与长度 ， m； 厂 _ 垂直于水边线的护面长度 ， m； m 坡 角的余切 ； y 砂浆或混凝土有效容重 ， k N m3 ； 水容重 ， k N m3 。 2 ) 抗冰推所需厚度计算 至 ( ) 一 H 。 c ， 1 +m H ( 1 + ， ) 式 中： 冰层厚度 ， m； 设计水平冰推 力 ， 有 资料建议初设取 1 5 0 k N m2 ； 日i冰层以上护 面垂直高度 ， m； 护面与坡面问粘着力， 1 5 0 k N m ； 护面与坡面间摩擦角； 安全系 数， 一般可取 3 。 3) 抗滑稳定计 算 F s = 式中： L ， 坡角以下水平护面长度 ， m； 护 坡上模袋斜向长度 ， m； 坡角； 。 模袋与 坡面间摩擦系数， 应由试验测定 ， 无试验资料时， 可采用约 0 5 ； 风安全系数 ， 可取 1 5 。 根据上述计算 ，对于桩号 3 3 + 6 2 3 1 8 9 6 + 7 4 2 0 3的强冻胀土渠段，渠坡采用 1 2 c m厚铰链 式模袋混凝土防护， 模袋的规格 2 mX 2 m， 强度等 级 C 2 0 ， 抗冻等级 F 2 0 0 ， 模袋板块间采用尼龙绳连 接 ， 垂直水流方 向为 2根 1 0的尼龙绳 ， 顺水流方 向为 1 根 8的尼龙绳。在坡脚设现浇混凝土脚 槽 ， 坡脚脚槽底宽 0 5 m， 深 0 8 m， 脚槽混凝土的 2 0 1 2 年第 1 期 东北水利水电 工程施工 强度等级 C 2 0 、 抗冻等级 F 2 0 0 ； 护砌坡顶设混凝土 封顶， 强度等级 C 2 0 、 抗冻等级 F 2 0 0 。在铰链式模 袋混凝土护坡下设无纺布， 无纺布规格为 3 0 0 g m2 。 其具体形式见图 1 。 1 2 姗 厚模袋混 凝土 图 1 模袋混 凝土护坡 示惹 图 3 施 工工艺 1 ) 施工准备3 1 。包括备足所需材料和设备、 平 整坡面、 现场就位、 放线定位、 开挖顶脚基槽、 测量 水下施 工水深和流速 等。泵送 施工主要设备是混 凝土( 砂浆 ) 搅拌机和混凝土( 砂浆 ) 泵等。 2 ) 铺设模袋p 】。 机织模袋应在各片连接的底面 铺非织造土工织物。各片间连接底面的非织造土 工织物采用缝接或搭接， 搭接宽度 2 0 - 3 0 c m， 土工 织物在坡顶处可用 8 号铁丝制成的“ n ” 形钉固定。 顺水流方向铺土工织物时， 搭接带亦应固定。简易 模袋先铺设非织造土工织物滤层，然后在其上铺 模袋。一次铺设土工织物面积的大小根据充灌施 工进度确定。 3 ) 模袋混凝土充灌t3 1 。施工时应采取措施尽量 缩短泵送软管长度， 中间以短硬管相连 ， 变换灌 口 时将管口堵上以减少水泥浆流失，并尽量减少软 管的弯折和颤动 ， 保证顺利泵送 。 a ) 为防止堵塞事故 ， 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 人空气 ， 造成堵管或气爆 ； 充灌应连续 ， 停机时间 一 般不得超过 2 0 mi n 。 b ) 泵与充灌操作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 。 c ) 随时检查坡顶钢桩是否牢固， 以防充灌过 程中模袋下滑。灌完一片后， 移动设备， 按上述步 骤进行下一片的充灌施工。应特别注意两片问的 联接 、 靠紧。 4 ) 养护。全部护坡施工完成后， 进行坡顶、 坡 脚和上下游两侧接头的回填处理 ，同时进行护面 混凝土的养护。一般养护期为 7 d ， 要求在此期间 护坡表面处于润湿状态。 5 ) 模袋混凝土标号及材料。模袋混凝土强度 等级为 C 2 5 ，抗冻标号为 F 3 0 0 ，抗渗标号为 W6 。 混凝土塌落度为 2 3 2 c m。 水泥采用强度等级 4 2 5的普通硅酸盐。为提 高模袋混凝土的抗冻性，施工时要求在混凝土中 掺加适量的外加剂。 模袋采用有排水点的丙纶编制布机制模袋。 模袋混凝土护坡的平均厚度为 1 2 0 m m，展开模 袋 ， 在其上、 下缘插入挂袋钢管， 扎紧灌料口， 移至 坡面 ： 设上缘固定桩和松紧器， 并将其从坡上往坡 下铺放。 充填混凝土利用特制的灌料泵， 搅拌好的 混凝土应做坍落度试验 ，混凝 土坍落度要严格控 制在 2 3 2 c m范围内， 充填 自下而上， 按左、 中、 右 灌入孔次序充填 ，充填约 1 h 后即可清除模袋表 面漏浆， 进行下一道工序。模袋内灌注混凝土后， 底面两侧必须是紧贴坡面 ， 不能有跷起现象， 试验 合格后才可由相应厂家成批生产采购。模袋护坡 的侧翼设压 袋沟 ， 深度为 0 8 0 m， 下底宽为 0 5 m， 用水泥砂浆压模袋。水泥砂浆标号为 M7 5 ， 水泥 采 用强度等级 4 2 5的普通硅酸盐水泥 ，沙子采用 中粗砂。 模袋内垂直水流方向设置 6 1 o r t 1 n a 丙纶长丝 绳 ， 间距0 6 m。 4 结语 哈达山水利枢纽工程输水干渠长 5 0 m的混凝 土模袋试验段于 2 0 0 8年完工 ，经过 3年的过水运 行， 外观、 整体稳定性表现良好。 混凝土模袋还有着 适应变形能力强， 外形美观 ， 造价低廉， 施工工艺简 单 ， 衬砌速度快等优 点。在哈达 山输水干渠施工过 程中， 每天可衬砌 2 0 0 - 3 0 0 m， 是普通混凝土板块 衬砌速度的1 5 2 5 倍。 因此， 混凝土模袋在哈达山 水利枢纽工程 中的应用 ， 为我 国北方 ， 尤其是冻胀 问题突出的东北严寒地区的长距离输水渠道衬砌 设计提供了科学的参考依据， 同时也使哈达山水利 枢纽工程发挥了更好的社会效益和经济效益。 参 考 文 献 1 控导工程铰链式模袋混凝土沉排 1 吉林水利， 2 0 0 9 ( 1 ) 2 S L T 2 2 5 9 8 ， 水利水电工程土工合成材料应用技术规 范 S 3 包承纲 堤防工程土工合成材料应用技术 M 北京： 水 利水 电出版社 ， 1 9 9 9 ， 1 2 【 收稿 日期】 2 0 1 1 0 7 1 4 3 9