简易模袋混凝土护坡在蛟河市水毁河道应急抢险修复工程中的应用.pdf

第 1 2期( 总第 3 7 9期 ) 吉 林水利 2 0 1 3年 1 2月 文章编号 1 0 0 9 2 8 4 6( 2 0 1 3 )1 2 0 0 5 3 0 3 简易模袋混凝土护坡在蛟河市水毁河道 应急抢险修复工程中的应用 李成华 ( 蛟 河 市水利勘 测设 计 队 ，吉林蛟 河 1 3 2 5 0 0 ) 摘 要本文 以简易模 袋混凝 土护坡 在蛟河市水毁河道应 急抢险修复工程 的应用为 实例 ，基 于它是 一项非常成 熟技术项 目本文 以蛟河市山 区性河流地域特征 为 出发点 。主要从设计方面 阐述 了模 袋形式的选择 、厚度的确 定 、坡 度的确定 、抗 滑稳定性校核 、反滤层选择 、构造设 计、镇脚 冲刷深确 定、混凝 土配合 比等 主要 技术参 数 通 过 实例 验 证 模 袋 混 凝 土 还 适 用 于 我 省 东部 山 区 ，河 道 较 陡 ，洪 水 汇 流 速 度 快 ， 时 间较 短 ， 陡 涨 陡 落 的 山 区 河流 。 【 关键词】简 易模袋混凝土 ；水毁修 复；应 用 中图分类号 T v 8 6 1 文献标识码 B 2 0 1 0年 7月 2 7日夜至 2 8日蛟河市遭受 了 特大暴雨的袭击 。 暴雨来势迅猛 ， 破坏力之强 ， 致 使多条河流水位 猛涨 。 洪水 出槽 ， 泛滥成灾 ， 水利 设施遭受重大损失 达百年一遇洪水 史称“ 7 2 8 ” 洪灾 水毁工程直接经济损失 7 9 1 3万元 。 水毁河 道 2 3条 8 1 6 k m。 对河流沿岸城镇 、 村庄 、 农田的防 洪安全 对当地人们生命财产 、 农业生产发展构成 了严重 威胁 洪水 过后 经 现 场查 勘 发 现 这 些 水 毁 河 道 的 共性为洪水来势凶猛 对河道及两岸耕地冲刷特 别严 重 河道下切 、 耕地大片流失露及岩石 、 原有 防洪堤全部冲毁成为滩地。 治理措施分两类 ： ( 1 ) 直接威胁村屯的河道采用工程措施治理 ； ( 2 ) 其余的河道采用植物措施治理。 直接威胁村屯的头道漂河 、寒葱沟河是蛟河 市采用工程措施重点修复 的水毁河道 为了解决 山区性河流水毁修复 的应 急抢 险难题 2 0 1 0年 8 月 。 蛟河市在头道漂河 的河东屯、 二下屯段和寒葱 沟河寒上屯 、寒下屯段 中首次应用简易模袋混凝 收稿 日期 2 o 1 3 1 1 - 1 4 作者简介 李成 华( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 工程师， 现从 事水利工程设 计、 管理。 土护坡的技术 共完成模袋混凝土 3 7万 m 。本文 主要从头道漂河河东屯段应用简易模袋混凝土护 坡 的设计理念出发 阐述 山区河流采用的施工速 度快 、 安全 、 可靠 、 经济 、 实用的简易模袋混凝土护 坡方式是可取的 为省内其他山区水毁河道治理 提供参考 2 简 易模袋 混凝 土护坡 的技术应用 简易模袋混凝 土护坡在我省 1 9 8 6年通过 了 省级技术鉴定 在全省各地区都有成功应用的实 例 是一项非常成熟技术项 目。简易模袋 已成为标 准化 、 工厂化生产的一个模袋类型。 简易模袋混凝土又称编织布模袋混凝土是在 聚丙烯模袋 内充灌流动性混凝土( 水泥砂浆) 依靠 自重充灌到模袋 的各个部位 硬化后形成混凝土 ( 或砂浆1 板块 。其特点是强度 高、 抗冻性强( 可耐一 4 O ) 、 整体性能好 ， 可按实际工程要求制成面积大 小 、 厚度不一的各种几何形状 ， 灌注 时柔性较好 ； 可保证成型厚度 。 并且能够紧贴地面 ， 对于复杂 的 地形尤其适用 2 1 2 1 水 毁 河道 的基本 情 况 头道 漂 河是 漂 河 的支 流 漂 河发 源 于 蛟河 市 一 5 3 吉林水利 简易模袋混凝土护坡在蛟河市水毁河道应急抢险修得工程中的应用李成华 2 0 1 3年 1 2月 新开岭北侧 ， 是松花江右岸一级支流。头道漂河集 雨 面 积 5 5 3 k m 2 ， 河 道 长 度 l 1 8 k m 河 道 平 均 坡 度 为 1 5 2 o 。属于典型的山区性河流 。河道 比降较 陡， 两岸防洪设施少 ， 只在靠村屯一侧建有砂粒石 土堤 ， 并且标准低 ， 河 道基本为开 敞式 ， 其余 大部 分处于不设防状态 岸边滩地耕地较多。 头道漂河一年两汛 即春汛和夏汛。春汛发生 在 3 5月 。 汛 水 来 源 于冰 雪 融 化 造 成 洪 灾 的 主 要是夏汛 洪水多由暴雨形成 大洪水主要发生在 7 、 8月份 ， 洪 水过 程多 为单 峰 ， 流域 汇流 快 ， 洪水 历 程短 一次洪水历时一般为 l 一3天左右 基本是 陡涨陡落 “ 7 2 8 ”超标准洪水使头道漂河防洪堤全部毁 掉 其余均已成为滩地。由于河道 比降陡， 流速快 ， 洪水过后 ， 带下大量淤积 ， 新形成的河流冲积物分 布 在河道 内 2 2 堤 防护 坡 的结构 设计 2 2 1堤 防设 计 情 况 头道漂河为五级河流。根据 防洪堤工程设计 规范 ( G B 5 0 2 8 6 9 8 ) 、 水利水电工程等级划分及 洪水标 准 S L 2 5 2 -2 0 0 0 、 城市 防洪设计 规范 要 求 。 考虑防洪堤保护对象是村屯 ， 且人 口不 多 。 没 有乡镇企业 所 以本次水毁防洪堤修复确定 1 0年 一 遇 ， 防洪 堤级别 为 5级 。 头道 漂河 河 道 宽 2 0 m 1 0年 一 遇 洪 峰 流 量 为 1 2 0 2 m3 s ， 汛期计算风速 1 5 m s ， 风区长度 2 5 m， 水 域 的 平 均 水 深 1 5 m。 波 长 L = 3 1 2 m： 波 高 H： 0 2 4 m 波浪爬 高 0 5 4 2 m。 河堤断面及结构型式采用单式断面 ，堤型一 坡到 底 。 迎水 坡坡 比 1 ： 2 ， 背水 坡坡 比 l ： 1 5 ， 堤 顶宽 3 m， 堤高 2 5 m， 迎水坡采用 1 2 0 mm模袋砼护砌。 下 铺设一层 4 0 0 g m 2 的土工布其下为 1 5 0 m m碎石 垫层 ， 坡脚 为 8 0 0 x l O 0 0 mm矩 形铅 丝笼镇 脚 。 断 面 如 图 l 5 4 图 1河堤 断面 堤 防 堤线 布 置 ：尽 可能 利 用原 有 防 洪堤 和 有 利地形 ， 力求河道 平顺 ， 各堤段平缓连接 安全可 靠， 经济合理。 堤防基础 ： 坐落在砾卵石层上 该层承载力较 高 河岸稳定。 筑堤料 ：利用当地河道里分布大面积新形成 的河 流冲积物 ， 砂 、 砾卵石 可以就地取材 储量充 足 。 根据 吉林 市 水 利水 电勘测 设 计 研究 院的设 计 报告 ， 筑堤料需进行碾压处理 按压实系数 0 6 0控 制 筑堤控制干密度 为 1 7 5 g e m3最优含水 量 5 。 建 议 c = 0 = 3 0 0。 2 2 2模 袋形 式的选择 根据堤防等级为 5级 ， 堤 防高度 2 5米 堤坡 长 、 宽 、 面积 2 0 0 0 mx 5 6 m， 汛期风浪爬高 0 5 4 2 m 河水流速 4 r r d s的实际情况 吉林省水利实业公司 简易模袋厂 依 当时生产机械局限及生产能力 。 最 终提供模袋每幅宽 1 7 m分 5列 每 0 3 4 m设排水 孔 均匀 排 列 。可 以满 足施 工 便捷 ， 人 工 自流灌 填 ， 一 灌到底， 一次成型的需求。 2 2 - 3 模 袋平均厚 度 的确 定 模袋混凝土护坡主要承受风浪荷载。在寒冷 地 区还有冬季冰推力作用 而头道漂河这一山区 性河流 ， 冬季枯水期水位较低 基本 在主河槽 内 ， 堤 防和护坡均位于滩地上 因此模袋混凝土护岸 的厚度主要 是有满 足抗 波浪稳 定要求 的板 厚确 定 。按 碾压式土石坝设计规范 板在浮力作用下 稳定 的面板 厚度 t 按 如下公 式 计算 ： 一r 一 f ： 0 0 7 、3 呈 且 V b Pb - - p m 式 中 ： f 为 混凝 土 护 面板 厚 度( m) ； 叼为 系数 ， 取 0 0 7 5 ； 为计算波高( m) ， 取 0 2 4 m； 为混凝土 板 的重 度 ( k N m ) ， 取 2 3 5 ； 为水 的重 度 ( k N m ) ， 取 I O ； 为 波 长 ( m) ， 取 3 1 2 m： 6为 沿 坝 坡 向板 长 度( m) ， 取 5 6 m； m为坝坡坡度系数 ， m= 2 。 经计算 t = 0 1 2 2 6 m 取 t = 0 1 2 m 2 2 4模 袋混凝 土 护面 的配 筋设计 为保证模袋混凝土护面在地基不均匀 冻胀 、 不均衡沉陷及温度收缩等产生的裂缝条件下仍能 正常地工作 在垂直高度小于 3 m的坡面 每列模 袋混凝动土 中配置一根 q o l O钢筋 钢筋必须置放 在模袋混凝土中部 2 头道漂河堤防高 2 5 m， 每列 模袋混凝动土 中配置一根 p l 2螺纹钢筋 ，以提高 吉林水利 简易模袋混凝土护坡在蛟河市水毁河道应急抢险修得工程中的应用李成华 2 0 1 3年 1 2月 护坡 的抗冲刷能力。 2 2 5坡度 的确 定 根据 堤防工程设计规范 ( G B 5 0 2 8 6 9 8 ) 规 定 本工程采用瑞典圆弧法进行堤坡稳定分析 ， 计 算 断 面选 取 最 不利 断 面 选 头 道漂 河 河 东段 防洪 堤桩号 k 0 + 5 0 0 m断面进行分析 。 经计算 ， 在迎水坡 坡 比 1 ： 2 背水坡坡 比 1 ： 1 5的工况条件下 。 上 、 下 游堤坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求 ，不存 在堤坡滑动失稳问题。 2 2 6 护 坡 下滑稳 定 性校核 在堤坡 自身稳定的条件下 护面的下滑稳定 主要取决于模袋护面与土坡之间 的摩擦稳定 计 算公式t l l n 下 ： K c s = 3 + L 2 c o s c t ) f c s s i n a 式中 ： K c s 为模袋与堤土间的抗滑稳定安全 系 数 ； 为模袋与堤土间的摩擦 系数 ，取 0 4 ； 3为 模袋混凝土护坡的坡面长度 5 6 m： L 2为模袋混凝 土 在坡 角 的水 平长度 ， 5 m； 为堤 防 的坡角 ( 护坡 与 水平面的夹角) 。经过计算 抗滑稳定安全系数 = 3 7 1 5 满足要求 因此 模袋混凝土护坡坡度采用 l ： 2满足稳定 要求。 2 2 7反 滤层 的 选择 由于模袋体本身不具备反滤功能 。 因此 必须 在下面铺设一层土工布反滤层 。土工布具有保 土性 ：防止被保护土的土粒随水流流失；渗水 性 ： 保证渗流水通畅排走； 防堵性： 防止材料被 细土 粒堵 塞失 效 一 般选 择单 位 面积 重 3 0 0 4 0 0 ed m 2 的 土工 布 考虑头道漂河是 山区性河流 。 洪水暴涨暴落 ， 对护岸 冲刷严重 ， 设计取 4 0 0 g m 的土工布。因为 单位面积质量是土工布的一个基本性能 它影响 土 工 布有 效 孔径 和渗 透 系数 这两 个 水 力 学性 能 指 标。 2 2 8模 袋混凝 土构造 设计 顶部覆盖： 砼封顶板块为现浇， 断面尺寸为 2 5 5 0 c m每 5 m设 以伸缩缝 缝 间均用沥青木板嵌 缝。侧翼加固：上下游侧向边界需开沟槽 ， 把 5 0 c m的模袋混凝土埋入沟中。 底部加固： 为提高 模袋 的稳定 性 在坡脚处开沟 用矩形 8 0 1 0 0 c m 的石笼保护 底部边界要求伸入基脚 冲刷线以下 0 5 m，这样既保证抗 滑稳定 。同时又防止坡脚冲 刷 2 2 9 石笼镇脚 冲刷深计算 镇脚应为提高模袋 的稳定性及保护堤脚不被 洪水 冲刷 故其埋置深度满足河床最大冲刷深度 要求 且应满足防止冻胀破坏深度要求。河床冲刷 深度按 堤防工程设计规范) G B 5 0 2 8 6 -9 8中的公 式4 计算。 l 一 l I 式 中： h 为局部冲刷深度( m) ， 从河底起算 ； JI l 为 冲刷处的水深( m ) ， 以近似设计水位最大深度代 替 ， 取 1 5 m； V 。为平均流速( ri d s ) ， 取 4 ； V允 为河床 面上允许不 冲流速 ( m s ) ， 取 1 8 ； n为 与防护岸坡 在平面上 的形状有关 ， 一般取 n = l 4 。经计算最大 冲刷深度为 3 2 e m。 2 3 模 袋混 凝土 配合 比设 计 根据 混凝土结构耐久性设计 规范 ， 根据工 程的等级和当地 自然环境 模袋混凝土选择强度 等级为 C 2 5 ， 抗冻标号为 F 2 0 0 剐 。 2 3 1 水泥浆 采用普通硅酸盐水泥 ， 由于填充模袋 的要求 需要混 凝土拌合 物流动性 大 其 水灰 比不 大于 0 5 5 。 由于充填料灌人模袋后 ， 其 中多余的水分可 以从模袋的孔隙中渗出 从而水灰 比可降至 0 4左 右 因此模袋混凝土的水泥浆量要大 。 一般 占混凝 土 总量 的 3 0 左 右 4 2 3 2砂 率 模袋混凝土的砂率是根据施工流动性和混凝 土拌和物填充模袋的难易程度来决定 。由于混凝 土流动性大 。 砂率对拌和物的和易性影响较大 。 砂 率不当 。 容易产生泌水和石子离析。另外 ， 较大的 砂率会使混凝土强度下降所以选择砂率时要考 查混凝土强度 一般模袋混凝土的砂率在 5 0 左 右【 。 2 3 3 卵石 卵石最大粒径是根据模袋混凝土的厚度来决 定 的 ， 1 2 0 mm 厚 的混 凝 土 ，最 大粒 径 选 择 不 大 于 2 0 m m 为宜 ， 石子过大不宜充灌模袋 4 。 2 3 4掺 入 混凝 土 高效减 水剂 掺人外加剂后可减少用水量 ， 节约部分水泥 。 同时增加和易性 2 - 3 5坍 落度 坍落度宜 2 0 c m ( 下转第 6 1页) 一 5 5 吉林水利 岫岩站“ 8 0 4 ” 暴雨洪水分析 刘文军等 2 0 1 3年 l 2月 3 _ 3 洪水 特点 分析 1 ) 涨 洪 历 时短 。 大 洋河 岫岩 水 文站 8月 4日 2 时左右开始起涨 。 5时 4 2分发生最大洪峰 ， 历时仅 4个多小时。1 9 8 2年 8月 8日洪水过程 ， 最大洪峰 涨 洪历 时为 l 0个 小 时左 右 。洪 峰涨洪 历 时有 明显 缩 短 2 ) 洪峰流量大。 岫岩水文站洪峰流量为 4 4 1 0 m 3 s ， 为有水文观测记录以来第一位 。 大于 1 9 8 2年 8月 8日洪水过程 的洪峰流量 4 2 9 0 m 3 s 3 ) 洪量大 。最大一 日洪量 1 8 3 x l O a m 3 ， 最大三 日洪量 2 7 4 x l O S m 3 均 为超 1 0 0年一 遇洪 水标 准 。 1 9 8 2年 8月 8日洪水过程 岫岩水文站断面 洪 水总量 2 3 5 x l O S m3 小于 2 0 1 2 “ 8 0 4 ” 暴 雨洪水 洪量 4 结语 1 )气候变化导致 强降雨等极端天气现象 增 加 。近年来 ， 受全球气候变暖等气候变化影 响 辽 宁省极端天气现象出现增多的趋势 2 0 1 2年岫岩 地 区“ 8 04” 暴雨洪水是受台风影响的特殊天气条 件造成的。本次暴雨洪水降雨强度大 、洪峰流量 大 均成为有观测记录以来第一位。 2 )人类活动对降雨径流规律产生一定影响 。 随着经济社会 的发展 人类活动的增加 。 导致下垫 面发生变化 。 将对降水形成的产流 、 汇流机制产生 一 定影响。如果 流域植被减少 ， 水土流失增大 ， 将 导致洪水汇集 时间缩短、 洪峰流量增 大 并且容易 引发地质灾害 ， 危害人民生命财产安全。 3 )水文情报预报工作进一步加强十分必要 。 由于“ 8 0 4 ” 暴雨洪水降雨强度大 、 洪水迅猛 ， 给岫 岩地 区造成 了严重灾 害。因强 降雨 引发崩塌 、 滑 坡 、 泥石流等地质灾害数千处。受其影 响 岫岩地 区交通 、 电力 、 通信全部中断 ， 县城供水部分中断。 受通信、 电力 中断影响 8月 4日凌晨始 ， 岫岩地 区 4 4处雨 量遥测站信号全部 中断( 8月 4日上午 以 后 ， 逐步恢复 ) ， 水 、 雨情信息无法及时传输 ， 给 防 汛水情工作造成严重影响。大雨过后 鞍山水文局 有 关人 员及 时抵 达雨 量 观测 站 点 读 取 雨 量遥 测 数据和人工观测雨量数据 ， 并及时进行统计分析 为防洪抢险提供科学依据。 为防范极端天气引发的洪水灾害 在加强工 程防御措施建设 的同时 应进一步加强非工程 防 御措施 的建设 。加强预报 、 预警机制建设 ， 完善应 急预案并认真贯彻实施。同时 ， 应加强流域综合治 理 ， 增加流域植被 。 减少水土流失 ， 避免人与河 流 争地的局面 。 保障洪水安全下泄 。口 参考文献 ： 【 1 】 辽宁省 水文水 资源勘测局 2 0 1 2 U - 宁省 雨情水情【 M】 沈 阳： 辽 宁 科学技术 出版社 。 2 0 1 2， 1 4 、 6 3 、 6 4 【 2 】 刘战胜 中国水利学会2 O 1 O 学术年会论 文集【 A】中国水利学会 漆 水河“ 0 7 8 ” 暴雨洪水分析 C 】 郑 州： 黄河水利 出版社 ， 2 0 1 0， 2 0 4 2 0 8 【 3 】 段新光 中国水利学会2 O l O 学术年会论文集【 A 中国水利学会 密 云水 库 9 4 7 暴 雨洪 水 分析 C 1 郑 州 ：黄 河 水利 出版 社 ， 2 01 0 2 O 9 2l 4 ( 上接第 5 5页) 3应用效果 头道 漂河水毁河道 于 2 0 1 0年 7月水毁后 即 列入省 、 市应急抢险项 目。 当年设 计当年施 工 ， 该 工程 由吉林市水利水 电勘 测设计研 究院设计 省 水利水 电工程局施工。 2 0 1 1 年 7月 主汛期以前全 部竣工 当年通过各项验收。经过三年主汛期 的考 验 ， 体现出其整体性能好 、 强度高、 抗冻胀 、 抗地基 不均 匀沉 陷的效果 明显 。 护坡成型后 ， 凹凸有致 、 整齐美观 在当地形成 了一道亮丽的风景线 工程 运行情况 良好 由此可见模袋混凝土还适用于我 省东部山区 ， 河道 比降较陡 ， 洪水 汇流速度快 ， 时 间较短 陡涨陡落的河流 一样可 以取得 了较好 的 经济效益和社会效益。口 参考文献 ： 1 范世 平 ，简易模 袋混凝 土护坡设 计与施 工 ，山西水利科技 2 0 03 -0 8 2 简易模袋混凝土护坡工程技 术的应 用与探 讨 。 吉林省水利 实业 公司 吉水土工合成材料 研究所 2 0 1 0 - 0 9 3 周 永丰 ， 模袋 混凝 土配合 比设计 ， 河北工程技 术 高等 专科学校 学报 2 0 0 7 1 2 4 堤 防工程设计规 范， G B 5 0 2 8 6 9 8 5 碾压式 土石坝设计规 范， S L 2 7 4 2 0 o 1 6 混凝土结构耐久性设计规范 ， G B t T 5 047 6 2 0 0 8 一 61