模袋混凝土护坡设计.pdf

2013N o1海河水利 35 DOI：103969，j i ssn1004-7328201301012 模 袋 混 凝 土 护 坡 设 计 任重琳1，任传栋2，王志真3，孙炎渤4 (1海河水利委员会漳卫南运河管理局，山东德州253009；2山东省水利勘测设计院，山东济南250013； 3山东省农业规划设计院，山东济南250013；4漳卫南运河管理局四女寺枢纽管理局，山东武城253315) 摘要：结合南水北调东线工程，介绍了模袋混凝土护坡设计应用。模袋混凝土施工特别适合水下工程和河岸护坡， 具有不需设置围堰，可以水上、水下连续施工，机械化程度高等优点，具有很高的推广价值。 关键词：南水北调；模袋混凝土；衬砌；护坡设计 中图分类号：132234文献标识码：B文章编号：10047328(2013) 01-0035-04 模袋是指用高强化纤长丝经机织而成的双层袋 状织物，模袋之间沿纵横2个方向每隔一段距离用 尼龙绳把上、下两层织物联结在一起，并控制灌注成 形的厚度，可以起到模板的作用。模袋混凝土为在需 要浇筑混凝土的部位摊铺模袋，固定后往其内部灌 注混凝土。利用织物袋充灌填料后具有的透水不透 浆的特性。依靠泵压和自重从模袋的孔隙中排出多 余水分，降低水灰比，凝固后达到设计强度，形成牢 固稳定的防护面，成形后无需拆除模袋。模袋混凝土 施工特别适合水下工程和河岸护坡，具有不需设置 围堰、可以水上水下连续施工、机械化程度高等优 点已被国内广泛使用。 1工程概况 南四湖一东平湖段输水与航运结合工程位于山 东省的南部，属淮河沂沐泗流域的南四湖水系，是南 水北调东线1期工程和京杭运河建设工程的重要组 成部分。输水线路共分三部分：南四湖湖内部分、梁济 运河部分和柳长河部分。其中，梁济运河段1期工程 按3级输水航道设计，输水流量100m 3s，代表船型为 1顶2xl000t 级船队。设计最小水深33m ，设计河底 高程287m ，底宽66150m ，边坡1：314。考虑到船 行波对河岸的影响，梁济运河桩号04000-18+750段 为保证正常通航，拟采用模袋混凝土进行边坡护砌。 2模袋混凝土设计 模袋混凝土设计主要包括模袋规格设计、模袋 混凝土厚度设计及稳定分析、护坡边界处理设计、配 收稿日期：2012-09- 08 作者简介：任重琳( 1979一) ，男，工程师，主要从事水利工程施工与 管理工作。 筋设计、混凝土配合比设计等方面。 21模袋规格设计 根据模袋混凝土的厚度，计算模袋土工材料的 单位重量、强度、渗透系数、等效孔径、延伸率等参 数，并通过灌填试验确定。 211单位重量 模袋的单位面积重量越重，模袋的抗拉强度越 大，性能也就越稳定。本工程要求模袋单位面积重量 大于550gem2。 212强度 模袋的强度视护坡厚度及单位时间充填高度大 小而定。厚度及单位时间充填高度越大，模袋所承受的压 力越大，要求土工材料的抗拉强度越高。可用下式计算： T=13、m hl h2 (1) 式中：T为模袋允许抗拉强度(kN m )；B为混凝土的 侧压力系数，取13=06-08p。为混凝土的容重( kN m 3)；h。为护坡最大厚度(m )，取平均厚度的15-16 倍；h：为1h内护坡充填高度(ITI)，应为45m 。 本工程模袋混凝土平均厚度20cm ，依上式计 算模袋要求强度大约44kN m 。 213垂直渗透系数 为了使混凝土灌浆后多余的水分能及时排出， 模袋的渗透系数应满足K =l xl 0-35x10。3cms 。 214等效孔径 为防止水泥浆漏出，要求等效孔径( 0)为 0084025hi m 灌浆时允许少量水泥沁出，但不允 许砂粒流出。 215延伸率 根试验和已建工程测定，灌填后的模袋的延 36 任重琳，任传栋，王志真，等：模袋混凝土护坡设计 2013年2月 伸率要小于30。 22混凝土厚度设计及稳定计算 221模袋混凝土厚度确定 因模袋混凝土厚度是不均匀的，最大厚度与系 绳处最小厚度差别较大。本工程所称模袋混凝土厚 度均指模袋混凝土平均厚度。 根据水利水电工程土工合成材料应用技术规范 (str 2251998) F11条规定，抗漂浮所需厚度按下式 计算： 8o07cH。i jL型生吐 (2) VlJ r Yc-_Yw m 式中：C为面板系数，护面上设滤水点，取c=15；H W 、 k分别为波浪高度与长度( m ) ；Lr 为垂直于水边线 的护面长度(m )；m 为边坡系数；1。为混凝土有效容 重(kN m 3) ；1。为水容重(kNm 3) 。 经计算，8016m ，根据其他工程经验，乘以安 全系数15后取整，确定模袋混凝土厚度为02I n。 根据混凝土结构耐久性设计规范(GBT50476 2008) ，结合梁济运河工程运行环境及工程等级，模 袋混凝土选用C 25混凝土，抗渗标号采用W 6，抗冻 标号采用F150。 222稳定分析 根据水利水电工程土工合成材料应用技术规 范(SLi t 2251998)644条规定，抗滑稳定安全系 数按下式计算： Fs-昱尝塑生fa(3) 1aSl nO t k、鬲万H (4) 式中：IJ2为坡面模袋长度(m )；IJ3为坡脚以外模袋长 度(m )；m 为边坡系数；仅为斜坡倾角；H 为护面高度 (m )；毛为模袋与土壤的摩阻系数，取f005。 选取桩号2+500为典型断面，经计算，当坡面模 袋长度为2927m 、坡脚以外模袋长度30m 时，抗 滑稳定安全系数为20711，所以满足安全稳定的 要求。 23护坡边界处理设计 由于模袋混凝土衬砌顶高程均至河道两侧滩 地，输水航道按照设计断面开挖后对两侧边坡进行 整平，并在距离设计河口外15m 处开挖底宽10m 、 深10m 、斜坡l ：1的梯形稳固沟槽。首先铺设定制 好的模袋和分幅搭接处反滤土工布，模袋上端固定。 平铺于渠道边坡；其次，用泵将搅拌好的混凝土从模 袋灌口中泵人模袋，直至达到设计充盈度后绑扎灌 口；最后，将模袋上端松开。把滩地以上模袋混凝土 放人稳固沟槽内，填土夯实予以固定。为了增加护坡 的整体稳固性，模袋混凝土从渠道内坡脚向渠底延 伸30m 作为护脚。 模袋采用工程无纺布材料，每幅宽为16m ，接 缝处定制宽度为16m 、长度与铺设河道边坡等长的 300gm 2的土工布，以起到反滤的作用，防止接缝处 土质边坡在船行波等水流作用下产生淘蚀现象。对 边坡造成破坏。 24配筋设计 模袋混凝土与河道滩地交接处有较为明显的转 折，且该部位在承受模袋混凝土下滑力时较易产生 集中应力，从而导致该部位混凝土断裂。因此，设计 中在该部位模袋混凝土采取圆弧转折。且在模袋预 置时进行加筋处理，以有效削减集中应力并对薄弱 点加固。 25混凝土配合比设计 为满足混凝土设计强度、耐久性、抗渗性等要求 与施工和易性需要，应进行混凝土施工配合比优选 试验。混凝土施工配合比选择应经综合分析比较。合 理地降低水泥用量。主体工程混凝土配合比应经审 查选定。 3模袋混凝土施工组织设计及技术要求 31模袋材料 (1)施工前，应根据设计图纸、现场地形和施工 区段设计标准段、异形段模袋加工尺寸并去厂家定 制。模袋的总长度应大于设计护坡长度，富余量由对 坯布进行填充实验得到的伸缩率确定。 (2)土工模袋的型号、规格和性能须符合设计要 求，并经监理方验收合格。土工模袋主要技术指标 见表1。 表1土工模袋的主要技术指标 (3)模袋加工制作时，将16m 宽搭接土工布 (300gm 2)缝制在模袋下游侧底面，单幅缝制搭接长 度为08m ，土工布长度与其所附模袋同长并对每 块模袋进行编号生产。以防混淆。 (4) 每幅模袋定制时上、下缘应留有直径10cm 的管套，宜于穿入钢管，以下缘钢管为轴将模袋卷成 筒状，以便于施工中模袋的展铺。 2013N o1海河水利 37 (5)模袋的重量必须符合设计要求，模袋进场 后应有出厂合格证和实验报告。 (6)模袋每次出厂产品抽检合格后方可使用。 32模袋储存、运输和处理 (1)模袋卷在安装展开前要避免受到损坏。模袋 卷应该堆放于经平整不积水的地方堆高不超过4 卷的高度，并能看到每卷的识别片。模袋卷必须用不 透明材料覆盖以防紫外线。在储存过程中，要保持标 签和资料的完整。 (2) 在运输过程中(包括从材料储存地到工作地 的运输)，要注意对模袋卷的保护，以免被损坏。 (3)受到物理损坏的模袋卷要修复。受严重磨损 的模袋不能使用。任何接触到泄漏化学试剂的模袋 不允许使用在工程上。 33模袋铺设、缝合 (1)模袋铺设应达到“平”“正”“足”的要求。 (2)模袋铺设宜按先上游后下游、先深水后浅 水、先标准断面后异形断面的次序进行。 (3)模袋铺设前应设定位桩拉紧装置。定位桩间 距宜为l 2m ，且每幅模袋不少于4根。 (4)模袋应预留纵向收缩富余量，其纵向收缩量 应通过实验确定。 (5)模袋铺展宜利用人力自上而下顺坡滚铺，水 面上采用定位船进行定位。 (6)模袋铺设后，应拉紧上缘固定绳索，防止模 袋下滑或偏位。 (7)模袋展开后，将其下游侧反滤搭接土工布展 铺平整，并把土工布与下一幅模袋的上游侧底部织 布缝合，再将相邻模袋缝合，模袋之间的搭接一定要 缝制牢固。 (8)土工布缝合最外侧一道应采用双线锁扣链 形缝法用于缝合的线可采用与土工布相同材料线 或尼龙线、树脂材料线，缝合线最小张力应超过 60N 。并有与土工布相当或超出的抗化学腐蚀和紫 外线能力。 (9)搭接部位进行缝合时缝合线应平直，针脚应 均匀、间距不大于10r l ll n。 34施工质量节点 (1)模袋混凝土护坡的坡比应符合设计要求，整 坡后坡基坡比容许偏差5；坡底高程应符合设计 要求，允许偏差5cm 。水上整坡时，应自上而下铲 坡。填土区整坡时，应分层压实，其密实度应达设计 要求并做好新老坡联合，严禁贴坡回填。坡面平整 度应小于10em 。水下整坡时，如遇坡面杂物及易损 伤模袋布的硬物和淤泥，必须清理。如需填方时，应 抛石或用编织袋装小石子垒成设计坡面。坡面平整 度应小于15cm 。 (2)模袋布不可有严重缺点，如破损、断纱等；模 袋高低层的扣带间距应经现场实验确定单边长度 应不大于20cm ；模袋高低层边框缝制应采用4层 叠制法，缝制宽度不应小于5cm 。针脚间距不大于 08 cm 。铺展模袋时，应边展边压砂袋或碎石袋；对于 受风浪影响较大的坡面，砂石袋宜用绳索衔接成串。 间距一般为12m 。 (3)按混凝土施工配合比严格计量，正确进料。 充分拌合，使混凝土强度、塌落度达到施工要求。并 做好施工记录。 (4)正式施工前，对不同边坡系数的渠段，施工 单位应至少各选1个试验段进行实验性施工。以确 保后续施工质量。 (5)每幅模袋冲灌混凝土顺序应遵循“四先”原 则，即先下后上、先左右后中间、先上游后下游、先标 准断面后异形断面，防止模袋在充灌过程中产生偏 移和移位。充灌前，陆上部分的模袋应洒水润湿；充灌 时，混凝土喷射管插进模袋灌口深度不小于30C f f l。 并应扎紧。充灌应从已充灌的相邻模袋混凝土块处 开始，由下而上，依次进行，并应及时调整模袋上缘 拉紧装置。模袋混凝土泵送间隔不宜超过50ra，充 灌速度宜控制在1015m 3h。混凝土泵的出口压力 以0203M Pa为宜。充灌混凝土应持续进行，当模 袋内混凝土充灌将近盈满时暂停510m i n，待水泡 析出后再灌至盈满。模袋混凝土充灌找平时，在初凝 前可采用人工踩平。 (6)水下施工需潜水员配合，潜水员在水下负责 连接模袋充灌口和混凝土软管口。 (7)随时检查坡顶固定桩是否牢固，以防充灌过 程中模袋下滑。为防止堵塞事故，应随时检查混凝土 配合比、塌落度，防止过粗骨料堵塞管道和泵管进入 空气造成堵管或气爆；充灌应连续，停机时间不得超 过20m i n。 (8)充灌完毕后，对边坡进行压踩整平。模袋混 凝土达到整体稳固后立即松开坡顶固定点。使顶部 模袋混凝土落人固定沟槽中，辅以人工压踩，使其与 沟槽截面充分接触；坡面平整后即可进行固定沟槽 中固顶素土的回填夯实，回填土压实度应不低于 092。 ( 9) 模袋混凝土充灌后，其顶部宽度容许偏 差+20nl l n，顶、底部高程偏差一20一(下转第42页) 42 杨秀静。谭聪睿：北京“721”暴雨引发的城市防洪排涝建设思考 2013年2月 口普查显示常住人口和流动人口达4000多万人 口急剧膨胀导致北京地表大面积水泥化。渗水吸水 储水能力均大大减弱。暴雨来临时排水只能依靠少 数的排水口。 23市政管理不到位 众多无照摊贩沿街叫卖现象一直无法治理。严 重影响了交通和社会秩序。同时，这些临时摊贩随意 倾倒垃圾更导致排水口不通或堵塞，直接、严重影响 了城市瞬间排水能力。 3几点对策 截至2011年年底，我国的城市化水平超过 50，城市化水平仍保持飞速增长。因此，在城市发 展中，应根据城市所在区域地理特点，在城市布局和 选址时进行洪涝灾害风险评估，避免在低洼易涝区 域进行主城区布局，充分考虑城市自身的调蓄能力， 给城市内涝排水留出充足的通路。 在城市建设过程中。必须借鉴发达国家的先进 做法和宝贵经验，处理好城市建设和城市防洪排涝 之间的关系，对防洪排涝合理规划，做好排水设施的 配套工作；同时，降低路面硬化程度，提高地面下渗 能力，预留一定的雨水储存能力，做好城市建设过程 中的绿化及临时排水工作。为城市内涝排水预留出 水口。 31编制城市防洪排涝规划 城市防洪排涝规划是搞好城市防洪建设的基 础，直接关系到城市的安全和发展。城市防洪排涝规 划的原则有： (1)需要与可能性相结合：基于历史上洪涝灾害 发生的规律、汛期天气条件，充分考虑到国民经济和 社会发展的需求，根据城市的政治、经济条件，按照 国家规定的防洪排涝标准，合理规划，科学布局，制 定可靠的防洪排涝方案以及防御突发洪涝灾害的应 急预案等。 (2)局部与整体相结合：充分考虑整体和局部的 关系，统筹兼顾，顾全大局，保护重点对象，必要时可 以牺牲局部利益。 (3)工程措施与非工程措施相结合：城市防洪排 涝设施的全面升级投资较大。而城市绿化等非工程 设施可以利用相对较少的投资，提高城市的行洪能 力。因此，在城市防洪排涝规划中，应该尽可能使工 程措施和非工程措施良好地结合，达到优化城市防 洪排涝设施的目的。 32加快城市防洪排涝设施建设，增强城市洪涝灾 害预警能力 随着城市化程度的不断提高。暴雨造成的城市 内涝灾害日益严重，内涝造成的损失也日趋增加，因 此提高城市防洪排涝标准已经成为城市建设和发展 的当务之急。由水利、地质、气象等部门共同研究，根 据城市自身的地理位置、天气条件、洪水特性等合理 地进行城市防洪排涝设施建设，提高城市防洪排涝 标准。提高城市行洪能力就成为城市化建设中不可 忽视的内容。 加强城市排水设施建设。一方面，对原有的城市 管网进行整改，理顺城市管网系统，着力于管道翻 新、下水道清淤等工作，提高城市排水能力；另一方 面，大力实施雨污分流等市政基础设施建设，预留一 定的雨水储存能力。提高城市自身的洪涝调蓄能力。 建立城市防洪排涝预警机制。搜集城市洪涝灾 害的成灾模式、机理、演变规律等，建立城市洪涝灾 害预报模型。根据自然条件和气象条件的变化，不断 对城市防洪排涝标准进行复核、完善。在有条件的区 域建立防洪排涝应急响应系统，洪涝灾害一旦发生， 为受灾区域提供及时有效的技术支持和物资保障。 4结语 城市是人类社会政治、经济和文化的中心，是城 市化发展的必然结果。城市化在加速社会、经济飞速 发展的同时，也带来了较为严重的城市病。城市洪涝 灾害的日益严重，给人们生命财产安全带来了极大 威胁，严重影响了人与自然的和谐发展。因此，必须 加强城市防洪排涝设施建设构建能够适应城市经 济社会发展的防洪排涝体系。 参考文献： 【l 】侨报评论员北京暴雨拷问中国城市建设模式ouht t p： specialusqi aobaocomt orrenti alrain2012-0723content _ 1484688ht m ，2012- 07- 23 【2】韩中华概述城市防洪排涝规划的原则及标准叨民营科 技。2012( 6)：232 3】李月明，郑雄伟浙江省城市防洪排涝问题与对策叨水利 规划与设计，2012(3)：1-3 ( 上接第37页)40m m ，混凝土坡面平整度不大于 5em 。模袋混凝土充灌后利用探针丈量混凝土厚度。 其均匀值应符合设计要求，许可偏差一5。8。 (10)混凝土充灌停止初凝后，及时将模袋表面 灰渣冲刷清洁，并进行养护至少7d。