劉中文，蔣 帆

（中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概述

涪江干流梯級(jí)渠化潼南航電樞紐工程位于重慶市潼南區(qū)城區(qū)涪江大橋下游約3km處，開發(fā)任務(wù)是以航運(yùn)為主兼顧發(fā)電，水庫(kù)總庫(kù)容2.19億m3，正常蓄水位236.50m，相應(yīng)庫(kù)容1571萬(wàn)m3，船閘和航道等級(jí)為Ⅴ級(jí)，設(shè)計(jì)通航船舶噸級(jí)為300t，電站裝機(jī)容量42MW。工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型。

根據(jù)樞紐工程的地形、地質(zhì)條件，為滿足施工導(dǎo)流要求，潼南航電樞紐釆用分期導(dǎo)流方式，工程分二期施工，先左岸再右岸。其中右岸二期工程采用土石圍堰結(jié)構(gòu)，圍堰按先填筑成枯期圍堰，再加高填筑形成汛期過水圍堰。

二期上游過水圍堰頂高程236.5m，圍堰頂寬8m，堰體結(jié)構(gòu)形式：上游圍堰迎水側(cè)233.0m高程以上邊坡為1∶2.0，233.0m高程以下邊坡為1∶2.5，背水側(cè)231.0m高程以上邊坡為1∶3.0，231.0m高程以下采用鋼筋石籠砌筑，邊坡為1∶1.5。堰頂至231.0m高程之間采用0.8m厚混凝土面板防護(hù)，面板底部鋪0.3m厚的過渡料及400g/m2的單層土工布，迎水側(cè)231.0m高程以下采用30.0cm厚的模袋混凝土防護(hù)，模袋混凝土護(hù)坡面積為11843m2；基坑側(cè)231.0m高程以下釆用2層鋼筋石籠防護(hù)。

2 模袋混凝土設(shè)計(jì)

模袋混凝土設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：岸坡穩(wěn)定性驗(yàn)算、模袋材料及規(guī)格、模袋充灌材料及充灌厚度、模袋穩(wěn)定性驗(yàn)算、護(hù)坡細(xì)部構(gòu)造及邊界處理等。

2.1 岸坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

土堤的岸坡穩(wěn)定性可采用瑞典圓弧法、改良圓弧法等進(jìn)行驗(yàn)算。

2.2 模袋材料及規(guī)格

土工模袋一般利用一種雙層聚合化纖合成材料制作的袋狀產(chǎn)品，通常有丙綸、滌綸、錦綸、維綸等高強(qiáng)長(zhǎng)絲纖維，該類化纖材料具有強(qiáng)度高和耐酸堿性強(qiáng)的特點(diǎn)。

潼南航電模袋布設(shè)計(jì)采用單層重量不小于500g/m2的高強(qiáng)度滌綸，模袋布垂直滲透系數(shù)要求為1.0×10-3～5.0×10-3cm/s，其等效孔徑要求O95≤0.25mm?？估瓘?qiáng)度：經(jīng)向≥50.0kN/m，緯向≥35.0kN/m。斷裂伸長(zhǎng)率：經(jīng)向≤35%，緯向≤30%。CRB頂破強(qiáng)度≥4000N。其規(guī)格和質(zhì)量要求滿足《土工合成材料長(zhǎng)絲機(jī)織土工布》（GB/T 17640—2008）要求，模袋布主要技術(shù)性能參數(shù)如表1所示。

2.3 模袋充灌材料及充灌厚度

（1）模袋充灌材料可選用砂漿或混凝土，一般對(duì)于永久性的堤防加固，采用強(qiáng)度等級(jí)C20及以上的混凝土。潼南航電樞紐二期工程的模袋混凝土為圍堰護(hù)面，除滿足防沖護(hù)面要求外，還需防滲擋水，具有一定抗凍性和強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)采用C20W6F50混凝土。

（2）模袋充灌厚度應(yīng)通過抗浮穩(wěn)定分析和抗推移穩(wěn)定分析，以及抗沖要求等確定?？上雀鶕?jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)選擇適當(dāng)?shù)某涔嗪穸?，再作抗浮和抗滑穩(wěn)定性分析，檢驗(yàn)所假定的充灌厚度是否合理。同時(shí)，模袋厚度尚應(yīng)保證在河道低水位的工況下能夠抵抗背水側(cè)滲透壓力的破壞。模袋抗漂浮所需的厚度的計(jì)算公式如下：

式中：h為模袋充灌厚度，m；c為面板系數(shù)，對(duì)于大塊混凝土護(hù)面，c取1；Hw、Lw分別為波浪高度與長(zhǎng)度，m；Lr為垂直于水邊線的護(hù)面長(zhǎng)度，m；m為坡角α的余切；γc為混凝土有效容重，kN/m3；γw為水容重，kN/m3。

國(guó)內(nèi)一般堤防類加固工程，模袋混凝土護(hù)坡的設(shè)計(jì)厚度為20cm左右。潼南航電樞紐二期工程通過驗(yàn)算，結(jié)合圍堰汛期過流工況下抗沖能力要求，最終確定模袋混凝土設(shè)計(jì)厚度為30cm。

2.4 模袋穩(wěn)定性驗(yàn)算

模袋的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：Kcs為模袋與堤土間的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；fcs為模袋與堤土間的摩擦系數(shù)；α為堤坡角；L1、L2為長(zhǎng)度，m。算得的Kcs應(yīng)符合《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274—2001）的規(guī)定。根據(jù)以上公式最終確定上游圍堰護(hù)坡模袋混凝土頂部高程231m平臺(tái)寬度5m，坡面坡比為1∶2.5，坡長(zhǎng)16m，模袋混凝土厚度30cm，模袋布總長(zhǎng)度26m，水下端部寬度5m，具體見如圖1所示。

圖1 圍堰橫斷面圖

2.5 護(hù)坡細(xì)部構(gòu)造及邊界處理

為提高模袋的抗滑穩(wěn)定性和抗沖能力，設(shè)計(jì)根據(jù)不同的地形、邊界條件，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)，合理進(jìn)行細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)及邊界處理，潼南航電二期圍堰采用的方法主要有以下三種：（1）模袋頂部設(shè)長(zhǎng)5.0m的平臺(tái)段，平臺(tái)段模袋混凝土作為上部鋼筋混凝土護(hù)面的基礎(chǔ)，在交界面提高抗沖要求，同時(shí)通過上部澆筑混凝土重量壓住模袋混凝土上，防止模袋混凝土下滑。（2）模袋底部設(shè)5.0m的活絡(luò)節(jié)平段伸入河床，適應(yīng)河床高低不平的變化，其上采用拋石壓腳，壓腳寬2.0m、高2.0m，壓載防沖加固。（3）模袋上、下游起終點(diǎn)設(shè)置壓袋溝起錨固作用，溝深度和底寬為1.5m，邊坡1∶1～1∶2，錨固段施工后和水下活絡(luò)節(jié)類似，壓載塊石補(bǔ)平邊坡，并用鋼筋籠或塊石過渡銜接護(hù)坡面。

3 模袋混凝土施工

3.1 施工準(zhǔn)備

因模袋混凝土施工有一定技術(shù)含量。為此，施工前應(yīng)對(duì)所有操作人員包括潛水員就該工程的施工特點(diǎn)和要求組織專門的技術(shù)交底，并做好崗前培訓(xùn)。同時(shí)還須對(duì)進(jìn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備、船舶進(jìn)行全面的維修保養(yǎng)，使之保持性能完好；備足施工使用的原材料，確保混凝土正常供應(yīng)。

表2 模袋混凝土配合比表

3.2 模袋混凝施工

（1）施工步驟。模袋混凝土施工流程：模袋加工成型→圍堰坡面修整→模袋鋪設(shè)→混凝土充灌→養(yǎng)護(hù)。

（2）模袋加工成型。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙尺寸進(jìn)行模袋的加工制作，委托有資質(zhì)的廠家生產(chǎn)，其平面尺寸分為標(biāo)準(zhǔn)型和異型兩種，標(biāo)準(zhǔn)型模袋的加工尺寸為按設(shè)計(jì)坡長(zhǎng)（寬度）分段（長(zhǎng)度）加工，并在設(shè)計(jì)長(zhǎng)度基礎(chǔ)上預(yù)留一定伸縮量，一般加長(zhǎng)3%～5%。水下底部根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用活絡(luò)節(jié)。每幅模袋設(shè)不少于2個(gè)充灌口，每個(gè)充灌口充灌面積不宜多于25m2，充灌口袖口長(zhǎng)為40cm，直徑為30cm左右。

（3）圍堰坡面修筑。坡面修筑以機(jī)械為主、人工為輔，其中水上部分測(cè)量放樣后，普通挖掘機(jī)修坡，機(jī)械修整后采用人工整平；水下修坡采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)修整，潛水員檢查，如遇凹窩洞穴，采用拋石處理，且用碎石整平。坡面修整到位后，報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收。

（4）模袋鋪設(shè)。鋪設(shè)準(zhǔn)備：對(duì)進(jìn)場(chǎng)模袋必須逐幅檢查，觀察是否有破損以及缺經(jīng)、缺緯等缺陷，檢查合格后開始鋪平。模袋鋪設(shè)時(shí)間應(yīng)考慮在低水位時(shí)間進(jìn)行，鋪設(shè)完成后，為防止模袋順坡下滑，應(yīng)在頂口設(shè)定位樁，定位樁間距1.0m，采用腳手鋼管，定位樁的布置根據(jù)設(shè)計(jì)圖測(cè)量定位。模袋鋪設(shè)：鋪設(shè)模袋采用機(jī)械與人工結(jié)合，自卸車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，人工打開，從設(shè)計(jì)頂部位置開始，順坡面向下滾鋪，至水邊時(shí)，再用船和繩子拉住模袋端部逐步往江中移動(dòng)展開，到達(dá)設(shè)計(jì)位置后，潛水員配合慢慢沉放鋪設(shè)平整。鋪設(shè)須注意沿水流方向，從上游向下游推進(jìn)。兩幅間采用特制鋼針縫合。圍堰軸線變化段按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)，潛水員檢查鋪設(shè)發(fā)生開叉需調(diào)整或補(bǔ)塊縫合，確保灌注混凝土后不發(fā)生開叉。

（5）混凝土充灌。模袋混凝土坍落度控制在22cm左右，要求流動(dòng)性好、和易性好，符合泵送混凝土的要求。潼南航電樞紐模袋混凝土經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)化，最終確定配合比如表2所示。

混凝土輸送采用地泵，混凝土集中拌制，保證混凝土的連續(xù)供應(yīng)。模袋混凝土灌注首先壓水、拌制2m3左右砂漿潤(rùn)濕管道，然后輸送普通混凝土，在混凝土至管口后，停止輸送。由施工人員將泵管口配置軟管口插入模袋袋口，由現(xiàn)場(chǎng)工人攪?yán)p扎牢袋口與軟管緊密后，輸送灌注混凝土。充灌壓力控制在0.2MPa，充灌速度控制在10～15m3/h。

為防止模袋灌注后沿坡面向下滑動(dòng)，灌注時(shí)先平臺(tái)，通過定位樁和灌注混凝土壓重加大摩擦力，再灌注坡面部分，潛水員配合灌注水下部分，直到充滿為止。灌注時(shí)安排1～2人跟隨進(jìn)料部位，在模袋上用腳連續(xù)踩踏，擠壓混凝土向內(nèi)擴(kuò)散填充模袋。期間要時(shí)常檢查袋口進(jìn)料是否順暢，確保不會(huì)出現(xiàn)袋口骨料堆積，壓力增大的情況，從而導(dǎo)致模袋加固筋脹脫，產(chǎn)生灌注厚度不均或出現(xiàn)鼓包的現(xiàn)象，最終影響施工質(zhì)量。施工時(shí)根據(jù)氣溫調(diào)整拌和站出機(jī)口坍落度，若氣溫較高，混凝土坍落度損失較大，造成混凝土流動(dòng)性降低，混凝土需適當(dāng)添加緩凝劑。充填時(shí)特別注意，在模袋將近飽滿時(shí)，應(yīng)暫停5min左右，待模袋內(nèi)混凝土水分析出部分后，再行灌注，直至模袋飽滿。灌注班組常規(guī)8～10人，連續(xù)作業(yè)，灌注好一個(gè)縫制隔層單位后，由現(xiàn)場(chǎng)指揮員通知泵車暫停，松開袋口，抽出灌注軟管后迅速封口，同時(shí)將輸送管移動(dòng)插入下一個(gè)袋口。灌注時(shí)若袋口出現(xiàn)冒混凝土或局部堵管，應(yīng)及時(shí)清理，再用水沖洗干凈，保證成型外觀質(zhì)量。

（6）養(yǎng)護(hù)。模袋混凝土成型后的養(yǎng)護(hù)主要為護(hù)坡水上部分，其養(yǎng)護(hù)方式和常態(tài)混凝土相同，采用覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間最少7d。要求在模袋混凝土終凝前，人員不得在上面走動(dòng)或堆壓物體等。水下活絡(luò)節(jié)壓腳在模袋混凝土齡期達(dá)28d后，采用定量定點(diǎn)法進(jìn)行水下拋填塊石護(hù)腳。

3.3 施工質(zhì)量檢驗(yàn)。

施工首先對(duì)進(jìn)場(chǎng)模袋加工進(jìn)行外觀檢查，并檢查出廠合格證和材質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)場(chǎng)后按規(guī)定抽樣檢驗(yàn)其主要技術(shù)性能指標(biāo)，合格后使用。模袋混凝土施工前先檢查護(hù)坡基礎(chǔ)坡比、密實(shí)度、平整度、坡頂高程等。一般坡比允許偏差±5%；坡面平整度，水上部位不大于10cm，水下部位不大于15cm。模袋用混凝土原材料檢驗(yàn)合格，試驗(yàn)配合比報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)后加工?；炷撂涠瓤刂茷?2±2cm，混凝土抗壓、抗?jié)B按500m3/組試塊，抗壓每天最少一組，抗凍取樣1～2組進(jìn)行控制。對(duì)于模袋混凝土充灌厚度檢測(cè)，施工過程中采用探針檢測(cè)控制，完成后采用測(cè)量?jī)x器檢測(cè)，其平均值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，允許偏差-5%～8%；其頂部寬度允許偏差±5cm。

4 異常情況處理

在模袋混凝土施工過程中盡可能保證連續(xù)作業(yè)，但實(shí)際施工過程中由于多種人員、設(shè)備等原因，產(chǎn)生一些故障。常規(guī)遇到以下情況，需及時(shí)采用相應(yīng)措施應(yīng)對(duì)處理。

（1）堵塞現(xiàn)象。堵塞常出現(xiàn)在混凝土泵出料口、輸送管道轉(zhuǎn)彎段及模袋入口處等。主要原因是一般采用地泵，泵管連接不密實(shí)，存在局部漏漿，混凝土離析；泵管布置不合理，局部彎頭轉(zhuǎn)彎半徑過小；選料配合比不當(dāng)，骨料內(nèi)超徑料較多，坍落度不穩(wěn)定；泵車操作員業(yè)務(wù)不精，操作不當(dāng)，送料不連續(xù)；拌和站距離現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)距較大，單車混凝土料充灌停頓時(shí)間過長(zhǎng)，坍落度損失大，現(xiàn)場(chǎng)工人質(zhì)量意識(shí)差，隨意向攪拌車或泵車內(nèi)加水等。避免堵塞建議骨料采用天然砂礫石料，混凝土相對(duì)和易性更好，如采用人工骨料，需采用一級(jí)配，最大骨料粒徑20mm，相對(duì)提高砂率，添加粉煤灰，增加混凝土流動(dòng)性，提高混凝土可灌性。

（2）根據(jù)氣溫嚴(yán)格控制到工作面混凝土的坍落度，因故暫停時(shí)間太長(zhǎng)，坍落度損失大于40mm，混凝土需廢棄或需調(diào)配到其他滿足標(biāo)號(hào)要求的倉(cāng)面使用。

（3）模袋鼓包。產(chǎn)生的原因主要是模袋內(nèi)攀筋與聯(lián)結(jié)帶出現(xiàn)松脫或斷裂，混凝土充灌壓力過大，施工需做調(diào)整。但現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停止泵輸送料，采取在混凝土初凝之前人工割破鼓包處的模袋布，并將鼓包部分的混凝土排放掉，再采用鋼針將模袋割口縫接好，割破口較大時(shí)內(nèi)部加襯一層同類模袋布。

（4）模袋鼓脹。主要是因混凝土充灌速度過快，壓力不勻引起的模袋內(nèi)骨料集中，出現(xiàn)局部堵塞。預(yù)防辦法是先對(duì)即將充灌的模袋配備水泵抽水沖洗模袋，潤(rùn)濕其表面，施工時(shí)注意加強(qiáng)泵車操作人員和模袋口指揮員配合，在充灌時(shí)邊充灌邊踩踏擠壓模袋混凝土表面，加強(qiáng)混凝土料的流動(dòng)，同時(shí)將混凝土泵壓力控制在0.2MPa左右。

（5）混凝土料充填不飽滿或未灌入。充填不滿，應(yīng)打開灌口，再行補(bǔ)灌。難以充灌到位或未灌入的部位應(yīng)在未灌入處的中間、靠邊緣縫紉線處另開灌口，灌后應(yīng)塞入單層土工織物并加荷載，防止混凝土回流。

5 結(jié)束語(yǔ)

潼南航電樞紐二期工程過水圍堰計(jì)劃工期3個(gè)月，包括填筑12萬(wàn)m3，鋼筋石籠2m3/只共計(jì)10000多只，面板混凝土約2萬(wàn)m3等。工期緊，度汛壓力大，設(shè)計(jì)將部分拋石和鋼筋籠護(hù)面采用模袋混凝土后，上、下同時(shí)施工，模袋混凝土每個(gè)班配置約10人，每天施工500m2左右，一個(gè)月完成12000m2，對(duì)比拋石和鋼筋石籠大量節(jié)省人工，最終確保了整個(gè)潼南樞紐二期工程過水圍堰提前16d完成，后續(xù)施工期圍堰度汛安全、有效。實(shí)踐證明采用該方案具有防沖效果好、適應(yīng)性強(qiáng)，尤其具備可直接在水下施工、可連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，能夠在保證工程質(zhì)量前提下，加快施工進(jìn)度，節(jié)約建設(shè)投資，值得在圍堰防護(hù)或其他堤防工程中進(jìn)一步推廣使用。