模袋混凝土技術(shù)在南水北調(diào)東線工程中的應(yīng)用

徐水平，王海周

（河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，450011，鄭州）

模袋混凝土技術(shù)是我國(guó)20世紀(jì)80年代初從國(guó)外引進(jìn)的一項(xiàng)現(xiàn)澆混凝土新技術(shù)，在沿海堤防、河坡護(hù)岸工程中應(yīng)用較廣。模袋混凝土護(hù)坡就是以機(jī)織土工模袋作柔性模板，利用混凝土輸送泵將細(xì)石混凝土壓入模袋，形成具有一定厚度、一定平面尺寸的混凝土單元，若干單元通過(guò)模袋布聯(lián)結(jié)成整體，從而達(dá)到護(hù)坡的功能。模袋混凝土護(hù)坡與傳統(tǒng)的砌體及澆筑體工程比較，具有地形適應(yīng)性強(qiáng)、整體性好、施工速度快、節(jié)省費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，特別是具有水下施工方便的優(yōu)越性。本文以南水北調(diào)東線工程山東境內(nèi)某運(yùn)河段模袋混凝土護(hù)坡工程為例說(shuō)明其應(yīng)用。

一、工程概況

南水北調(diào)東線工程山東省境內(nèi)某運(yùn)河段模袋混凝土護(hù)坡工程全長(zhǎng)4km，設(shè)計(jì)河底寬度150 m，河底采用平底，河底高程均為28.7 m，河道設(shè)計(jì)坡比為1∶4。該運(yùn)河流域四季分明，夏熱多雨，秋旱少雨，多年平均氣溫為14℃，多年平均年降水量為667.3 mm，降水量年內(nèi)分配不均勻，主要集中在汛期6—9月份，多年平均汛期降水量為478.0 mm，占年均降水量的71.6%。

該工程主要工程量為全段河道斷面的擴(kuò)挖，土方工程量大，工期緊、任務(wù)重；全段邊坡的護(hù)砌采用C25（抗?jié)BW6、抗凍 F150、厚度 0.2 m）模袋混凝土護(hù)坡（在不斷航情況下施工），由于坡比大，給模袋混凝土護(hù)坡充灌增加了一定難度，需合理控制充灌壓力。

二、選用材料及配合比

該護(hù)坡工程模袋采用國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的模袋；細(xì)骨料采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)砂；粗骨料采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)碎石，規(guī)格為5～20 mm，級(jí)配為5～10 mm的占30%，10～20 mm的占70%；選用P.O42.5水泥；外加劑選用某高新材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的外加劑；摻和料采用當(dāng)?shù)啬畴姀SⅡ級(jí)粉煤灰。

護(hù)坡工程混凝土理論配合比為水泥及粉煤灰︰細(xì)骨料︰粗骨料︰外加劑︰水=1︰2.19︰2.78︰0.022︰0.43，每立方米混凝土中水泥、粉煤灰、細(xì)骨料、粗骨料、外加劑、水的用量分別為 298 kg、74 kg、813 kg、1 034 kg、8.18 kg、161 kg，坍落度為 205 mm。

三、施工工藝流程

模袋混凝土施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖→繪出模袋縫制圖、生產(chǎn)與縫制模袋→人員、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→施工用電接入現(xiàn)場(chǎng)→安裝輸送泵管道→模袋進(jìn)場(chǎng)分布→定位→陸上錨固系統(tǒng)安裝→輸送系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試→模袋鋪設(shè)固定→輸送管接入模袋灌口供料充填→模袋混凝土養(yǎng)護(hù)。

四、施工方案

1.測(cè)量放線

一般的模袋混凝土施工前都要進(jìn)行理坡工作，以保證模袋混凝土成品的平整度。因此，必須按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，對(duì)需要施放袋裝砂理坡的坡肩、坡腳線和邊線進(jìn)行放樣，并將高程點(diǎn)在相應(yīng)位置的鋼釬或者竹竿上進(jìn)行標(biāo)志 (鑒于后期的整體沉降以及竣工驗(yàn)收，可以考慮預(yù)留一定的沉降量)，為理坡做好充分的準(zhǔn)備工作。

2.精整坡

施工工作面應(yīng)符合圖紙要求，上平臺(tái)、下平臺(tái)及坡面應(yīng)平整，若整坡不平，將嚴(yán)重影響模袋護(hù)坡外觀，甚至混凝土在模袋布內(nèi)不能很好流淌，導(dǎo)致灌不飽或頂破模袋布而引起質(zhì)量事故，以及造成模袋縮率過(guò)大等。如有淤泥應(yīng)予清除，以免影響模袋鋪設(shè)及充灌成形后的下沉。模袋混凝土護(hù)坡的坡比要符合設(shè)計(jì)要求，整坡后，坡基坡比容許偏差±5%，渠底高程應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。整坡工序結(jié)束后，應(yīng)由建設(shè)單位會(huì)同施工單位、監(jiān)理單位進(jìn)行驗(yàn)收，合格后才可進(jìn)行下一道工序的施工。

3.實(shí)測(cè)坡面圖

實(shí)測(cè)坡面圖如有與設(shè)計(jì)不符需及時(shí)溝通，為縫制模袋和水下施工提供依據(jù)。

4.縫制模袋

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)，繪制模袋加工單元形狀、尺寸和灌入口位置等縫制圖，安排落實(shí)生產(chǎn)模袋。模袋縫制加工應(yīng)考慮縱橫向的充灌縮率，先按縱向3%、橫向7%，然后按實(shí)際調(diào)整，確保留有余地，確保模袋充灌成形尺寸符合規(guī)定要求；考慮到加工成形模袋布的實(shí)際重量和鋪設(shè)方便性，每幅模袋寬10 m（兩倉(cāng)），由于無(wú)紡布與模袋布的材質(zhì)不同，1.6 m無(wú)紡布搭接不與模袋布預(yù)先縫接，模袋上沿留Ф100 mm的管套（穿管布）。

5.施工準(zhǔn)備

做好技術(shù)交底工作，勞動(dòng)力的組織分工要明確；混凝土輸送泵車就位，輸送管一套（單側(cè)岸線），輸送管安裝盡量順直，調(diào)節(jié)彎曲半徑不小于1.0 m，每節(jié)鋼管固定點(diǎn)不少于2處；模袋布運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，上用彩條布覆蓋，防止暴曬，以免織物強(qiáng)度降低而影響工程質(zhì)量；應(yīng)計(jì)算好混凝土攪拌所需時(shí)間，配足人員及裝載車輛，保證商品混凝土的連續(xù)供應(yīng)；施工用船（長(zhǎng)度30 m以上，最好采用平底船）兩艘，用于鋪布及輔助潛水等；人員、設(shè)備調(diào)遣進(jìn)場(chǎng)安置；機(jī)械、設(shè)備就位，在河岸東側(cè)布置一套全自動(dòng)HZS90拌和站，ZB—15裝載機(jī)進(jìn)行堆料、上料，每小時(shí)生產(chǎn)能力90 m3，以供模袋混凝土充灌使用，整體配備10輛以上混凝土運(yùn)輸罐車。若拌和站生產(chǎn)混凝土量不能滿足施工需要時(shí)，采用商品混凝土進(jìn)行補(bǔ)充。

6.模袋鋪設(shè)

（1）模袋布的鋪設(shè)

鋪設(shè)模袋布的設(shè)計(jì)斷面達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)隱蔽工程驗(yàn)收后(標(biāo)高28.5 m為下平臺(tái)，必須整平，無(wú)坑洼，無(wú)凸出坡面石塊)，方可鋪設(shè)模袋布；將已按設(shè)計(jì)要求縫好的模袋布平鋪在設(shè)計(jì)斷面上，上平臺(tái) （標(biāo)高34.8 m）留4.5～4.7 m，水下用鋼管帶模袋插入水中，待混凝土充灌完畢鋼管拔出。

（2）模袋布之間搭接

模袋布?jí)K與塊之間搭接時(shí)，須把前一塊布的搭接反濾布平鋪好后再鋪設(shè)下一塊模袋布，采用8號(hào)鐵絲做成U形環(huán)將模袋下邊沿與反濾布連接，插入土中，上邊沿（模袋布表面）采用手工縫制對(duì)接，連縫平均不大于2 cm，并保證塊與塊之間的密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)厚度的50%以上。依次將縫制對(duì)接好的模袋布拉入水中定位。

（3）模袋定位

在坡頂打入木樁或鋼釬，作為錨樁用，兩錨之間為每塊模袋混凝土的澆筑范圍，模袋上端穿插鋼管，每邊外露約25cm，鋼管端部焊系環(huán)，用5／8鋼絲扣串5T葫蘆系在陸上錨樁上，鋼絲扣長(zhǎng)度事先按現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡的斜長(zhǎng)計(jì)算好，5T葫蘆用來(lái)調(diào)節(jié)模袋上沿的位置，宜與現(xiàn)澆邊坡下沿重疊0.5m。模袋下端穿插鋼管，外露25cm，由潛水員向下將模袋理平，直至下沿鋼管，用繩扎牢。

（4）模袋鋪放注意事項(xiàng)

①模袋鋪設(shè)前應(yīng)設(shè)定位樁及拉緊裝置，定位樁宜打設(shè)在坡頂距離模袋 1.5～2.0 m 處，其間距宜為 1～2 m，且每塊模袋不少于4根，同時(shí)，每根定位樁上均應(yīng)該設(shè)置緊張器或者滑輪。

②模袋在鋪設(shè)時(shí)縱橫向都應(yīng)該留有一定的收縮量，縱向收縮較大，一般根據(jù)典型施工進(jìn)行控制。

③模袋在鋪展、壓穩(wěn)后，應(yīng)拉緊上緣固定繩索，防止模袋下滑。

④為了防止水流、涌浪對(duì)模袋擾動(dòng)及其他因素對(duì)模袋產(chǎn)生的破壞，必須在模袋鋪設(shè)后及時(shí)進(jìn)行混凝土充灌。

⑤為了保證模袋充灌的流暢，對(duì)混凝土的要求較高，坍落度必須較大，一般在200 mm左右，根據(jù)不同的標(biāo)號(hào)還需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)施工確定。

⑥一次澆注混凝土的高度還需要通過(guò)計(jì)算和典型施工進(jìn)行確定，其與混凝土的初凝時(shí)間、模袋拉筋強(qiáng)度、模袋技術(shù)指標(biāo)等有關(guān)。

⑦檢驗(yàn)鋪設(shè)質(zhì)量，符合要求后方可充灌混凝土。

7.混凝土泵送充灌

模袋混凝土的充灌是整個(gè)施工過(guò)程中的關(guān)鍵工序，要做到混凝土攪拌、運(yùn)送、泵送、充灌成形一條龍作業(yè)，把握好充灌速度。所需混凝土必須嚴(yán)格按配合比攪拌，保證坍落度、強(qiáng)度等指標(biāo)。充灌混凝土的順序采取自下而上逐排口逐倉(cāng)充灌 (每4 m為1個(gè)灌口)，每排的充灌順序?yàn)椋河赡４罱拥囊粋?cè)開(kāi)始向另一側(cè)逐口充灌，采用這樣的充灌順序?qū)嶋H上是幾條模袋輪流交替充灌。與同一次連續(xù)充滿一條模袋后再充灌下一條模袋的順序相比，這樣的順序有以下優(yōu)點(diǎn)：

①幾條模袋內(nèi)充灌的混凝土量相差最小，模袋因充漲而發(fā)生的長(zhǎng)度收縮相差不多，這樣便于掌握模袋坡肩位置。

②降低了模袋內(nèi)混凝土面升高的速度，減小了模袋承受的壓力。

③先充灌模袋拼縫一側(cè)的灌口，可避免模袋橫向收縮造成該側(cè)向位移，從而保證了拼縫嚴(yán)密。在一排灌口充灌完畢后，應(yīng)將坡肩端的錨固繩具適當(dāng)放松，以防模袋由于充漲收縮而過(guò)分繃緊，造成充灌困難，甚至將模袋拉壞。一個(gè)灌口充灌完成后，隨即將灌布套內(nèi)混凝土清除，將布套塞進(jìn)灌口并縫合，然后將模袋表面沖洗干凈，這種處置灌口的方法可使模袋表面平整美觀，對(duì)于水下的灌口，將布套綁扎封閉即可?？偟膩?lái)看，充灌混凝土技術(shù)關(guān)鍵是使混凝土具有良好的流動(dòng)性及和易性，并保證充灌作業(yè)連續(xù)進(jìn)行。

8.水下模袋混凝土充灌

潛水員入水后摸準(zhǔn)模袋灌注口，指揮水上吊放泵車軟輸送管口，吊放至模袋灌注口后由潛水員將軟管口插入袋口，扎牢后，即開(kāi)機(jī)輸送灌注混凝土。灌注時(shí)潛水員在水中站立于袋口位置時(shí)常檢查袋口是否出現(xiàn)石子堆積、是否產(chǎn)生混凝土輸送不流暢致使壓力增大、導(dǎo)致加固筋和模袋布脹脫、產(chǎn)生灌注厚度加大的現(xiàn)象，影響表面美觀。同時(shí)還需檢查灌注范圍是否灌實(shí)。

充灌程序采用自下至上的充灌方法，模袋在充灌進(jìn)混凝土后，模袋布會(huì)出現(xiàn)膨脹拉緊，此時(shí)需調(diào)整上口邊固定槽鋼的拉緊葫蘆，做好張力放松工作，以防模袋灌注不飽滿。整塊袋布灌注結(jié)束后，取出固定鋼管，清洗泵車及管道。

水下模袋混凝土充灌應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

①泵送過(guò)程中，受料斗內(nèi)應(yīng)有足夠的混凝土，以防止吸入空氣產(chǎn)生阻塞，并且要有專人看管受料斗，防止大的骨料或雜物進(jìn)入泵車內(nèi)，造成管道堵塞。

②混凝土輸送高壓軟管插入模袋的灌注口內(nèi)100～150 mm且臥放，管口有專人負(fù)責(zé)插口、扎口，把袋口扎牢；嚴(yán)格注意混凝土的流淌性。泵送時(shí)應(yīng)注意噴灌范圍及模袋受壓是否均勻，以防壓力過(guò)大引起鼓包現(xiàn)象，如發(fā)生鼓包現(xiàn)象，立刻停泵，處理好后再噴灌。

③水下潛水員用水下對(duì)講機(jī)與管口操作工聯(lián)系，管口操作工與泵機(jī)操作工用對(duì)講機(jī)及時(shí)聯(lián)絡(luò)，以免混凝土過(guò)充。

④混凝土充灌過(guò)程中，施工人員應(yīng)注意保持模袋布的平整，拔管時(shí)帶出的混凝土應(yīng)立刻用自來(lái)水沖掉，保證模袋布的表面潔凈。

⑤由于本工程模袋布長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，底坡為新開(kāi)挖土質(zhì)，為防止滑坡，采用先充灌（標(biāo)高35 m左右）和上溝底用于固定模袋布，再由潛水員充灌水下下平臺(tái)（標(biāo)高28.7 m）及自下而上充灌坡面，上平臺(tái)與斜坡間采用臨時(shí)隔斷（人工縫隔斷線），待整倉(cāng)模袋布接近飽滿時(shí)解除臨時(shí)隔斷線。

⑥模袋布按設(shè)計(jì)圖紙制作，本工程模袋布平均厚度為20±2 cm，按國(guó)標(biāo)GBT 17640—2008執(zhí)行。

五、充灌過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)和需解決的問(wèn)題

1.充灌混凝土注意事項(xiàng)

混凝土具有良好的流動(dòng)性才能保證其在模袋內(nèi)流動(dòng)，不同坍落度的混凝土在模袋中的流動(dòng)表現(xiàn)為不同形態(tài)。坍落度在230 mm以上的混凝土進(jìn)入模袋后由灌口直接向下流動(dòng)，然后自下而上將模袋充滿。這種情況下，混凝土在模袋內(nèi)主要靠自重流動(dòng)，充灌作業(yè)簡(jiǎn)便，質(zhì)量也有充分保證。而坍落度為200～220 mm的混凝土在模袋中由灌口向四周呈輻射狀流動(dòng)。這種情況下模袋內(nèi)混凝土主要是在泵壓力推動(dòng)下強(qiáng)制移動(dòng)，壓力由灌口向四周擴(kuò)散，并且隨著離灌口距離的增加而迅速減小，隨著模袋中充灌混凝土范圍的擴(kuò)大，充灌難度也增大，需要不斷進(jìn)行踩踏疏導(dǎo)。應(yīng)特別注意，上述所要求的混凝土流動(dòng)性，應(yīng)該在充分保證混凝土和易性的基礎(chǔ)上取得，和易性較差的混凝土也常常會(huì)出現(xiàn)充灌時(shí)的阻塞，影響施工質(zhì)量。由于模袋布是透水的，充灌入模袋內(nèi)的混凝土?xí)捎诓糠炙譂B出而很快失去流動(dòng)性，因此在施工過(guò)程中要保證混凝土充灌的連續(xù)性。

模袋混凝土充灌過(guò)程中應(yīng)注意和解決的問(wèn)題：

①為防止堵塞，應(yīng)隨時(shí)檢查混凝土級(jí)配和坍落度；防止過(guò)粗骨料進(jìn)入和堵塞管道；防止泵入空氣，造成堵管或氣爆。

②泵送與充灌作業(yè)人員之間應(yīng)隨時(shí)聯(lián)系，緊密配合，充灌到位后及時(shí)停機(jī)，以防充灌過(guò)程產(chǎn)生鼓包或鼓破。出現(xiàn)鼓脹時(shí)應(yīng)及時(shí)停機(jī)，查找原因并處理。

③隨時(shí)檢查模袋固定是否牢固，以防充灌過(guò)程中模袋下滑。灌完一片后，移動(dòng)設(shè)備，按操作步驟進(jìn)行下一片的充灌施工。應(yīng)特別注意兩片間的聯(lián)接、靠緊。

2.混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土充灌完成后，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行護(hù)面混凝土的清洗、養(yǎng)護(hù)。一般養(yǎng)護(hù)期為7天，要求在此期間護(hù)坡表面處于潤(rùn)濕狀態(tài)。