1．施工准备
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20～30cm，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。
2．水下铺设模袋水下铺设
模袋存在着浮力和水流作用下的漂移问题。解决的办法是在模袋端部增设穿管布，在穿管上加压重，顺流将一端沉入水底，然后由潜水员牵引至设计位置，在充灌前采用砂卵石压重防止浮移，为防止铺设异形模袋产生错位问题，可先以实测桩基墙壁的最大边点和最小边点为特征点在模袋上找出相应点并作标记，潜水员根据标记准确定位。
3．模袋砼充灌
受隔流墩桩基墙上端有承台封顶等条件限制，混凝土的泵送和灌注存在较大困难，尤其是不能直接采用硬管而使用软管，当在水下变换油口时，水泥浆的流失容易发生堵塞。施工者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，保证处的顺利泵送。为防止一次充灌不满，在每个模袋单元设4个灌口的基础上加设2个备灌口，若一次充灌不满，打开备灌口再充。模袋混凝土充灌过程中主要应注意和解决如下几个问题：(1) 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20min。(2) 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。(3) 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。应特别注意两片间的联接、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天，要求在此期间护坡表面处于润湿状态。

模袋混凝土技术在水利建设中的应用

王宏江 朱永庚 张彤宇

　　模袋混凝土技术是我国20世纪80年代初从国外引进的一项现浇混凝土新技术，它采用织物模袋做软模具，通过混凝土泵将砂浆或混凝土充灌进模袋成型，起到护坡、护底、防渗等作用。它具有整体性好、耐久性好、地形适应性强、施工速度快、省工省时，并可以在水下铺设充灌施工等特点，可以应用在道路、水库、河渠、海堤、港湾等工程上，因此在国内应用发展较快。天津市水利局自1986年即组织开展此项技术的试验研究，结合天津市引滦工程建设和其他水利工程管理需要，进行大量的模袋混凝土试验应用，取得了很好的应用效果，摸索出一套易于推广的充灌施工工艺，为模袋混凝土的广泛应用奠定了很好的基础。

　　一、模袋混凝土在天津市水利建设中的试验应用

　　1.引滦明渠大张庄段模袋混凝土护坡

　　该段工程位于引滦工程大张庄段输水明渠左岸，进行了6500m2的模袋混凝土工程，模袋形式为带滤点型，模袋混凝土设计厚度为12cm，充灌材料为流动混凝土，设计抗压强度为20MPa，混凝土设计抗冻标号为D150。现场从边坡清淤清坡开始到全部工作完成，仅用20天时间，模袋混凝土充灌施工过程仅用８天时间即告完成。该工程主要特点为打破了带滤点型模袋只能充灌砂浆，不能充灌混凝土的国外施工经验的束缚，采用带滤点型模袋充灌流动混凝土，应用效果非常好，降低了材料成本，提高了技术应用价值。

　　2.引滦黎河模袋混凝土跌水坝试验应用

　　引滦黎河大安乐庄桥上跌水坝段河底宽70m，设计输水流量60m3/s。坝址处5年一遇洪水流量为240m3/s，10年一遇洪水流量为380m3/s，大安乐庄桥上跌水坝设计控制流速为1.0m/s。本工程设计按输水流量60m3/s设计，输水流量75m3/s校核，坝体横断面结构形式为实用堰型，顶宽3.0m，上游侧边坡坡比为1∶2，现浇模袋混凝土伸入上游河底，下游侧边坡坡比为1∶1，模袋混凝土一直伸到消力坎形成消力池。为约束水流减轻对护坡底部冲击，堰顶两侧设计高出堰顶1m的戗台，由混凝土预制块构成。

　　为了更好地了解模袋混凝土跌水坝的水流、消能防冲特征，进一步优化消力池、海漫及防冲槽的结构形式，保证工程设计的质量和跌水坝工程运行的安全可靠，进行了混凝土跌水坝水工模型试验。试验要求对正常输水及5年一遇、10年一遇洪水条件下的跌水坝的水流流态、水深、流速、冲刷情况进行研究，以提高消能效果和优化上、下游水流的衔接方式。

　　经过室内的多方案试验比较，采用方案为：在距跌水坝堰顶7.5m处设高0.45m、宽0.45m的一道消力坎，在距消力坎5.1m处设一排高0.45m、平面尺寸0.3m×0.3m的消力墩，间距为0.3m。该方案在正常输水及5年一遇、10年一遇洪水流量情况下的消能效果和水流衔接条件皆良好。使海漫末端的水流流速、水深调整到与下游河道的水流流速、水深基本一致，可减轻对防冲槽的冲刷破坏，保证工程安全。

　　河底跌水坝坝体基础利用原有的跌水坝基础，坝坡面覆盖一层300g/m2无纺土工织物，然后覆盖织物模袋以充灌混凝土，顺河道方向布置，每块模袋材料之间搭接布宽50cm，其中河底模袋混凝土厚30cm，两岸边坡采用15cm厚模袋混凝土，混凝土的设计抗压强度为25MPa，混凝土设计抗冻标号为D150。坝下游消力池模袋混凝土通过混凝土之间的分缝以降压，从而提高稳定安全系数。

　　1998年5月首先进行分段围堰法施工，采用推土机开挖，人工找平、清理、整平河底及两侧1∶5边坡，砌筑消力坎、消力墩及两侧戗台，坝后端及消力池、海漫边坡铺设一层无纺土工织物做反滤层。从6月2日开始进行左岸河底、边坡护面的模袋混凝土充灌施工，混凝土坍落度控制在23～25cm之间，相应配套搅拌机2台，要求供应混凝土搅拌料不能间断30分钟，增强模袋混凝土的整体防冲抗浮能力。至6月13日模袋混凝土充灌施工全部完成。随后进行土工网石笼软体排防冲槽施工成型，最后进行模袋混凝土跌水坝整体工程的封顶等整理工作，模袋混凝土工程量为870m3。在1998年6月大汛前，历时1个月，现场模袋混凝土浇筑仅用8天即告完成。通过以上工作，即完成引滦工程黎河模袋混凝土跌水坝试验工程。

　　该项工程将模袋混凝土护坡技术应用于引滦工程黎河跌水坝工程上，改变了以往全断面砌筑混凝土预制块修筑跌水坝的方式，针对模袋混凝土技术在防汛河道跌水坝上应用的结构形式及坝下消能等主要问题，通过水工模型及室内试验的研究，解决其坝型结构及坝下消能方式及施工关键问题，拓展模袋混凝土技术的应用领域。1998年8月，竣工后仅1个月，即经历了280m3/s洪水流量的考验，工程运用状况很好，确保了工程运用安全和正常使用。该项工程设计目标顺利实现，成为国内工程应用方面的创新设计和最新应用，为国内工程领域推广应用模袋混凝土技术提供了应用参考和借鉴。

　　3.汉沽海挡工程模袋混凝土护坡工程

　　汉沽海挡工程采用模袋混凝土，根据《水利水电工程合成材料应用技术规范（SL/T225-98）》土工模袋抗漂浮所需厚度公式计算。天津市水利勘测设计院海挡工程设计中工程等级为Ⅱ级，设计标准为50年一遇，潮位标准4.69m，堤前水深为2.69m，堤前波高Hω为1.48m，波长Lω为40.9m，模袋宽度Lｒ分别为1m、2.5m、17.5m。根据有关公式的计算结果，汉沽蛏头沽段海挡两侧模袋混凝土厚度选择为30cm，其底部铺设一层400g/m2的无纺土工织物，模袋混凝土设计抗压强度为25MPa，抗冻标号为D150。

　　蛏头沽段海挡工程模袋混凝土护坡工程施工分成两部分来做，必须首先完成其基础、坡面的整平、夯实工作，然后进行浆砌石基础及包角处的浆砌石施工，在此基础上依次从外向里、从下至上的模袋混凝土现场充灌施工，模袋混凝土块与块之间的搭接必须处理好，以增强模袋混凝土护坡工程的整体防冲淘能力。首先进行南侧的模袋混凝土充灌施工，施工面积为600m2，厚度为30cm，实际充灌施工时间为2天，随后进行北侧的模袋混凝土充灌施工，同样规模的模袋混凝土充灌施工仅用了1天即全部完成。蛏头沽段海挡模袋混凝土护坡工程的顺利实施，体现了模袋混凝土技术的优越性，发挥了模袋混凝土技术的各种优点，达到海挡工程的高标准设计要求，发挥了新技术的技术经济效果。

　　4.引滦入津水源保护工程模袋混凝土护底

　　2001年5月，天津市饮用水源保护工程潮白河段明渠试验段工程（桩号5+578～5+796），本工程护砌型式为218m模袋混凝土护底，模袋混凝土设计厚度为10cm，底宽22m，长度218m，模袋混凝土工程量为490m3，模袋混凝土设计抗压强度为20MPa，设计抗冻标号为F100。该区段渠底淤泥很厚，清淤到设计渠底高程时，淤泥深度仍然有半米深，为了保证施工按期完成，采取先铺一层300g/m2土工织物，上铺10cm厚的碎石垫层，然后进行模袋混凝土充灌施工，施工速度较快，非常适应软基上施工作业，并且减少了淤泥土方开挖及碎石垫层方量，4900m2护底模袋混凝土充灌施工仅用了6天时间。虽然平整度在软基上不易控制，但是这次施工中模袋混凝土整体性能好，充灌施工速度非常快，减少了许多材料运输、倒运，劳动强度低，减少了劳动用工，质量容易控制，大大缩短了施工时间，特别适合于引滦水源保护工程明渠护砌施工工期短、工程量大的施工特点要求。

　　2001年10月，天津市饮用水源保护工程明渠06标段窝头河倒虹吸处护底工程开工。该段由于窝头河倒虹吸内城市污水上冒渗漏非常严重，严重影响引滦入津水质。为确保治理水质污染工程的目标，决定在窝头河倒虹吸上面采用整体性能较好的模袋混凝土技术进行该段的护底施工。该工程护砌形式为180m模袋混凝土护底，模袋混凝土设计厚度为10cm，底宽22m，模袋混凝土工程量为400m3，模袋混凝土设计抗压强度为20MPa，设计抗冻标号为F100。为了保证上冒渗漏问题的解决，采取上面铺一层0.3mm厚/300g/m2的复合防渗土工织物，然后进行模袋混凝土的充灌施工，施工速度极快，4000m2的模袋混凝土护底充灌施工仅用了5天时间，即告完成。平整度比试验段模袋混凝土在软基上的充灌施工要好。这次施工中模袋混凝土整体性能好，充灌施工速度快，劳动强度低，减少了劳动力，模袋混凝土施工质量容易控制，大大缩短了工程施工时间。

　　二、模袋混凝土应用中存在的问题

　　① 施工机械设备问题直接影响工程正常施工和进度。

　　② 充灌材料必须满足施工设计要求，否则影响正常充灌施工的进度和质量。

　　③ 织物模袋质量与工程质量有着密切的关系，在工程应用时，必须首先通过小块模袋的充灌试验来确定模袋的具体型号和尺寸，保证工程正常使用。

　　④ 设计、应用单位需全面了解掌握该项新技术工艺后，针对具体工程应用情况具体分析设计，并注意解决以上有关问题，按照有关应用、施工规范要求，保证工程应用圆满成功。

　　今后应在现有施工工艺基础上，针对以上存在的有关问题，最大限度地发挥施工机械化和水下施工优势，加快施工进度，降低工程成本，减轻工作强度，充分发挥新技术优势，满足工程设计和生产需要，提高模袋混凝土技术经济效益和社会效益。

应用混凝土模袋防护黄河堤脚的研究

郑万勇 吴韵侠 郭立杰

摘 要 黄河大堤堤基坐落在岩性复杂多变的松软土层上，遇到洪水易造成顺堤冲刷。混凝土模袋以高强低伸的丙纶、锦纶或涤纶复合成的纤维丝为原料，通过机织而成袋状，在其内部充填混凝土，具有整体性能好、强度高、耐磨、抗化学腐蚀等特点。根据多年的治黄实践，采用混凝土模袋加固堤脚堤基的方法，具有施工速度快、省工、省料、技术简单、便于操作等特点，是一种投资少、见效快、群众易于接受的新方式。通过近几年的研究，可按工程要求制成各种形状，灌注时柔性好，成型后紧贴地面，适用于各种复杂地形；也可水下施工，不需做围堰，施工机械化程度高、速度快、工程维护费用低。

关键词 黄河大堤 混凝土模袋 铺放 裹护 防护堤脚

一、黄河临河堤脚的现状

　　黄河下游防洪大堤的堤脚从左、右两岸的堤段来看，均不同程度地存在地势低洼现象，不少地段还有串沟、坑塘积水，堤脚长期遭受浸泡，给黄河大堤的安全带来较大的隐患。

　　历史上，黄河大堤多次发生决溢、改道，河槽摆动频繁，使河床不同岩相沉积叠置、堆积。因此，黄河大堤堤基坐落在岩性复杂多变的松软土层上，遇到洪水易造成顺堤冲刷，在堤脚处留下许多坑塘和串沟，多数都相互连通，严重影响堤防的安全性。

　　而黄河堤防多为人工就近取土填筑，采用粉砂土，土质粘连性极差，在高水位长时间作用下，堤基易渗透破坏，造成管涌、流土、液化等，堤身土体抗剪强度降低，发生漏洞、裂缝、滑坡等险情。尤其是堤防的逐年培高，堤身长时间受高水位浸泡，在设计浸润线毛细管饱和极限范围以外，只允许在短期内呈饱和状态，若饱和时间过长，堤身土料防渗能力大为减弱，抗剪强度大大降低。

　　近年来，由于堤防加高培厚的需要，不少地段存在扶堤取土的现象，致使临河堤脚地势全线下降。地势的变化，加之串沟等因素，给大洪水顺堤行洪创造了条件，也带来了严重的危害。河水、滩区和堤脚地势三者的互变性给大堤防洪能力带来威胁，隐患时时存在。

　　以“96·8”洪水为例，当时洪水流量只有7000～8000m3／s，就造成了多处防洪控导工程出险。如遭遇流量1.5万～2万m3／s的洪水，大堤堤脚平均 3m以上的部分都将偎水。洪水顺串沟、坑塘流动，对大堤堤基形成冲刷和浸泡，后果将不堪设想。

二、混凝土模袋加固堤脚堤基方法

　　消除堤脚地势低洼的方法有多种，如疏浚河道、清淤排泄、混凝土护坡、砌石护坡、平整串沟、填筑坑塘、土方抬高地势等，但这些方法在运用过程中，均存在时间较长、投资较大等问题。

　　结合多年治黄工程实践调查研究，混凝土模袋加固堤脚堤基的方法，具有施工速度快、省工、省料、技术简单、便于操作等特点，是一种投资少、见效快、群众易于接受的新方式。

　　混凝土模袋为高强化纤长丝纺织而成的成品袋状织物，在压力下干袋内充灌流动性混凝土或水泥砂浆，硬化后形成混凝土(或砂浆)板块，主要有矩形、框格形、铰链形、梅花形和哑铃形等系列产品。这种高强机织模袋布选用高强低伸的丙、锦、涤纶复合纤维丝为原料，抗拉强度高、耐磨，抗顶破性能好，抗化学腐蚀。

　　实际上，高强机织混凝土模袋，是一种软体混凝土模板，其特点是强度高、抗冻性强(可耐-40℃)、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。这种技术还可以水下施工，不需做围堰，护坡整体性好；抗风浪、水流冲击能力强。与砌石护坡相比较，具有机械化施工程度高，工期较短，工程维护费用低，不易被动物破坏等特点。

　　1．混凝土模袋防护堤坡、堤基的构造和施工方法

　　使用混凝土模袋保护黄河大堤的堤基和堤脚，首先要依河势自上而下确定高程点，上控点可选择在堤脚上3m，下控点定在堤脚(堤基)下1.5～2.0m。

　　堤坡清除杂草等物，不需平整，依原堤坡形式即可。堤脚(堤基)可用人工或机械开挖成1.5～2.0m的槽便于模袋垂放。

　　上述工作完成后即铺放模袋，灌充混凝土或砂浆。混凝土的强度等级不宜低于C20，模袋的充填厚度，可控制在150～200mm。充填饱满后，用50em覆盖夯实。堤脚的槽可用原土水灌淤实。

　　2．混凝土模袋的构造要求

　　混凝土模袋用于护坡、护底，其主要构造有以下3部分。

　　顶部覆盖：对模袋混凝土的顶面进行保护，一般宜采用浆砌块石或黏土覆盖。对于有地面径流的坡顶，应设截流沟或其他防止地表水侵蚀模袋下部基土的措施。

　　底部加固：可在坡脚处开沟、回填或用混凝土块，以提高模袋的稳定性。侧翼加固：应开沟槽，在两侧模袋底端设压脚棱体或块体；河岸宜使模
袋混凝土下端伸过设计冲刷线以下 0.5m，并用块石保护，以防冲刷。

　　3．施工方法

　　(1)现场准备工作。包括施工基线布置、高程控制点、施工放样以及做好施工照明等。

　　 (2)清整浇筑场地。按设计要求进行修坡或挖泥：坡面平顺、无明显凹凸现象，表面平整，无杂物；开挖上、下锚固沟槽。

　　(3)模袋铺设。展开模袋，在其上下端插入挂袋钢管，移至坡面；设置上缘固定桩和松紧器，将模袋上端挂在松紧器上调节张力，从坡上往下铺设，如图1所示。

　　 (4)充填模袋。将混凝土拌和好，利用泵车充填。自下而上按次序进行。充填1小时后即可清除表面灌浆，回填埋护沟，并且按规定养护。

　　4．模袋混凝土护坡抗滑稳定性验算

假定模袋混凝土护坡沿坡面产生滑动，见图2，其抗滑稳定安全系数K可按下式验算。



图1　模袋铺设平面示意图



图2　模袋护坡抗滑稳定计算示意图


　　Kcs＝(L3+L2cosα)fCS/sinθ

　　式中，KCS为模袋混凝土与堤防土体的抗滑稳定安全系数；L3为模袋混凝土护坡的坡面长度；L2为模袋混凝土在坡角的水平和长度；fCS为模袋混凝土与堤防土体的摩擦系数；θ为堤防的坡角(护坡与水平面的夹角)。一般经过计算，抗滑稳定安全系数K值不得小于1.5。

表1　充填混凝土的设计配合比表


设计配合比序号 水泥:砂:石 估计水泥用量（kg/m3) 备　　注
1 1:2.56:2.098 350 以含气量5%、水灰比0.65计，采用325号普通硅酸盐水泥。
2 1:2.73:2.23 335
3 1:3.08:2.52 308

　　5．模袋充填施工中应注意的几个问题

　　(1)泵送机械选择。模袋工程在选择泵送机械时最好能通过模袋小样试灌来选择泵车，一般出口压力应控制在2kg/cm2(0.2MPa)为宜。

　　(2)骨料的粒径。根据泵送混凝土的要求，粗骨料粒径是泵送管道直径的 1/3较为适宜，一般骨料的最大粒径以 25mm为宜。此外，模袋厚度对于骨料也有一定的要求，当混凝土模袋厚度在 15～20cm时，骨料的粒径在10～15mm较为适宜；25～75cm成型厚度时，粗骨料的粒径以15～25mm为宜。

　　(3)管道堵塞问题。骨料中的大骨料、异杂物应当滤去，以免堵塞管道。

　　 (4)坍落度。为了便于工程施工，保证模袋施工质量，一般要求坍落度为21±2cm。

　　(5)设计配合比。充填混凝土的设 计配合比，一般应进行现场试验确定，也可以结合工程实际情况，参考南京水利科学研究院试验成果资料，按表1选用。坑塘部分可探明水下地形，依势将模袋沉于水下，充灌混凝土，既可减少抛撒石料，打围堰，又可维持坑塘原状，起到护坡、护基的效果。高强机织模袋充灌混凝土，形成混凝土模袋，将大堤的堤坡、堤脚裹护起来，在洪水偎堤行洪时，不仅可以防止堤脚的冲刷和堤基的破坏，保护土体的完整性，不出现坍塌滑坡；而且在个别堤段出现小面积渗水、滑坡时，可以用混凝土模袋及时补救，保护黄河大堤安全度汛。

参考文献：

1.水利部黄河水利委员会，黄河防汛总指挥部办公室编．防汛抢险技术．郑州：黄河水利出版社，1999
2.董哲仁．堤防除险加固实用技术．北京：中国水利水电出版社，1998
3.胡一三．中国江河防洪丛书，黄河卷．北京：中国水利水电出版社，1996
4.杨树林．河道修防工与防治工．郑州：黄河水利出版社，1997
5.尤宝良．东平湖治理与运用．郑州：黄河水利出版社，1999

(作者单位：郑万勇、吴韵侠为黄河水利职业技术学院，郭立杰为新乡市黄河河务局第一工程处)
责任编辑 陈 刚

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