刘海涛
（湖北大禹水利水电建设有限责任公司，湖北，武汉，430061）
【摘 要】本文介绍南水北调中线一期汉江兴隆水利枢纽船闸工程下引航道应用水下模袋混凝土护底护坡的成功案例。
1．工程概况
兴隆水利枢纽位于汉江下游湖北省潜江、天门市境内，是南水北调中线汉江中下游四项治理工程之一，同时也是汉江中下游水资源综合开发利用的一项重要工程，其开发任务以灌溉和航运为主，兼顾发电。兴隆水利枢纽的主要作用是壅高水位、增加航深，从而保证汉江两岸农田的灌溉引水，并改善华家湾至兴隆河段的航道条件。
兴隆水利枢纽下引航道开挖土质粉壤土及粉细砂，边坡稳定性较差，船闸引航道由新筑隔流堤和上、下游引航道组成，线路中心总长1456m。因模袋混凝土对地形适应性强，施工速度快、整体结合性能强、耐久性较好，为有效保护水下边坡，下引航道两侧水下护底护坡均设计为模袋混凝土。
1.1水文条件
施工设计洪水按丹江口水库现状条件(丹江水库正常蓄水位170m)确定，坝址施工设计洪水(P=5％)流量为15600m3/s(相当于碾盘山17000m3/s)。沙洋水文站位于兴隆坝址上游24.5km，其间无支流汇入。
兴隆水利枢纽坝址附近多年平均气温为16℃，月平均最高气温发生在7月，为28℃；月平均最低气温发生于12月，为3℃，极端最高气温为37.9℃，发生在1961年7月19日，极端最低气温为-16．5℃，发生在1977年1月30日。
1.2 工程地质
下游引航道位于汉江右岸高漫滩前缘，滩面高程35.9-37.2m.自上游而下游逐渐降低。航道底板高程26.5m，下闸首下端呈弧形与汉江主河道相连。
引航道两侧边坡高度11.5m，其下游段约300m边坡上部为粉质壤土砂壤土，总厚度约3.8-4.0m，中部为厚约1.0m淤泥质粉质壤土和厚约0.7-2.5m砂壤土或粉细砂，底部为厚约3.4-4.4m淤泥质粉质壤土，边坡稳定性较差，尤其抗剪强度较低的淤泥质土层对边坡稳定性有较大影响。
1.3模袋混凝土各项技术指标
下引航道开挖后，需要大面积的水下护坡。模袋混凝土起始桩号为坝轴线以下Xz=-409.0，设计模袋混凝土强度等级为C20，一级配细石混凝土，实浇方量10731m3。
模袋混凝土采用铰链块型（RB型）灌混凝土。单块排体10m×2m。每块体纵横向均布2根直径12mm的铰链绳。模袋采用矩形无漏点模袋，材质要求为绵纶，技术要求为：重量不小于500g/m2，单层材料厚度＞0.45mm，经向抗拉强度＞2200N/3cm，纬向抗拉强度＞3000N/5cm，经向伸长率＞14%，纬向伸长率＞12%，垂直渗透系数＞1×10-2~5×10-3cm/s，CBR顶破强度＞3000N。
图1 兴隆水利枢纽下引航道模袋砼护坡设计图
2．施工准备
2.1施工用电
利用现场业主提供的供电线路即可满足施工条件。
2.2施工道路
下游引航道右岸边坡模袋混凝土施工道路利用右侧引航道岸顶做为施工道路，铺设碎石路面进行修筑。
隔流堤因施工道路中断，采用油筒和竹胶板，利用钢管绑扎架于水面形成浮桥。主要用于周转材料及模袋运输、支撑混凝土泵管输送砼。
2.3混凝土拌合系统
模袋混凝土施工所需混凝土采用1套拌和系统进行拌制，结合2台8m3混凝土罐车运输至施工作业面，通过HBT60混凝土泵输送入模袋。
2.4施工用水
施工用水主要为清洗和混凝土养护用水，在航道边坡架设2台潜水泵抽取江水进行混凝土养护及清洗。
3．模袋混凝土施工工艺措施
模袋混凝土工程施工内容包括：清基、坡面整理、无纺布铺设、展铺模袋、充填砼料等施工内容。
3.1施工工艺流程
模袋混凝土施工工艺流程见工艺流程图（图2）。
图2 模袋混凝土施工工艺流程图
3.2施工方法
3.2.1施工放样
根据监理工程师提供的平面坐标和高程控制点，在施工现场建立四等首级平面控制网和四等高程控制网，控制点用砼标墩，各控制点组成的三角形内角大于30°。
3.2.2地形测量
引航道两侧清基、开挖完毕，进行施工区地形测量，并绘制地形图，为模袋混凝土施工创造条件。
为保证模袋混凝土成品的平整度，在铺设模袋前，其下部边坡均需达到设计要求，并验收合格。同时，测量队将模袋混凝土边线及高程控制点在相应位置的竹杆上进行标识，以保证模袋混凝土尺寸符合设计要求。
3.2.3清基、边坡修整与无纺布铺设
（1）采用1～1.2m3反铲清基，引航道边坡采用人工理坡，在坡面上采用“挖高填低”的方法，确保坡面平顺过渡，满足设计坡比。
（2）无纺布铺设
①铺设无纺布前对基层表面进行检查和处理，以满足设计要求。
②无纺布自下而上铺设，无纺布上、下端预留2m以上长度，分别埋入锚固沟内，以防止无纺布滑动。
③铺设无纺布时，在顺坡方向昼减少拼接。拼接一律采用缝接，采用手提高颖纫机和尼龙线缝制两道，顺坡方向采用蝶形接，沿岸坡走向采用平接，接缝形式及长度满足设计要求和相关规范。平地采用搭接，搭接长度50cm。
3.2.4模袋的铺设和定位
（1）模袋铺设程序
模袋铺设程序为：卷铺模袋→设定位桩→张紧装置安装→铺展模袋→铺设后压载→拉紧上缘固定索。
（2）模袋铺设方法
①采用放排法施工，发排宽度4m。施工前固定模袋的上部，以利模袋的施工定位。
②在模袋上、下缘管套中穿插入φ80钢管，以下缘钢管为轴，将模袋卷成卷。
③第一块模袋的铺设时在距埋固沟上缘3.0~4.0m处间隔1~2m打设定位桩。每根定位桩上均配置一只张紧装置，作为调整模袋上下位置的工具。第一块模袋的定位选择靠上游的部位。
④考虑充灌模袋砼时，在纵横向均会产生收缩，为确保模袋砼成型后的位置，在铺设模袋时须预留纵横收缩余量，一般情况下模袋纵向收缩率约1%，横向收缩率约为5%。纵向富裕量留在模袋的上端，横向富裕量留置在相邻模袋的接缝处。
⑤铺展首块模袋时，顺水流方向从上游至下游，随铺随压砂袋，砂袋重量一般每袋15~20Kg左右，间距一般为1~2m。对受风浪影响较大时，用绳索将砂袋连接成串。铺设至末端后采用槽钢将下缘端压紧。
⑥模袋铺设过程中，尽量避免施工机械或人为破坏，一旦发现模袋被破坏，立即报告监理工程师并按照监理工程师的指示更换破损部分或进行补强。
⑦模袋铺设后，为防止模袋因自重而产生的下滑和受风浪作业而影响铺设位置，砂袋压稳后，拉紧模袋上缘固定索。在模袋灌口上系上标志杆，以便明确灌口位置。
⑧水下模袋在模袋铺设定位准确后，派潜水员潜入水中，检查模袋是否沉入水底；并将检查结果报告给监理工程师，以便监理工程师决定是否开始进行混凝土浇筑。
3.2.5模袋的连接与接头处理
（1）第一块模袋：在模袋纵向两边打木桩，以此固定模袋并浇筑混凝土。
（2）从第二块模袋开始的中块模袋的连接时，依次将待浇混凝土模袋的纵向边上的搭接带与上游侧已经浇好的模袋混凝土纵向边上的搭接带拴牢。
（3）接头以放在上游模袋的搭接布上为宜，并与河底紧密相贴，用砂袋压实以防挪位或冲走。
3.2.6混凝土的填充
（1）混凝土的生产
混凝土采取以1#拌和系统拌制为主，2#拌和系统作为备用，通过2台8m3混凝土罐车运输到施工现场，由HBT60混凝土输送泵压入。高温季节施工时为了保持混凝土进入模袋时的塌落度值，预先以水润湿管道，对模袋同样预先润湿。充灌模袋的速度不宜过快，压力不宜过大，一般利用低流量灌注。速度控制在10~15m3/h，管道口压力控制在0.2~0.3Mpa。
（2）砼配合比的确定
配合比在施工前根据所采用的原材料进行现场试验确定。混凝土粗骨料的最大粒径不超过20mm；外加剂的最佳掺量通过试验确定，并报监理工程师批准；为确保砼有足够的流动性其塌落度不得低于200mm。
（3）充填模袋砼
采用泵压法施工，模袋在充灌前洒水润湿。砼采用8m3混凝土搅拌车运到泵机受料口，由HBT60A输送泵泵送入仓，混凝土输送泵布置于引航道右岸38.0m高程滩地。充灌时，泵管与充灌口扎牢，当泵管铅直插入模袋施工时，在泵管出口处设置减冲挡板，防止混凝土直接冲打在下层模袋上，造成打破模袋而出现事故。
充填顺序按先上游后下游、先标准断面后异形断面的次序进行。充灌时从已充灌的相邻的模袋砼块处开始，由下而上，依次进行，充灌过程及时调整模袋上缘张紧装置。
在充灌混凝土时，混凝土泵软管管口插入模袋灌口，深入模袋内，以便泵压力直接作用于模袋内的混凝土，减小灌口承受的反作用力。充灌过程中，2人扶住泵软管，以防止其有较大的摆动，同时掌握灌口混凝土压力，当该处混凝土压力持续上升时，说明混凝土在模袋中流动减慢，此时适当降低混凝土充灌速度，当发现混凝土在模袋内流动受阻时，采取脚踏的方式进行疏导。混凝土在模袋内自下而上从两侧向中间进行充灌，充灌饱满后，暂停10min，待模袋填料中水分、空气析出后，再稍充些填料，保证模袋充填饱满。
在灌注混凝土的过程中，一个小单元模袋1次连续充灌完成；充灌地点设专人指挥，与混凝土的操作者时刻保持密切联系。充满结束后，用绳将充灌袖口系紧，防止混凝土外溢，待混凝土稍微凝固，用人工将袖口混凝土掏出，将袖口布塞入布袋内，用水将模袋表面冲洗干净。对施工中难以避免的脚印尽量消除，然后进行保护。
（4）每一充灌口连续充灌，充灌将近饱满时，暂停5～10min，待模袋中水分析出后，再充灌至饱满。灌满撤管后及时将灌口扎紧。
（5）模袋砼充灌完成后，及时用水将模袋表面和滤点孔内的灰渣冲洗、清理干净，陆上部分模袋及时养护。
（6）铺设下块模袋时，在接缝处预留一定富裕量，搭在前一块模袋之上，在充灌混凝土时辅之人力使之挤严。
（7）混凝土在充灌过程中如发生如下问题，按照相应处理方法进行处理：
1）如灌口处发生阻塞现象，将泵管拆走，并将阻塞的石子或混凝土从灌口内掏出，或用木杆将阻塞物捣散疏通后，再继续充灌。
2）如灌口周围先充灌的混凝土没有足够的流动性，则用脚沿最短距离踩踏处一条凹槽，形成通道，改用砂浆将模袋充满，或利用上一个灌口充满。
3）如果模袋已被截死，可在未充满部位的上边缘再开一灌口进行充灌，新开灌口开在侧边隐蔽处，以保证整体美观。
3.2.7混凝土充灌过程中注意事项
（1）为防止堵塞事故，充灌过程中实验室人员及现场施工人员随时检查混凝土级配和塌落度，防止超径骨料进入和堵塞管路，同时防止泵入空气，造成堵管或气爆。
（2）充灌连续，保证停机时间不超过20min。
（3）混凝土泵操作手与充灌操作人员配备对讲机，随时联系、紧密配合，充灌到位后立即停机，当出现鼓胀时立即停机，查找原因并处理。
（4）配备专人随时检查模袋固定是否牢固，以防止模袋在充灌过程中产生下滑。
3.2.8养护
混凝土充灌完成后即对其进行洒水养护，必要时铺设养护膜进行养护，养护龄期为7d，养护期间坡面始终处于水润状态。
4．结语
从完成的模袋砼检查和检测结果看，无论是外观质量还是内部质量均达到了优良的水平，充分证明了模袋砼施工工艺的成熟。
论文作者:刘海涛
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年8月供稿
论文发表时间:2015/12/4
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