土工模袋在工程中的應(yīng)用

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1、土工模袋基本情況簡介
    土工模袋是利用一種雙層聚合化纖合成材料制成的連續(xù)（或單獨）的袋狀產(chǎn)品。土工合成材料應(yīng)用于工程是近二十年發(fā)展起來的一門新技術(shù)，七十年代末引進(jìn)我國并研制使用。
    模袋混凝土是通過用高壓泵把混凝土或水泥砂漿灌入模袋中，混凝土或水泥砂漿的厚度通過袋內(nèi)吊筋袋、吊筋繩（聚合物如尼龍等）的長度來控制，混凝土或水泥砂漿固結(jié)后形成具有一定強(qiáng)度的板狀結(jié)構(gòu)或其它狀結(jié)構(gòu)，能滿足工程的需要。土工模袋作為一種新型的建筑材料，可廣泛用于江、河、湖、海的堤壩護(hù)坡、護(hù)岸、港灣、碼頭等防護(hù)工程。具有如下優(yōu)點：
    （1）土工模袋施工采用一次噴灌成型，施工簡便、速度快；
    （2）土工模袋能適應(yīng)各種復(fù)雜地形，特別在深水護(hù)岸、護(hù)底等不需填筑圍堰，可直接水下施工，機(jī)械化程度高，所護(hù)坡面面積大、整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，使用壽命長；
    （3）土工模袋具有一定的透水性，在混凝土或水泥砂漿灌入以后，多余的水分通過織物空隙滲出，可以迅速降低水灰比，加快混凝土的凝固速度，增加混凝土的抗壓強(qiáng)度。
    2、土工模袋的類型

　　表1模袋的類型及應(yīng)用

    3、土工模袋護(hù)坡在工程中的應(yīng)用
    3.1 問題的提出
    2000年4月13～14日，東深供水流域石馬河中上游的深圳及東莞地區(qū)連降暴雨，石馬河河水驟漲，14日，距東江約200m處的太園抽水站反虹涵涵管處的新開河水位為6.0m，而此時的東江水位僅為1.05m，兩者水頭差約4.95m。巨大的下瀉流量和水頭差致使新開河反虹涵下游200m范圍河床遭受嚴(yán)重的沖刷破壞，在反虹涵涵管至交通橋之間的兩岸東江大堤出現(xiàn)不同程度的崩塌。險情威脅到新開河反虹涵、東江大堤以及兩岸交通橋的安全。
    新開河反虹涵是東深供水的必經(jīng)之道，一旦失事，東深供水將全線癱瘓，后果不堪設(shè)想。2001年3月廣東粵港供水有限公司投資興建新開河河口應(yīng)急防護(hù)工程，對新開河反虹涵上下游河道及兩岸進(jìn)行防護(hù)并在河口興建消力池。由于河道常年有水，兩岸局部護(hù)坡工程存在水下施工的問題，故我們決定對1.0m高程以下的部分護(hù)坡及護(hù)腳采用土工模袋混凝土保護(hù)。
    3.2 土工模袋護(hù)坡的參數(shù)設(shè)計
    根據(jù)工程的性質(zhì)、防護(hù)目的、地形條件、水文地質(zhì)、水流條件以及工程的重要性等綜合考慮選用模袋的類型，本工程選用無反濾排水點模袋（NF型），其基本參數(shù)設(shè)計包括：模袋厚度確定、邊坡穩(wěn)定分析、排滲考慮及抗滑措施等。下面結(jié)合工程實際逐一分析：
    3.2.1 模袋厚度確定
    土工模袋的厚度應(yīng)能抵抗在水下漂浮和抵抗冬季坡前水體凍脹水平力，由于本工程地處亞熱帶，附近博羅站多年平均氣溫21.9℃，故本工程無須考慮抗冰推所需要的模袋厚度。

　　抗漂浮所需厚度按式（1）估算：

    式中：c——面板系數(shù)，大塊混凝土護(hù)面，c＝1，護(hù)面上有濾水點，c＝15；Ｈw、Ｌw——波浪高度與長度，m；Ｌr——垂直于水邊線的護(hù)面長度，m；m——坡角a的余切；γc——砂漿或混凝土有效容重，KN/m3；γw——水容重，KN/m3。
    本工程模袋護(hù)坡采用的是無濾水點、來填材料為混凝土模袋，因工程安全性高，模袋設(shè)計厚度為40cm，而按式（1）計算出的δ＜40cm，故本工程選擇的模袋厚度滿足抗漂浮要求。
    3.2.2 模袋抗滑穩(wěn)定分析
    模袋在充灌滿混凝土后，由于自重產(chǎn)生下滑力，特別是袋內(nèi)混凝土未固化時，下滑的可能性最大，因此要驗算模袋與護(hù)坡面之間的摩擦力是否大于自重產(chǎn)生的下滑力，并滿足一定的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按式（2）計算，在這里未考慮坡頂（水平段）的摩擦阻力和采取的抗滑措施。

    式中：Ｌ2、Ｌ3——模袋長度，m；α——坡角（°）；ｆcs——模袋與坡面間摩擦系數(shù)，應(yīng)由試驗測定，無試驗資料時，可采用ｆcs=0.5；Ｆs——安全系數(shù)，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)SDJ218-84的規(guī)定。
    根據(jù)公式（2）的計算，新開河模袋護(hù)坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求。
    3.2.3 抗滑措施
    為增加模袋護(hù)坡的抗滑穩(wěn)定，本工程采用水上錨固溝、水下不分散混凝土壓重的方式進(jìn)行錨固；增加了模袋護(hù)坡的抗滑穩(wěn)定性。
    3.3 模袋設(shè)計與加工制造
    3.3.1 模袋材料的技術(shù)指標(biāo)
    根據(jù)不同的使用要求，模袋的型號亦有不同。本工程所用的是江蘇某工業(yè)用布公司生產(chǎn)的高強(qiáng)機(jī)織模袋，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

　　表2 土工模袋的主要技術(shù)指標(biāo)

    3.3.2 模袋的設(shè)計與加工制造
    本工程模袋制作以24m為一個單元，每單元分成6塊，每塊寬4m，長度則根據(jù)坡比及坡長確定，每塊模袋在10高程平臺靠斜坡邊設(shè)注料口一個，水平間距2.0m，相鄰模袋間設(shè)50cm寬搭接反濾布。每塊模袋的總體尺寸考慮坡長、縱橫向收縮率和邊界處理要求。
    3.4 充填材料配比
    模袋護(hù)坡混凝土要求有良好的和易性和流動性，易于泵送。本工程采用的混凝土配合比為：水泥244kg、粉煤灰122 kg、砂716 kg、石1093kg，塌落度以23cm控制。模袋混凝土設(shè)計抗壓強(qiáng)度為31.5MPa，實際抗壓強(qiáng)度為32.3MPa。
    4、模袋護(hù)坡的施工
    4.1 修坡平倉
    用1m3反鏟挖掘機(jī)在10高程平臺按設(shè)計邊坡1∶2.5進(jìn)行水下開挖，邊開挖邊測量高程，開挖完成后，潛水員在水下進(jìn)行平倉，高挖低填，直到倉面符合設(shè)計要求為止。
    4.2 模袋鋪放
    模袋在工廠加工成形后運輸至施工現(xiàn)場，在岸邊用縫紉機(jī)縫好，由上而下鋪放，模袋平鋪在坡面上，同時鋪順搭接反濾布，3寸鋼管穿在模袋上端，葫蘆拉住鋼管栓在地錨上，整個模袋鋪放順序自上而下進(jìn)行。
    4.3.混凝土澆筑
    模袋混凝土采用泵灌法施工。澆筑過程中，混凝土泵管與模袋注料口用鐵絲扎牢固，每一灌口的混凝土充填連續(xù)進(jìn)行，并配以人工踩壓平順，水下由潛水員操作，斜坡段混凝土充填密實飽滿后，松開葫蘆，取出鋼管，繼續(xù)澆筑1.0m平臺及錨固溝混凝土。水上部分充填好的模袋混凝土及時用高莊水槍清洗表面，并按規(guī)范灑水養(yǎng)護(hù)。
    5、結(jié)論及建議
    （1）本工程模袋護(hù)坡總長約95m，總面積900㎡，平均厚度超過設(shè)計40cm，實測混凝土抗壓強(qiáng)度32.3MPa。模袋表面平直美觀，整體性好，滿足了本工程水下護(hù)坡的要求；
    （2）采用模袋混凝土護(hù)坡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塊石及混凝土護(hù)坡，施工簡便快捷，且能進(jìn)行水下施工，，解決了塊石及混凝土難以進(jìn)行水下護(hù)坡施工的難題；
    （3）模袋護(hù)坡作為一種新型的防護(hù)工具，種類多、造價低，能滿足不同工程的需要，可以廣泛推廣使用；
 ?。?）對于充填材料，應(yīng)根據(jù)不同型號的模袋，在滿足混凝土設(shè)計強(qiáng)度的前提下，應(yīng)根據(jù)模袋的型號選用骨料，并通過現(xiàn)場試驗找出滿足模袋混凝土充填所要求的流動性及和易性的配合比。