那板水庫大壩上游模袋混凝土護(hù)坡設(shè)計(jì)與施工

馮思寧

（廣西壯族自治區(qū)水利廳那板水庫管理中心，廣西 上思 535500）

1 工程概況

那板水庫位于廣西上思縣城東南約4 km處，正常水面約4.35 萬畝，總庫容8.32 億m3，是一座集防洪、灌溉、發(fā)電、城鎮(zhèn)供水等功能于一體的大型水庫。由于大壩上游護(hù)坡受力情況復(fù)雜且?guī)彀兜刭|(zhì)情況多樣，有必要對護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)工程現(xiàn)場實(shí)際條件，經(jīng)技術(shù)可行性論證分析后，決定在該工程中引入模袋混凝土護(hù)坡技術(shù)。

2 模袋混凝土技術(shù)概況

模袋混凝土是指以模袋作為模具的一種新型混凝土澆筑技術(shù)[1]。通過控制吊筋繩的長度和袋內(nèi)吊筋袋，將水泥砂漿和混凝土的厚度控制在合理的范圍內(nèi)，使得模袋內(nèi)的水泥砂漿或混凝土固結(jié)之后形成具有一定強(qiáng)度的板狀結(jié)構(gòu)或其它狀結(jié)構(gòu)，能夠滿足施工需求。該技術(shù)不僅省時(shí)省工、施工速度快，而且地形適應(yīng)性和耐久性較強(qiáng)，具有較高的推廣價(jià)值。

當(dāng)前模袋所使用的材料已經(jīng)由原來的錦綸復(fù)合材料擴(kuò)展到了錦丙、滌綸和丙綸等多種形式，可根據(jù)所采用的加工工藝和材質(zhì)的不同分為簡易模袋和機(jī)織模袋[2]，具體特性對比見表1。

表1 模袋形式特點(diǎn)對比

3 大壩上游模袋混凝土護(hù)坡設(shè)計(jì)

那板水庫大壩上游模袋混凝土護(hù)坡設(shè)計(jì)，需進(jìn)行岸坡穩(wěn)定性驗(yàn)算、模袋材料與規(guī)格的確定、模袋混凝土厚度計(jì)算及布置和模袋混凝土抗滑穩(wěn)定復(fù)核等工作，結(jié)合計(jì)算成果與實(shí)際工程條件，明確該工程中模袋混凝土的具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3.1 護(hù)坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

對大壩護(hù)坡的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，可采用方法有瑞典圓弧法、改良圓弧法[3]等。

3.2 模袋材料與規(guī)格

采用模袋形式為機(jī)織模袋，能夠滿足工程強(qiáng)度與耐腐蝕的要求。模袋具備的主要技術(shù)性能參數(shù)見表2。

表2 模袋材料的主要技術(shù)性能參數(shù)

3.3 模袋混凝土護(hù)坡厚度計(jì)算及布置

那板水庫的大壩上游護(hù)坡需承受不同程度的水流沖刷，因此在大壩上游護(hù)坡面運(yùn)用模袋混凝土技術(shù)進(jìn)行處理。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2020）[4]，需對具有明縫的混凝土或鋼筋混凝土護(hù)坡厚度進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)壩坡坡度系數(shù)m=2～5時(shí)，模袋混凝土板在浮力作用下穩(wěn)定的面板厚度可按以下公式計(jì)算：

式中：η為面板系數(shù)，對整體式大塊護(hù)面板取1.0，對裝配式護(hù)面板取1.1；hp、Lm分別為累積頻率為1%的波浪高度、長度，m；b為沿壩坡向的面板長度，m；ρc為面板密度，t/m3；m為坡度系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，大壩護(hù)坡按現(xiàn)澆考慮的面板最大厚度為0.179 m，綜合考慮后確定上游護(hù)坡采用0.2 m 厚的現(xiàn)澆混凝土?？紤]到護(hù)坡坡腳齒墻深1～2 m，大壩上游混凝土護(hù)坡底高程確定為207.00 m（水庫死水位為209.57 m），施工過程中可根據(jù)水位的變化情況選擇合適的施工時(shí)間，210.0 m高程以上采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，210.0 m 高程至207.0 m 高程采用模袋混凝土護(hù)坡。

3.4 模袋混凝土抗滑穩(wěn)定

由《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2020）[4]可知，模袋混凝土抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算表達(dá)式為：

式中：Kcs為模袋與壩坡之間的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；fcs為摩擦系數(shù)；α為壩坡坡度；L1和L2為計(jì)算長度，m。經(jīng)過計(jì)算可知該工程模袋混凝土抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

3.5 其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

結(jié)合本工程實(shí)際條件考慮的其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)有：①采用壓頂混凝土（見圖1）將大壩上游壩腳與大壩上游的模袋混凝土底腳相連接，以進(jìn)一步保證護(hù)坡結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性；②模袋混凝土施工前，應(yīng)對大壩上游坡面進(jìn)行修整，大壩上游坡比應(yīng)該控制在1∶3左右；③在具體的操作過程中，應(yīng)該使用平板振動(dòng)器夯實(shí)坡面，確保坡面的壓實(shí)度不小于0.95，坡面的整體平整度在0.1 m以下。

圖1 上游壩面壓頂混凝土示意圖

4 模袋混凝土施工過程與技術(shù)要點(diǎn)

模袋混凝土主要施工過程可以分為4 個(gè)步驟：模袋加工定制、模袋的使用與鋪展、模袋混凝土的充灌和充灌后的檢查與養(yǎng)護(hù)[5，6]。

（1）模袋加工定制。①施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、現(xiàn)場地形、施工區(qū)段設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)段或異形段等因素確定模袋加工尺寸，并由廠家嚴(yán)格按照尺寸進(jìn)行定制；②模袋的總長度應(yīng)大于設(shè)計(jì)護(hù)坡長度，且須對坯布進(jìn)行填充試驗(yàn)得到其伸縮率以確定模袋富余量；③模袋加工制作時(shí)，將1.6 m 寬搭接土工布（300 g/m2）縫制在模袋下游側(cè)底面，單幅縫制搭接長度為0.8 m，土工布長度與其所附模袋同長，同時(shí)對每塊模袋進(jìn)行編號以防混淆。

（2）模袋的使用與鋪展。①每幅模袋定制時(shí)上、下緣應(yīng)留有可穿入鋼管的直徑100 mm管套，以下緣鋼管為軸將模袋卷成筒狀，以便于施工中模袋的鋪展；②模袋的重量必須符合設(shè)計(jì)要求，且應(yīng)同時(shí)具備出廠合格證和實(shí)驗(yàn)檢測報(bào)告；③模袋每次出廠產(chǎn)品須抽檢合格后方可在實(shí)際工程中使用。

（3）模袋混凝土的充灌。①混凝土施工配合比須嚴(yán)格計(jì)量，使混凝土強(qiáng)度、塌落度等指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)和施工要求。②正式施工前，施工方應(yīng)至少選1 個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)性施工以確保后續(xù)施工質(zhì)量。③每幅模袋充灌混凝土順序應(yīng)遵循“四先”原則，即先下后上，先左右后中間，先上游后下游和先標(biāo)準(zhǔn)斷面后異形斷面，以防止模袋在充灌過程中產(chǎn)生偏差和移位。充灌前，水上部分的模袋應(yīng)灑水潤濕，充灌時(shí)，混凝土噴射管插進(jìn)模袋灌口深度不小于30 cm，并應(yīng)扎緊灌口。充灌應(yīng)從已充灌的相鄰模袋混凝土塊處開始，由下而上，依次進(jìn)行，并應(yīng)及時(shí)調(diào)整模袋上緣拉緊裝置。④模袋混凝土泵送間隔不宜超過50 m，充灌速度宜控制在10～15 m3/h，混凝土泵的出口壓力以0.2～0.3 MPa為宜。充灌混凝土應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，當(dāng)模袋內(nèi)混凝土充灌將近盈滿時(shí)暫停5～10 min，待水泡析出后再灌至盈滿[7，8]。⑤水下區(qū)段施工需配置潛水員以負(fù)責(zé)水下連接模袋充灌口和混凝土軟管口的工作。⑥隨時(shí)檢查坡頂固定樁是否牢固，以防充灌過程中模袋下滑。⑦應(yīng)隨時(shí)檢查混凝土配合比、塌落度，防止過粗骨料堵塞管道和泵管進(jìn)入空氣造成的堵管或氣爆；充灌過程應(yīng)連續(xù)，因故必須停機(jī)時(shí)，間隔時(shí)長不得超過20 min。⑧充灌完畢后應(yīng)對邊坡進(jìn)行壓踩整平，模袋混凝土達(dá)到整體穩(wěn)固即可松開坡頂固定點(diǎn)。

（4）充灌后的檢查與養(yǎng)護(hù)。①模袋混凝土充灌后需采用測量儀器對其進(jìn)行檢測。要求其頂部寬度允許偏差小于20 mm，頂、底部高程偏差在-20～40 mm 范圍內(nèi)；混凝土坡面平整度不大于5 cm。利用探針丈量模袋混凝土充灌后的厚度，其均值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，許可偏差為-5%～8%。②混凝土充灌停止初凝后，及時(shí)將模袋表面灰渣沖刷清潔，并養(yǎng)護(hù)至少7 d。最后，為了保證護(hù)坡結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，可以采用壓頂混凝土將大壩上游壩腳與大壩上游的模袋混凝土底腳相連接。

5 結(jié)語

通過那板水庫防護(hù)工程實(shí)踐分析可以看出，模袋混凝土澆筑技術(shù)采用了預(yù)先定制、鋪設(shè)和充灌等施工方式，能夠節(jié)省大量的人工成本，同時(shí)具有較強(qiáng)的抗沖擊能力、整體性好以及施工操作簡易等優(yōu)勢。實(shí)踐表明，模袋混凝土澆筑技術(shù)不僅保證了工程施工能在預(yù)定工期內(nèi)順利完成，也保證大壩上游迎水坡具有可靠的穩(wěn)定性，兼具高效性、可靠性與安全性，值得在類似工程中推廣使用。