那板水庫大壩上游模袋混凝土護坡設計與施工

馮思寧

（廣西壯族自治區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、發電、城鎮供水等功能于一體的大型水庫。由于大壩上游護坡受力情況復雜且庫岸地質情況多樣，有必要對護坡進行防護。根據工程現場實際條件，經技術可行性論證分析后，決定在該工程中引入模袋混凝土護坡技術。

2 模袋混凝土技術概況

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[1]。通過控制吊筋繩的長度和袋內吊筋袋，將水泥砂漿和混凝土的厚度控制在合理的范圍內，使得模袋內的水泥砂漿或混凝土固結之后形成具有一定強度的板狀結構或其它狀結構，能夠滿足施工需求。該技術不僅省時省工、施工速度快，而且地形適應性和耐久性較強，具有較高的推廣價值。

當前模袋所使用的材料已經由原來的錦綸復合材料擴展到了錦丙、滌綸和丙綸等多種形式，可根據所采用的加工工藝和材質的不同分為簡易模袋和機織模袋[2]，具體特性對比見表1。

表1 模袋形式特點對比

3 大壩上游模袋混凝土護坡設計

那板水庫大壩上游模袋混凝土護坡設計，需進行岸坡穩定性驗算、模袋材料與規格的確定、模袋混凝土厚度計算及布置和模袋混凝土抗滑穩定復核等工作，結合計算成果與實際工程條件，明確該工程中模袋混凝土的具體設計要點。

3.1 護坡穩定性驗算

對大壩護坡的穩定性進行驗算，可采用方法有瑞典圓弧法、改良圓弧法[3]等。

3.2 模袋材料與規格

采用模袋形式為機織模袋，能夠滿足工程強度與耐腐蝕的要求。模袋具備的主要技術性能參數見表2。

表2 模袋材料的主要技術性能參數

3.3 模袋混凝土護坡厚度計算及布置

那板水庫的大壩上游護坡需承受不同程度的水流沖刷，因此在大壩上游護坡面運用模袋混凝土技術進行處理。根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2020）[4]，需對具有明縫的混凝土或鋼筋混凝土護坡厚度進行計算，當壩坡坡度系數m=2～5時，模袋混凝土板在浮力作用下穩定的面板厚度可按以下公式計算：

式中：η為面板系數，對整體式大塊護面板取1.0，對裝配式護面板取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。

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

3.4 模袋混凝土抗滑穩定

由《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2020）[4]可知，模袋混凝土抗滑穩定安全系數計算表達式為：

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

3.5 其他設計要點

結合本工程實際條件考慮的其他設計要點有：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，以進一步保證護坡結構的安全性和穩定性；②模袋混凝土施工前，應對大壩上游坡面進行修整，大壩上游坡比應該控制在1∶3左右；③在具體的操作過程中，應該使用平板振動器夯實坡面，確保坡面的壓實度不小于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要點

模袋混凝土主要施工過程可以分為4 個步驟：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護[5，6]。

（1）模袋加工定制。①施工前應根據設計圖紙、現場地形、施工區段設計標準段或異形段等因素確定模袋加工尺寸，并由廠家嚴格按照尺寸進行定制；②模袋的總長度應大于設計護坡長度，且須對坯布進行填充試驗得到其伸縮率以確定模袋富余量；③模袋加工制作時，將1.6 m 寬搭接土工布（300 g/m2）縫制在模袋下游側底面，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，同時對每塊模袋進行編號以防混淆。

（2）模袋的使用與鋪展。①每幅模袋定制時上、下緣應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計要求，且應同時具備出廠合格證和實驗檢測報告；③模袋每次出廠產品須抽檢合格后方可在實際工程中使用。

（3）模袋混凝土的充灌。①混凝土施工配合比須嚴格計量，使混凝土強度、塌落度等指標均達到設計和施工要求。②正式施工前，施工方應至少選1 個試驗段進行試驗性施工以確保后續施工質量。③每幅模袋充灌混凝土順序應遵循“四先”原則，即先下后上，先左右后中間，先上游后下游和先標準斷面后異形斷面，以防止模袋在充灌過程中產生偏差和移位。充灌前，水上部分的模袋應灑水潤濕，充灌時，混凝土噴射管插進模袋灌口深度不小于30 cm，并應扎緊灌口。充灌應從已充灌的相鄰模袋混凝土塊處開始，由下而上，依次進行，并應及時調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。充灌混凝土應持續進行，當模袋內混凝土充灌將近盈滿時暫停5～10 min，待水泡析出后再灌至盈滿[7，8]。⑤水下區段施工需配置潛水員以負責水下連接模袋充灌口和混凝土軟管口的工作。⑥隨時檢查坡頂固定樁是否牢固，以防充灌過程中模袋下滑。⑦應隨時檢查混凝土配合比、塌落度，防止過粗骨料堵塞管道和泵管進入空氣造成的堵管或氣爆；充灌過程應連續，因故必須停機時，間隔時長不得超過20 min。⑧充灌完畢后應對邊坡進行壓踩整平，模袋混凝土達到整體穩固即可松開坡頂固定點。

（4）充灌后的檢查與養護。①模袋混凝土充灌后需采用測量儀器對其進行檢測。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；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，其均值應符合設計要求，許可偏差為-5%～8%。②混凝土充灌停止初凝后，及時將模袋表面灰渣沖刷清潔，并養護至少7 d。最后，為了保證護坡結構的安全性和穩定性，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 結語

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