模袋混凝土在淮河石灰滩险工段的应用研究
何夕龙陈长柏齐克张鹏
(安徽省淮河河道管理局蚌埠233000中水淮河工程有限责任公司蚌埠233001)
【摘要】土工模袋护坡已广泛应用于江堤的防护,鉴于它具有整体性和耐久性好、地形适应性强(柔性)、施工速度快等特点,在淮北大堤涡下段石灰滩险工拟采用模袋混凝土防护。本文根据石灰滩险工段岸坡地质和地形复杂等特点,通过不同防护措施的方案比较,确定选用模袋混凝土进行防护。
【关键词】土工模袋护岸参数设计推广使用
淮北大堤涡下段石灰滩险工位于安徽省五河县淮河左岸滩地处,是淮河左岸(淮北大堤桩号102+500～102+800,长300m)上下两个弯道之间的过渡段,也是淮河河道上著名的险滩。该段现状滩地高程在17.0m左右,岸滩上部为砂壤土,抗冲性差,易塌岸,河床窄深,最陡处坡比可达1:1.25,河底最低高程为-6.5m。由于水流侧向环流作用下继续掏蚀岸坡,使边坡变陡,岸滩后退变窄,严重危及堤防安全,需防护处理。河道护岸工程的断面设计以枯水位为界线分成两部分:枯水位以上称为护坡工程,以下称为护脚工程(也称为水下护岸)。
1 护脚防护措施方案比较
护脚工程位于水下,经常受水流的冲击和淘刷,需要适应水下岸坡和河床的变化,所以需采用具有柔性结构的防护型式,常采用的有抛石、沉枕、石笼、沉排和土工模袋混凝土等方案。这里仅对抛石和土工模袋混凝土防护方案进行比选。
方案一:抛石护脚是护岸工程中采用最为普遍及有效的方法,但抛石护岸仍存在问题。在土质松软的且崩岸严重河段,由于抛石不设反滤垫层,经过一段时间水流的淘刷后,抛石将逐渐下沉流失,从而造成护岸工程的稳定性较差;水流遇块石受阻,水流的动能转变为其他能量,形成螺旋流、回流等,淘刷石块下基础,形成冲坑,造成护岸块石滑动翻滚、坍塌。
方案二:土工模袋混凝土由于土工织物具有很好的反滤功能,在水流作用下土粒不致流失,同时混凝土填充时期有很好的可塑性,与水下坡面有很好的吻合从而达到与土体平顺结合,保证了土体的稳定性,起到较好地防护作用,且施工质量容易控制。
由于石灰滩段岸坡较陡,处于弯道处,如果采用抛石固脚,难以稳定,水流冲刷后易被带走,同时在侧向环流作用下继续掏蚀岸坡,可能使砂壤土被掏空,造成塌岸,故选用土工模袋混凝土进行岸坡防护。
2 土工模袋混凝土设计
根据该险工段特性,选用无反滤排水点模袋(NF型),其基本设计参数包括模袋厚度确定、抗滑稳定分析及边界处理与构造要求等。
2.1土工模袋护岸的参数设计
2.1.1模袋厚度确定
模袋混凝土护面是一种整体性较好的板式护面。护面下没有排水层,其瞬时排水能力较弱,计算中按混凝土板考虑。波浪作用下按强度和稳定两种情况计算所需厚度。波浪对护面的作用力包括波峰撞击护面的正压力和波谷对护面底面形成的浮托力分别对面板产生弯曲应力,根据应力的大小即可确定护面的厚度。一般情况下,波浪撞击护面所产生的弯曲应力较小,不足以控制面板厚度。而瞬时浮托力所产生的弯曲应力相对较大,同时可能引起面板浮动。弯曲应力与瞬时浮托力两者构成了模袋护坡厚度的计算荷重。
由图1所示,模袋混凝土的要求厚度为:
2.1.2模袋抗滑稳定分析
模袋在充灌满混凝土后,由于自重产生下滑力,特别是袋内混凝土未固化时,下滑的可能性最大,因此要验算模袋与护坡面之间的摩擦力是否大于自重产生的下滑力,并满足一定的抗滑稳定安全系数。其抗滑稳定安全系数可按式(2)计算,在这里未考虑坡顶(水平段)的摩擦阻力和采取的抗滑措施。
2.1.3边界处理与构造要求
为防止模袋混凝土护坎因侧翼、顶部、坡址等边界侵蚀破坏影响模袋护坎整体稳定性,故处理好边界是至关重要的。相邻两块土工模袋接缝,应垫设土工布,土工布与土工模袋的搭接长度应不小于50mm;上下游侧向及岸坡顶部边界必须开沟,把部分模袋混凝土埋入沟中。上游侧沟深40cm,下游侧沟深70cm,顶部沟深60cm;坡址采用抛石压脚,以防冲刷,抛石量以1.6m³/m,当模袋混凝土强度达到80%以上时,即可进行抛石施工,所用块石要经过筛选,单块重30～50kg,有棱角的部分必须敲掉。
2.2模袋设计与加工制造
为了达到预定的设计厚度,对模袋的缝制尺寸有严格要求。每片模袋的总体尺寸要考虑坡长、纵横向收缩率和边界处理要求。模袋的设计与加工制造由厂家定制,其主要技术指标见表1。
2.3充填材料配比
模袋混凝土塌落度与普通混凝土不同,不但要满足设计要求的抗压强度和可泵性,还要满足泵灌过程中有足够的流动性,使它在模袋中能够顺利地流淌、扩散,充满整个模袋并达到一定的密实度。根据试验和原材料特点,拟按塌落度以21±2cm控制。
泵送混凝土配合比设计是在满足工程结构所要求的强度和耐久性的基础上,同时满足施工所要求的和易性及流动性,优质经济地选出单位体积混凝土中各种组成材料用量。泵送混凝土配合比设计与材料选用、施工机械和施工组织等有关,需现场根据推荐配合比调配确定。拟推荐配合比1∶2.73∶2.23(水泥∶砂∶石),骨料最大粒经为20mm(不得大于泵送管直径的1/3)。
3模袋护岸工程的施工
3.1坡面修整
水上坡面修整:坡面修整必须满足设计的坡比要求,河口线顺直,坡面平整,不能有块石突出或凹坑,不能有树根及其他尖锐杂物,以免刺破土工模袋,影响冲灌质量。
水下整被:由于水下土方施工的坡比及超挖等都难以控制,因此,必须在测量放样基础上设立水尺,沿河岸方向每隔10m设置一排样标,沿河道垂直方向每隔1m设置一排样标,以便挖泥船尽可能以较小的台阶将边坡开挖成设计边坡,然后由潜水员用高压水枪将水下台阶式坡面冲成一致。
3.2模袋铺放
模袋在工厂加工成形后运输至施工现场,在岸边用缝纫机缝好,由上而下铺放,模袋平铺在坡面上,同时铺顺搭接反滤布,3寸钢管穿在模袋上端,葫芦拉住钢管拴在地锚上,整个模袋铺放顺序自上而下进行。
3.3混凝土浇筑
模袋混凝土采用泵灌法施工。浇筑过程中,混凝土泵管与模袋注料口用铁丝扎牢固,每一灌口的混凝土充填连续进行,并配以人工踩压平顺,水下由潜水员操作,斜坡段混凝土充填密实饱满后,松开葫芦,取出钢管。水上部分充填好的模袋混凝土及时用高庄水枪清洗表面,并按规范洒水养护。
3.4水下施工与安全
水深超过2m施工时,应由潜水员配合控制水下充灌和铺设质量,也要特别注意人身安全。
4 结语
由于模袋混凝土的应用,不仅能减少周边地区的山体石料开采,还可以减少抛石材料和生产水泥所需原材料用量及因其生产而产生的废气等污染源;采用模袋混凝土代替传统的抛石防护,施工简便快捷,且能进行水下施工,解决了抛石难以准确定位的难题;模袋混凝土施工一次灌注成形,整体性好、施工简便、速度快、防护面不需要常年维修,成形后的坡面美观大方;模袋施工时无须围堰,可水上水下直接施工,机械化程度高、施工的坡面面积大、稳定性好;对于充填材料,在满足混凝土设计强度的前提下,应根据模袋的型号选用骨料,并通过现场试验确定满足模袋混凝土充填所要求的流动性及和易性的配合比;模袋护坡作为一种新型的防护工具,种类多,能满足不同工程的需要,可以广泛在淮河流域推广使用
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