模袋混凝土在光照水电站厂房围堰防护中的应用
熊 细 和
(四川二滩国际工程咨询有限责任公司,四川成都 610072)
摘 要:简要介绍了模袋混凝土在围堰防护施工中的作用,及其配合比、护坡的结构设计与施工。鉴于围堰的特点,模袋混凝土的施工体现了其在快速、安全、经济等方面的优势。
关键词:模袋砼;围堰;防护;结构;设计;施工;光照水电站
中图法分类号:TV431 文献标识码:B 文章编号:1003-9805(2008)04-0082-03
1 前 言
贵州光照水电站厂房围堰按全年10年一遇设防,为土石围堰,围堰轴线长220m,堰顶高程600m,最大堰高20m,迎水面坡比为1∶1.2,堰顶宽12m。
围堰采用黏土心墙结合复合土工膜共同防渗,迎水面为钢筋石笼护坡,大块石护脚。2005年汛期(最大洪峰流为2 660m³/s),厂房围堰上游端与导流洞出口连接处,由于导流洞出口水流与过大坝基坑水流交汇后水流紊乱,直接淘刷堰脚,出现多次险情。
2006年,光照电站大坝碾压混凝土浇筑在汛前达到624m高程,只在河床中间600m高程部位预留了一个41m宽的汛期过流槽,由此将造成汛期下游河道过流状态的改变。与2005年汛期相比,将出现上游河道水位抬高,导流洞出口区域洪水流速、流量增大;大坝区域泄洪槽向前推进200m及过流断面相对变窄,以致厂房围堰将直接面对河道及导流洞出口混合水流的冲刷。鉴于以上原因,2006年厂房围堰度汛的形势非常严峻,一旦厂房围堰被冲垮,将造成重大的损失和严重后果。为了确保厂房围堰稳定及2006年厂房安全度汛,决定对厂房围堰进行加固处理,同时对河道淤积的石渣进行清理。具体措施如下:
(1)疏通河道。将导流洞出口至下游索桥段河床淤积的石渣清理,恢复原始河床断面,增加过流能力,减小汛期洪水水位在厂房围堰段的壅高。
(2)对围堰迎水面进行加固处理。围堰上游端导流洞出口到围堰转折点下游段15m范围,长约120m,在堰脚挖槽,槽底宽3m、深约4m,两侧为自然坡,然后浇筑C20水下混凝土(钢筋混凝土),混凝土基础宽3m,混凝土露出水面高50cm,再沿坡面浇筑厚1m、高4m的贴坡钢筋混凝土,其上再浇筑模袋混凝土护坡,模袋混凝土底端伸入贴坡钢筋混凝土内2m。围堰转折点下游段其余坡面直接浇筑模袋混凝土护坡,底端采用大块石压重。模袋混凝土顶端均与堰顶高程平,并浇筑50cm厚、宽1m的混凝土压重。厂房围堰布置及加固断面见图1。
2 围堰的模袋混凝土防护
2.1 模袋的类型和适用条件
混凝土模袋按其充填材料不同分为充填砂浆型和充填混凝土型两种。前者适用于一般坡面、渠道、江河岸坡和水库的护坡以及码头工程等,后者适用于有较强水流和波浪作用的岸坡、海堤等。
模袋的类型按所用的材质和加工工艺不同可分为机织模袋和简易模袋。机织模袋主要由锦纶、涤纶和丙纶长丝织物制成,强度高,孔径均匀,充填时基本不漏水泥浆,可以制成带反滤点形式,可以用泵充灌砂浆或细砾混凝土。简易模袋系我国东北某些省份创造的一种群众性护坡形式,目前均用聚丙烯编织物缝制,袋体本身不具备反滤功能,需在坡面上加铺非织造织物滤层,袋内只充灌砂浆,采取人工自流灌填方式。
机织模袋混凝土护坡可在最大坡度1∶1甚至更陡的条件下应用,较佳的坡度为1∶1.5,在水中充灌时允许水流流速一般小于1.5m/s。简易模袋混凝土较适于坡度1∶1.5~1∶3.0的水上或较浅的静水下护坡,其施工设备简单,工程造价较机织模袋低。根据上述条件厂房围堰加固护坡采用的是江苏无锡新海浪工业用布有限公司生产的机织丙纶模袋,每块面积为29m×12m,充填后厚度为40cm。厂房围堰坡比为1∶1.2。
2.2 模袋混凝土的配合比设计
机织模袋混凝土护坡采用泵送方法施工,要求所用混凝土或水泥砂浆除具有可泵性外,还要具有适宜的流动性,使之在模袋内能顺利流淌扩散,充满整个模袋,不发生分离,因此,对混凝土材料的配合比和外加剂的应用比一般泵送混凝土要求更高。厂房围堰加固护坡混凝土配合比根据现场实际情况采用了一级配C20混凝土,水灰比为0.58,另掺加0.8%的LZ-1减水剂,充填时直接由罐车卸料经溜管入模袋。配合比见表1。
2.3 模袋混凝土护坡的结构设计
2.3.1 模袋型式的选择
用于护坡的混凝土模袋应根据工程等级、施工条件、风浪、水流状况、所能提供的资金和施工设备以及外观要求等确定选用机织模袋或简易模袋。根据光照电站厂房围堰所处位置及结构特点,围堰主要受导流洞出口和大坝基坑过水混合水流的冲刷,要求模袋抗冲耐磨性能较好,所以选用了机织模袋。
2.3.2 厚度确定
模袋混凝土护坡主要承受水流冲刷。为满足该要求,混凝土护坡选用了40cm厚的模袋结构。
2.3.3 抗滑稳定性确定
根据模袋护坡混凝土抗滑稳定要求,为确保模袋稳定,在模袋顶端采用50cm厚、宽100cm的混凝土压重。
2.3.4 排渗布置
由于在模袋底部护脚混凝土中布置了孔径为100mm、间排距为3m×3m的排水孔,以满足防渗排水要求,因此模袋混凝土面没有布置排水孔。
2.3.5 顶部和底脚结构
模袋混凝土护坡的顶部应牢固封顶,以防止水流冲蚀坡土,并增加护坡的稳定。封顶形式可采取平封或锚封。平封延伸长度可取0.5~1.0m,锚封入土深度不宜小于0.5m。根据厂房围堰结构特点,采用了平封混凝土压顶的措施,压顶混凝土结构断面为50cm×100cm。由于厂房围堰模袋混凝土底脚嵌入围堰底部护脚混凝土内,结构相对稳定安全。
2.4 模袋混凝土护坡的施工
厂房围堰模袋混凝土加固护坡分两个部位施工,上游段(导流洞出口到围堰转折点下游段15m范围)长120m,该区域主要受导流洞及大坝过水的联合冲刷,为防护重点,583m高程以下为水下钢筋混凝土,高程583~589m为1m厚的贴坡钢筋混凝土,高程589m以上为模袋混凝土护坡,模袋混凝土底部2m嵌入贴坡钢筋混凝土内;下游段河床较宽,且围堰不受水流直接冲刷,故全部采用模袋混凝土护坡,模袋底部用大块石压重。
围堰护坡混凝土施工于2006年2月28日开始,施工顺序是施工围堰基础外侧水下钢筋混凝土、贴坡钢筋混凝土、护坡模袋混凝土,最后为模袋混凝土顶部压重混凝土浇筑。
2.4.1 施工准备
模袋混凝土施工前,围堰坡面由人工进行清坡处理,保证坡面平顺,满足1∶1.2的坡度要求,然后铺模袋,从下游往上游顺序施工,各片间连接主要采用搭接,搭接宽度为30cm。
2.4.2 铺设模袋
围堰防护模袋混凝土施工时,按预定位置顺坡从上而下展开模袋,上口为开畅式,利用插筋将模袋上口固定在围堰顶部(最后用混凝土压顶),下口均为封闭形式。由于模袋混凝土施工是从下游向上游方向顺序进行,在第一块模袋施工完成后,第二块模袋与第一块模袋的搭接部位出现一个较高的台阶,影响水流的顺畅,为了解决这个问题,在围堰坡面前一块模袋和后一块模袋搭接处,挖一约40cm(模袋填充后的厚度)的槽,确保前一块模袋混凝土填充后,搭接处嵌入槽内,从而使后一块模袋填充后与前一块模袋在搭接处平顺,也确保了水流顺畅。
2.4.3 模袋混凝土的充填
按照批准的混凝土配合比由拌和站进行混凝土的拌制,模袋从上到下设置了四排进料口,每排两个对称布置,进料口为长30cm左右的袖口式,模袋混凝土填充先从最下排进料口开始,利用溜管(30cm)与进料口袖口连接,依此顺序从下至上填充;在填充至下一排进料口时,将该排两个进料口封闭,再将溜管上移至上一排进料口,填充至顶部时,直接从模袋上端口进料。
由于围堰模袋护坡坡比为1∶1.2,混凝土填充时比较顺利,没有出现堵塞等现象,整个围堰防冲加固工作于2006年5月13日完成。共浇筑模袋混凝土2 643m³,钢筋混凝土3 426m³。
2.4.4 养 护
全部护坡施工完成后,进行坡顶、坡脚和上下游两侧接头的压脚回填处理,同时进行护面混凝土的养护。养护时间为7d,在此期间护坡表面一直处于润湿状态。
3 模袋混凝土与钢筋混凝土的经济性比较
本次围堰护坡共浇筑了C20模袋混凝土2 643m³,其审核单价为552.2元/m³,合计145.95万元。按浇筑同厚度、同标号的钢筋混凝土计算,C20混凝土单价为393.3元/m³,共103.95万元。钢筋按围堰其它地方配筋型式计算, 22.8kg/m²,共需150.65t,其单价为5 644.7元/t,共85.04万元,合计188.99万元。由此可看出,采用模袋混凝土较钢筋混凝土可节约投资43.04万元。
厂房围堰经过模袋护坡混凝土加固后,在2006年汛期经受了考验,虽然汛期没有出现特大洪水,但确保了围堰度汛安全,同时也确保了厂房汛期施工安全。一方面围堰护坡时间较短,体现了快速、施工简便、质量可靠等特点;另一方面模袋混凝土结构简单,防护效果较好,施工成本低。
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