土工模袋在工程中的应用

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1、土工模袋基本情况简介
    土工模袋是利用一种双层聚合化纤合成材料制成的连续（或单独）的袋状产品。土工合成材料应用于工程是近二十年发展起来的一门新技术，七十年代末引进我国并研制使用。
    模袋混凝土是通过用高压泵把混凝土或水泥砂浆灌入模袋中，混凝土或水泥砂浆的厚度通过袋内吊筋袋、吊筋绳（聚合物如尼龙等）的长度来控制，混凝土或水泥砂浆固结后形成具有一定强度的板状结构或其它状结构，能满足工程的需要。土工模袋作为一种新型的建筑材料，可广泛用于江、河、湖、海的堤坝护坡、护岸、港湾、码头等防护工程。具有如下优点：
    （1）土工模袋施工采用一次喷灌成型，施工简便、速度快；
    （2）土工模袋能适应各种复杂地形，特别在深水护岸、护底等不需填筑围堰，可直接水下施工，机械化程度高，所护坡面面积大、整体性强、稳定性好，使用寿命长；
    （3）土工模袋具有一定的透水性，在混凝土或水泥砂浆灌入以后，多余的水分通过织物空隙渗出，可以迅速降低水灰比，加快混凝土的凝固速度，增加混凝土的抗压强度。
    2、土工模袋的类型

　　表1模袋的类型及应用

    3、土工模袋护坡在工程中的应用
    3.1 问题的提出
    2000年4月13～14日，东深供水流域石马河中上游的深圳及东莞地区连降暴雨，石马河河水骤涨，14日，距东江约200m处的太园抽水站反虹涵涵管处的新开河水位为6.0m，而此时的东江水位仅为1.05m，两者水头差约4.95m。巨大的下泻流量和水头差致使新开河反虹涵下游200m范围河床遭受严重的冲刷破坏，在反虹涵涵管至交通桥之间的两岸东江大堤出现不同程度的崩塌。险情威胁到新开河反虹涵、东江大堤以及两岸交通桥的安全。
    新开河反虹涵是东深供水的必经之道，一旦失事，东深供水将全线瘫痪，后果不堪设想。2001年3月广东粤港供水有限公司投资兴建新开河河口应急防护工程，对新开河反虹涵上下游河道及两岸进行防护并在河口兴建消力池。由于河道常年有水，两岸局部护坡工程存在水下施工的问题，故我们决定对1.0m高程以下的部分护坡及护脚采用土工模袋混凝土保护。
    3.2 土工模袋护坡的参数设计
    根据工程的性质、防护目的、地形条件、水文地质、水流条件以及工程的重要性等综合考虑选用模袋的类型，本工程选用无反滤排水点模袋（NF型），其基本参数设计包括：模袋厚度确定、边坡稳定分析、排渗考虑及抗滑措施等。下面结合工程实际逐一分析：
    3.2.1 模袋厚度确定
    土工模袋的厚度应能抵抗在水下漂浮和抵抗冬季坡前水体冻胀水平力，由于本工程地处亚热带，附近博罗站多年平均气温21.9℃，故本工程无须考虑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——面板系数，大块混凝土护面，c＝1，护面上有滤水点，c＝15；Ｈw、Ｌw——波浪高度与长度，m；Ｌr——垂直于水边线的护面长度，m；m——坡角a的余切；γc——砂浆或混凝土有效容重，KN/m3；γw——水容重，KN/m3。
    本工程模袋护坡采用的是无滤水点、来填材料为混凝土模袋，因工程安全性高，模袋设计厚度为40cm，而按式（1）计算出的δ＜40cm，故本工程选择的模袋厚度满足抗漂浮要求。
    3.2.2 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。

    式中：Ｌ2、Ｌ3——模袋长度，m；α——坡角（°）；ｆcs——模袋与坡面间摩擦系数，应由试验测定，无试验资料时，可采用ｆcs=0.5；Ｆs——安全系数，应符合标准SDJ218-84的规定。
    根据公式（2）的计算，新开河模袋护坡抗滑稳定安全系数满足要求。
    3.2.3 抗滑措施
    为增加模袋护坡的抗滑稳定，本工程采用水上锚固沟、水下不分散混凝土压重的方式进行锚固；增加了模袋护坡的抗滑稳定性。
    3.3 模袋设计与加工制造
    3.3.1 模袋材料的技术指标
    根据不同的使用要求，模袋的型号亦有不同。本工程所用的是江苏某工业用布公司生产的高强机织模袋，其主要技术指标见表2。

　　表2 土工模袋的主要技术指标

    3.3.2 模袋的设计与加工制造
    本工程模袋制作以24m为一个单元，每单元分成6块，每块宽4m，长度则根据坡比及坡长确定，每块模袋在10高程平台靠斜坡边设注料口一个，水平间距2.0m，相邻模袋间设50cm宽搭接反滤布。每块模袋的总体尺寸考虑坡长、纵横向收缩率和边界处理要求。
    3.4 充填材料配比
    模袋护坡混凝土要求有良好的和易性和流动性，易于泵送。本工程采用的混凝土配合比为：水泥244kg、粉煤灰122 kg、砂716 kg、石1093kg，塌落度以23cm控制。模袋混凝土设计抗压强度为31.5MPa，实际抗压强度为32.3MPa。
    4、模袋护坡的施工
    4.1 修坡平仓
    用1m3反铲挖掘机在10高程平台按设计边坡1∶2.5进行水下开挖，边开挖边测量高程，开挖完成后，潜水员在水下进行平仓，高挖低填，直到仓面符合设计要求为止。
    4.2 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，葫芦拉住钢管栓在地锚上，整个模袋铺放顺序自上而下进行。
    4.3.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，继续浇筑1.0m平台及锚固沟混凝土。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。
    5、结论及建议
    （1）本工程模袋护坡总长约95m，总面积900㎡，平均厚度超过设计40cm，实测混凝土抗压强度32.3MPa。模袋表面平直美观，整体性好，满足了本工程水下护坡的要求；
    （2）采用模袋混凝土护坡代替传统的块石及混凝土护坡，施工简便快捷，且能进行水下施工，，解决了块石及混凝土难以进行水下护坡施工的难题；
    （3）模袋护坡作为一种新型的防护工具，种类多、造价低，能满足不同工程的需要，可以广泛推广使用；
 　（4）对于充填材料，应根据不同型号的模袋，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，并通过现场试验找出满足模袋混凝土充填所要求的流动性及和易性的配合比。