模袋混凝土技术在海港边坡防护中的应用 摘要：舟山市沈家门港海底隧道工程北岸模袋砂围堰施工完成后，受潮汐影响，模袋砂围堰体砂流失严重。通过模袋混凝土护面后，阻止了砂的流失，围堰趋于稳定，取得了良好的效果，为以后类似的工程提供了参考和借鉴。关键词：潮汐；模袋混凝土；配合比；工艺模袋混凝土技术是我国20世纪80年代初从国外引进的一项现浇混凝土新技术，它采用织物模袋做软模具，通过混凝土泵将砂浆或混凝土充灌进模袋成型，起到护坡、护底、防渗等作用。它具有整体性好、耐久性好、地形适应性强、施工速度快、省工省时，并可以在水下铺设充灌施工等特点，可以应用在道路、水库、河渠、海堤、港湾等工程上，因此在国内应用发展较快1。浙江省舟山市沈家门港海底隧道工程采用模袋混凝土技术队沈家门侧模袋砂围堰进行护坡，有效防止了既有模袋砂围堰体在海水冲刷、小船冲击下的流失，同时对增强了围堰防渗功能，取得了很好的应用效果。1工程概况舟山市普陀区沈家门港海底隧道工程位于浙江省舟山市普陀区，从沈家门滨港路(新街口)，与水流方向约成90夹角直线横穿沈家门港至鲁家峙岛(渔具公司方向)上岸，在规划休闲广场西北角进入休闲广场，并向西折转约18.4后以直通式出入口到达地面。隧道结构由沈家门侧出入口段及明挖暗埋段、沉管段、鲁家峙侧明挖暗埋段及出入口段组成，近期隧道建筑全长为393.9m，沈家门侧出入口段施工前需对海床实施筑岛围堰。沈家门侧海堤表层主要由块石、碎石、沙砾组成，为新近填海物质，层厚2.05.6m，以下依次为粉质粘土、淤泥、淤泥质粉质粘土、含粘性土圆砾。场地地表水主要为沈家门港内的海水，海水潮汐类型为正规半日潮型，落潮历时略大于涨潮历时，港区实测最大潮流速0.88m/s，大潮时平均流速0.403m/s,小潮时平均流速0.277m/s。模袋混凝土断面形式如图1。2护坡方案设计2.1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，对其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。必要时应根据具体工程情况通过试验确定。配合种类粗粒料最大尺寸(mm)塌落度(cm)空气含量(%)水灰比W/C(%)细粒料比率Sa(%)单位质量(kg/m3)备注本工程模袋混凝土强度等级为C20，充填料配合比见表1。由于充填料灌入模袋后，其中多余的水分可以从模袋的孔隙中渗出，从而水灰比可降至0.4或更低，使混凝土或砂浆的凝固速度加快，强度大大提高。采用上表中细砾混凝土R28比普通混凝土强度高30以上2。2.2模袋混凝土护坡结构设计模袋形式的选择。根据本工程等级、施工条件、风浪和水流状况，堤岸护坡的混凝土模袋选用机织模袋，形式为带排水点型。厚度确定。模袋混凝土护坡主要承受风浪荷载。在寒冷地区还有冬季冰推力作用。而地处广东的大部分地区都很少出现结冰，因而模袋混凝土护岸的厚度主要是有满足抗波浪稳定要求的板厚确定。按堤防工程设计规范3按混凝土板整体稳定所需的护面板厚度t计算，计算公式如下：式中t为混凝土护面板厚度（m）；为系数，取0.075；H为计算波高（m），取1.0m；rb为混凝土板的重度（kN/m3），取2.35；r为水的重度（kN/m3）；L为波长（m），取0.8m；B为沿斜坡方向（垂直于水边线）的护面长度（m），取3m；m为斜坡坡率，m=ctg，为斜坡的坡角，取m=2。则t=0.075*1.0*=0.19m，取t=0.2m。抗滑稳定性校核。由于模袋混凝土与波面土为两种不同的材料，它们的物理及力学性质都截然不同，它们的界面的粘聚性能有所降低，因此模袋混凝土与波面土之间的界面为最危险的滑动面。计算公式如下：Kcs=(L3+L2cos)fcs/sin=(1+1.11*)*0.5*=2.241.5式中Kcs为模袋与堤土间的抗滑稳定安全系数；fcs为混凝土模袋与模袋砂模袋之间的摩擦系数；为堤坡角；L3为模袋混凝土护坡的坡面长度；L2为模袋混凝土在坡角的水平长度；抗滑稳定安全系数K值不得小于1.54。3模袋混凝土施工3.1模袋混凝土施工工艺5施工工艺流程如下图2。测定模袋砂围堰边角坐标及海底基面高程，并利用船只打深铁杆进行测量定位。进一步了解水文地质情况，掌握第一手资料。组织机械设备进场，并进行维修保养，使之保持完好性能。组织专门施工班组，进行技术交底，在施工组织设计方面，请有关专家进行技术论证。备足施工材料，确保材料供应。3.2施工方法3.2.1整坡模袋混凝土施工基础为模袋砂，外侧设计坡比为1：2。定位放线：在海岸上用全站仪确定好模袋混凝土边角线。岸上坡面修整：岸上坡面修整采用人工码砌小沙袋的整坡方法。水中坡面修整：岸上坡面修整采用潜水员码砌小沙袋的整坡方法。3.2.2模袋混凝土施工设备及潜水人员配备砼生产系统：配备一台750升拌和机及相应配料工具组成砼生产系统以及保证满足设备运行的供电系统。砼灌注系统：HBT60型输送泵一台，以及有关配套的输送硬管、软管。施工用船：定位用船一艘，潜水员也使用该定位船。模袋铺设用小船一到两艘，同时供测量使用。3.2.3砼组成材料要求使用石子粒径要求不大于3cm，混凝土的坍落度要求为22左右，因此单位水泥用量较大。为防止输送时进离析，黄砂采用中粗砂。3.2.4模袋的定位铺设施工后的模袋能否密盖土坡面，模袋定位好坏是关键。模袋纤维柔性很好,铺设三面为水，一面为上岸。铺设时上口边用槽钢扣牢，槽钢由链条葫芦连接于钢管桩上，底口边及两侧用缝制的拉结带扣牢钢管，使模袋充分拉展开。钢管上扣上一系列绳索保证使模袋伸展，沿船边沿缓慢下放至坡面。模袋铺设时自上游往下游敷设。敷设时上一块模袋的下游侧缝有60cm宽的反滤布，此布必须平整的压在后一块模袋下面，此项工作由潜水员在水下进行，以保证搭接接头良好。3.2.5模袋砼充灌灌注前首先拌和砂浆润湿管道，然后输送砼至管口后，停止输送，再用绳索扣牢管口悬吊于施工船边沿。潜水员人水后摸准模袋灌注口，指挥水上吊放泵车软输送管口吊放至模袋灌注口后由潜水员将软管口插人袋口，扎牢后，即开机输送灌注砼。灌注时潜水员在水中站立于袋口位置经常检查袋口位置是否出现石子堆积，产生砼输送不流畅致使压力增大，导致加固筋和模袋布胀脱，产生灌注厚度加大的现象，影响表面美观。同时还需检查灌注范围是否灌实。灌注好一个缝制隔层单位后，由潜水员指挥泵车停车，松开模袋灌注袋口扎绳，抽出灌注管后迅速扎牢灌注袋口，同时将输送管口移插至下一袋口。充灌程序采用自下至上的充灌方法，模袋在充灌进后，模袋布会出现膨胀拉紧，此时需调整上口边固定槽钢的拉紧葫芦，做好张力放松工作，以防模袋灌注不饱满。整块袋布灌注结束后，取出固定钢管，清洗泵车及管道。完成后的模袋砼坡面，须做好养护工作。4质量控制及注意事项4.1质量控制与检验模袋生产厂家应按批提供出厂合格证、国家认可的质量检测单位出具的技术性能鉴定书或试验报告。模袋出厂前，到厂家对模袋的规格尺寸、缝制质量和外观等进行检查，并在到场后按有关规定抽检，合格后方能用于工程施工。模袋混凝土强度采用在充灌口按有关规定取样，先灌入相同材质的小模袋（15cm150cm）中，吊置1020min，取出再装入标准试模成型的方式检验。模袋护坡护底的允许偏差、检验数量和检验方法按有关规定严格执行。4.2注意事项在下设模袋的同时，必须用细绳将每个灌注口用活结扎好，细绳的另一端悬挂在用浮标浮在水面上，以减少潜水员在水下寻找灌注口的时间。混凝土灌注前应用清水冲洗湿润管道，然后用水泥砂浆润滑管道。灌注将近饱满时，应暂停510min，待模袋中的水分析出后，再灌注至饱满。每个灌注口灌注结束后，必须用绳子将灌注口扎死。在更换灌注口时，水上安排人员协助潜水员工作。必须保证混凝土泵的运行可靠性，一旦产生堵管现象，应及时处理。5施工感受模袋混凝土可以水下施工，具有不需要筑拆围堰、排水、断航等优点。施工机械化程度高，可缩短工期，整体面积大，一般可达80m2以上，特别是模袋具有一定的透水性，在充填料受压后，能将进（或砂浆）中多余水份从袋孔中排出，具有降低水灰比，加快进凝固强度，同时还有利于提高袋内进强度。模袋织造纤维柔软，模袋柔软性好，在工程中模袋可以适应任何复杂的坡面地形和复杂的土质，及恶劣的施工环境，施工后坡面成型也很美观，成品模袋混凝土护坡见图3。施工较为简便，施工速度快，施工时配备1台750升拌和机，1台16m3/h的输送泵，一个台班能充灌厚20cm的模袋20080m2。沈家门港海底隧道工程北岸护岸，受潮汐的影响较大，在模袋混凝土施工前模袋砂围堰体内砂流失严重，东侧堰体标高明显下降，模袋混凝土护面施工后，堰体内砂停止流失，整体趋于稳定，同时模袋混凝土护面经受住了海浪的侵袭，至今完好无损。参考文献：1王宏江,朱永庚,张彤宇.模袋混凝土技术在水利建设中的应用J.天津市科学技术期刊,2006,(8):20-22.2苏战军,吴晓强.水下模袋混凝土护坡护底施工技术J.浙江水利科技,2008,(3):15-18.3GB50286-98,提防工程设计规范S.4郑万勇,吴韵侠,郭立杰.应用混凝土模袋防护黄河堤脚的研究J.中国水利,2004,(3). -全文完-