許經(jīng)宇，左明利，寧鵬飛，陳中竹

（吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，吉林 長春 130021）

哈達(dá)山水利樞紐工程由壩區(qū)樞紐工程、防護(hù)區(qū)工程和輸水工程組成。壩區(qū)樞紐工程由混凝土重力壩連接段、河床式電站、溢流壩、取水及門庫段、粘土均質(zhì)壩等組成，防護(hù)區(qū)防護(hù)工程由防護(hù)堤、強(qiáng)排站、灌溉涵洞和排水溝等組成，輸水工程包括渠首閘、輸水干渠及其交叉建筑物等。輸水干渠全長95.93 km，渠首設(shè)計(jì)流量為175 m3/s，全線橫斷面均采用梯形明渠輸水?dāng)嗝?，渠道邊坡采?∶2.5。

1 襯砌形式的選擇

輸水干渠全長95.93 km，渠道33+623.18～96+742.03段，多為全挖方渠道,渠底巖性主要為黃土狀壤土、粘土、極細(xì)砂組成，黃土狀壤土、粘土屬于粘性土，含水率較高，壤土的滲透系數(shù)為3.12×10-5，黃土狀壤土的滲透系數(shù)為5.08×10-5，且壤土和黃土狀壤土層厚度都在5 m以上，屬于強(qiáng)凍脹土，存在凍脹和凍融脫坡問題。又由于干渠在該渠段地下水位均在渠道底板以上，最高的為渠道底板以上5 m左右，導(dǎo)致凍脹問題更為突出，因此該渠段襯砌的設(shè)計(jì)不僅要滿足抗滑穩(wěn)定等要求，如何解決凍脹問題更是工程設(shè)計(jì)的重中之重。該段襯砌工程量近193萬m2，在工期短，工程量大的情況下保證施工進(jìn)度也是襯砌形式選擇的一個(gè)重要方面。通過多個(gè)方案的比選和綜合考慮，該渠段襯砌材料選用適應(yīng)凍脹變形的鉸鏈?zhǔn)絻?nèi)綸模袋混凝土柔性護(hù)坡型式[1]。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 厚度計(jì)算[2]

1）抗漂浮厚度計(jì)算

式中：c——面板系數(shù)，大塊混凝土護(hù)面，c=1，護(hù)面上有濾水點(diǎn)，c=1.5；Hw，Lw——波浪高度與長度，m；Lr——垂直于水邊線的護(hù)面長度，m；m——坡角的余切；γc——砂漿或混凝土有效容重，kN/m3；γw——水容重，kN/m3。

2）抗冰推所需厚度計(jì)算

式中：δi——冰層厚度，m；Pi——設(shè)計(jì)水平冰推力，有資料建議初設(shè)取150 kN/m2；Hi——冰層以上護(hù)面垂直高度，m；Ccs——護(hù)面與坡面間粘著力，150 kN/m2；fcs——護(hù)面與坡面間摩擦角；Fs——安全系數(shù)，一般可取3。

3）抗滑穩(wěn)定計(jì)算

式中：L2——坡角以下水平護(hù)面長度，m；L3——護(hù)坡上模袋斜向長度，m；α——坡角；fcs——模袋與坡面間摩擦系數(shù)，應(yīng)由試驗(yàn)測定，無試驗(yàn)資料時(shí)，可采用約0.5；Fs——安全系數(shù)，可取1.5。

根據(jù)上述計(jì)算，對于樁號33+623.18～96+742.03的強(qiáng)凍脹土渠段，渠坡采用12 cm厚鉸鏈?zhǔn)侥４炷练雷o(hù)，模袋的規(guī)格2 m×2 m，強(qiáng)度等級C20，抗凍等級F200，模袋板塊間采用尼龍繩連接，垂直水流方向?yàn)?根φ10的尼龍繩，順?biāo)鞣较驗(yàn)?根Φ8的尼龍繩。在坡腳設(shè)現(xiàn)澆混凝土腳槽，坡腳腳槽底寬0.5 m，深0.8 m，腳槽混凝土的強(qiáng)度等級C20、抗凍等級F200；護(hù)砌坡頂設(shè)混凝土封頂，強(qiáng)度等級C20、抗凍等級F200。在鉸鏈?zhǔn)侥４炷磷o(hù)坡下設(shè)無紡布，無紡布規(guī)格為300 g/m2。其具體形式見圖1。

圖1 模袋混凝土護(hù)坡示意圖

3 施工工藝

1）施工準(zhǔn)備[3]。包括備足所需材料和設(shè)備、平整坡面、現(xiàn)場就位、放線定位、開挖頂腳基槽、測量水下施工水深和流速等。泵送施工主要設(shè)備是混凝土（砂漿）攪拌機(jī)和混凝土（砂漿）泵等。

2）鋪設(shè)模袋[3]。機(jī)織模袋應(yīng)在各片連接的底面鋪非織造土工織物。各片間連接底面的非織造土工織物采用縫接或搭接，搭接寬度20～30 cm，土工織物在坡頂處可用8號鐵絲制成的“n”形釘固定。順?biāo)鞣较蜾佂凉た椢飼r(shí)，搭接帶亦應(yīng)固定。簡易模袋先鋪設(shè)非織造土工織物濾層，然后在其上鋪模袋。一次鋪設(shè)土工織物面積的大小根據(jù)充灌施工進(jìn)度確定。

3）模袋混凝土充灌[3]。施工時(shí)應(yīng)采取措施盡量縮短泵送軟管長度，中間以短硬管相連，變換灌口時(shí)將管口堵上以減少水泥漿流失，并盡量減少軟管的彎折和顫動，保證順利泵送。

a）為防止堵塞事故，應(yīng)隨時(shí)檢查混凝土級配和坍落度；防止過粗骨料進(jìn)入和堵塞管道；防止泵人空氣，造成堵管或氣爆；充灌應(yīng)連續(xù)，停機(jī)時(shí)間一般不得超過20 min。

b）泵與充灌操作人員之間應(yīng)隨時(shí)聯(lián)系，緊密配合，充灌到位后及時(shí)停機(jī)，以防充灌過程產(chǎn)生鼓包或鼓破。出現(xiàn)鼓脹時(shí)，應(yīng)及時(shí)停機(jī)，查找原因并處理。

c）隨時(shí)檢查坡頂鋼樁是否牢固，以防充灌過程中模袋下滑。灌完一片后，移動設(shè)備，按上述步驟進(jìn)行下一片的充灌施工。應(yīng)特別注意兩片間的聯(lián)接、靠緊。

4）養(yǎng)護(hù)。全部護(hù)坡施工完成后，進(jìn)行坡頂、坡腳和上下游兩側(cè)接頭的回填處理，同時(shí)進(jìn)行護(hù)面混凝土的養(yǎng)護(hù)。一般養(yǎng)護(hù)期為7 d，要求在此期間護(hù)坡表面處于潤濕狀態(tài)。

5）模袋混凝土標(biāo)號及材料。模袋混凝土強(qiáng)度等級為C25，抗凍標(biāo)號為F300，抗?jié)B標(biāo)號為W6?；炷了涠葹?3±2 cm。

水泥采用強(qiáng)度等級42.5的普通硅酸鹽。為提高模袋混凝土的抗凍性，施工時(shí)要求在混凝土中摻加適量的外加劑。

模袋采用有排水點(diǎn)的丙綸編制布機(jī)制模袋。模袋混凝土護(hù)坡的平均厚度為120 mm，展開模袋，在其上、下緣插入掛袋鋼管，扎緊灌料口，移至坡面；設(shè)上緣固定樁和松緊器，并將其從坡上往坡下鋪放。充填混凝土利用特制的灌料泵，攪拌好的混凝土應(yīng)做坍落度試驗(yàn)，混凝土坍落度要嚴(yán)格控制在23±2 cm范圍內(nèi)，充填自下而上，按左、中、右灌入孔次序充填，充填約1 h后即可清除模袋表面漏漿，進(jìn)行下一道工序。模袋內(nèi)灌注混凝土后，底面兩側(cè)必須是緊貼坡面，不能有蹺起現(xiàn)象，試驗(yàn)合格后才可由相應(yīng)廠家成批生產(chǎn)采購。模袋護(hù)坡的側(cè)翼設(shè)壓袋溝，深度為0.80 m，下底寬為0.5 m，用水泥砂漿壓模袋。水泥砂漿標(biāo)號為M7.5，水泥采用強(qiáng)度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，沙子采用中粗砂。

模袋內(nèi)垂直水流方向設(shè)置φ10 mm丙綸長絲繩，間距0.6 m。

4 結(jié)語

哈達(dá)山水利樞紐工程輸水干渠長50 m的混凝土模袋試驗(yàn)段于2008年完工，經(jīng)過3年的過水運(yùn)行，外觀、整體穩(wěn)定性表現(xiàn)良好?；炷聊４€有著適應(yīng)變形能力強(qiáng)，外形美觀，造價(jià)低廉，施工工藝簡單，襯砌速度快等優(yōu)點(diǎn)。在哈達(dá)山輸水干渠施工過程中，每天可襯砌200～300 m，是普通混凝土板塊襯砌速度的1.5～2.5倍。因此，混凝土模袋在哈達(dá)山水利樞紐工程中的應(yīng)用，為我國北方，尤其是凍脹問題突出的東北嚴(yán)寒地區(qū)的長距離輸水渠道襯砌設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的參考依據(jù)，同時(shí)也使哈達(dá)山水利樞紐工程發(fā)揮了更好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]控導(dǎo)工程鉸鏈?zhǔn)侥４炷脸僚臶J].吉林水利，2009（1）.

[2]SL/T 225-98，水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[3]包承綱.堤防工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)[M].北京：水利水電出版社，1999，12.