許經宇，左明利，寧鵬飛，陳中竹

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021）

哈達山水利樞紐工程由壩區(qū)樞紐工程、防護區(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、粘土均質壩等組成，防護區(qū)防護工程由防護堤、強排站、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，渠首設計流量為175 m3/s，全線橫斷面均采用梯形明渠輸水斷面，渠道邊坡采用1∶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，壤土的滲透系數為3.12×10-5，黃土狀壤土的滲透系數為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，導致凍脹問題更為突出，因此該渠段襯砌的設計不僅要滿足抗滑穩(wěn)定等要求，如何解決凍脹問題更是工程設計的重中之重。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度也是襯砌形式選擇的一個重要方面。通過多個方案的比選和綜合考慮，該渠段襯砌材料選用適應凍脹變形的鉸鏈式內綸模袋混凝土柔性護坡型式[1]。

2 設計方案

2.1 厚度計算[2]

1）抗漂浮厚度計算

式中：c——面板系數，大塊混凝土護面，c=1，護面上有濾水點，c=1.5；Hw，Lw——波浪高度與長度，m；Lr——垂直于水邊線的護面長度，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）抗冰推所需厚度計算

式中：δi——冰層厚度，m；Pi——設計水平冰推力，有資料建議初設取150 kN/m2；Hi——冰層以上護面垂直高度，m；Ccs——護面與坡面間粘著力，150 kN/m2；fcs——護面與坡面間摩擦角；Fs——安全系數，一般可取3。

3）抗滑穩(wěn)定計算

式中：L2——坡角以下水平護面長度，m；L3——護坡上模袋斜向長度，m；α——坡角；fcs——模袋與坡面間摩擦系數，應由試驗測定，無試驗資料時，可采用約0.5；Fs——安全系數，可取1.5。

根據上述計算，對于樁號33+623.18～96+742.03的強凍脹土渠段，渠坡采用12 cm厚鉸鏈式模袋混凝土防護，模袋的規(guī)格2 m×2 m，強度等級C20，抗凍等級F200，模袋板塊間采用尼龍繩連接，垂直水流方向為2根φ10的尼龍繩，順水流方向為1根Φ8的尼龍繩。在坡腳設現(xiàn)澆混凝土腳槽，坡腳腳槽底寬0.5 m，深0.8 m，腳槽混凝土的強度等級C20、抗凍等級F200；護砌坡頂設混凝土封頂，強度等級C20、抗凍等級F200。在鉸鏈式模袋混凝土護坡下設無紡布，無紡布規(guī)格為300 g/m2。其具體形式見圖1。

圖1 模袋混凝土護坡示意圖

3 施工工藝

1）施工準備[3]。包括備足所需材料和設備、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。泵送施工主要設備是混凝土（砂漿）攪拌機和混凝土（砂漿）泵等。

2）鋪設模袋[3]。機織模袋應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。順水流方向鋪土工織物時，搭接帶亦應固定。簡易模袋先鋪設非織造土工織物濾層，然后在其上鋪模袋。一次鋪設土工織物面積的大小根據充灌施工進度確定。

3）模袋混凝土充灌[3]。施工時應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，應隨時檢查混凝土級配和坍落度；防止過粗骨料進入和堵塞管道；防止泵人空氣，造成堵管或氣爆；充灌應連續(xù)，停機時間一般不得超過20 min。

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

c）隨時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，移動設備，按上述步驟進行下一片的充灌施工。應特別注意兩片間的聯(lián)接、靠緊。

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

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

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

模袋采用有排水點的丙綸編制布機制模袋。模袋混凝土護坡的平均厚度為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，攪拌好的混凝土應做坍落度試驗，混凝土坍落度要嚴格控制在23±2 cm范圍內，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，進行下一道工序。模袋內灌注混凝土后，底面兩側必須是緊貼坡面，不能有蹺起現(xiàn)象，試驗合格后才可由相應廠家成批生產采購。模袋護坡的側翼設壓袋溝，深度為0.80 m，下底寬為0.5 m，用水泥砂漿壓模袋。水泥砂漿標號為M7.5，水泥采用強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，沙子采用中粗砂。

模袋內垂直水流方向設置φ10 mm丙綸長絲繩，間距0.6 m。

4 結語

哈達山水利樞紐工程輸水干渠長50 m的混凝土模袋試驗段于2008年完工，經過3年的過水運行，外觀、整體穩(wěn)定性表現(xiàn)良好?；炷聊４€有著適應變形能力強，外形美觀，造價低廉，施工工藝簡單，襯砌速度快等優(yōu)點。在哈達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，混凝土模袋在哈達山水利樞紐工程中的應用，為我國北方，尤其是凍脹問題突出的東北嚴寒地區(qū)的長距離輸水渠道襯砌設計提供了科學的參考依據，同時也使哈達山水利樞紐工程發(fā)揮了更好的社會效益和經濟效益。

[1]控導工程鉸鏈式模袋混凝土沉排[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用技術規(guī)范[S].

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