曲 磊

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110003)

膜袋混凝土護坡技術(shù)于20世紀80年代由國外引入，目前已在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)將機織膜袋作為填充載體，利用泵送混凝土充灌膜袋，待混凝土凝固后形成連續(xù)護坡、護底的結(jié)構(gòu)防護型式。它具有整體性強、施工便捷、便于水下作業(yè)、機械化程度高、穩(wěn)定性好，使用壽命長等優(yōu)點。

1 結(jié)構(gòu)組成

膜袋混凝土由機織膜袋布、混凝土填充層及下部墊層構(gòu)成。機織膜袋布常用CX- 200型丙綸機制作，質(zhì)量為600g/m2，膜袋布的主要參數(shù)指標見表1。膜袋內(nèi)混凝土填充厚度通常為20cm，水灰比應(yīng)小于0.55，水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，砂為中砂，碎石最大粒徑≤20mm，抗壓強度P≥50MPa，坍落度一般為18～20cm。膜袋混凝土標號一般為C25，抗凍指標為F200。膜袋下部墊層通常采用500g/m2無紡布，起到反濾作用。

2 北方寒區(qū)的適用性

鑒于膜袋混凝土的諸多優(yōu)點，它在有水環(huán)境的堤防護坡防護中得到大面積應(yīng)用，但在北方寒區(qū)的應(yīng)用過程中也暴露出其不足之處。由于北方寒區(qū)冬季嚴寒，極端最低氣溫隨著緯度的升高能夠達到零下十幾度甚至幾十度，河流、湖區(qū)或者庫面結(jié)冰現(xiàn)象較為普遍，冰層所產(chǎn)生的冰推力對混凝土膜袋護坡的破壞非常顯著。冰推力主要表現(xiàn)為動冰壓力和靜冰壓力，其中動冰壓力對坡面的破壞由初春冰層解凍、冰裂成塊時，在水力和風力作用下，大量的冰塊運動撞擊膜袋護坡而造成的；靜冰壓力對坡面的破壞是指冰層受熱升溫，冰體膨脹施加于坡面上的力。因此，冬季結(jié)冰期膜袋混凝土護坡同時受到垂直坡面向的冰壓力及沿坡面向的冰推力的雙重作用，在這兩種力的共同作用下，膜袋混凝土結(jié)構(gòu)極易發(fā)生橫向斷裂，膜袋護坡受力如圖1所示，其中PV和PH分別為垂直坡面和平行坡面的作用力。

斷裂后的膜袋混凝土護坡不但結(jié)構(gòu)整體性遭到了破壞，水流還會沿著裂縫侵入膜袋底部淘刷墊層甚至堤坡土體，最終導(dǎo)致膜袋混凝土護坡錯位、塌陷，使其失去防護作用。

表1 混凝土模袋的主要技術(shù)參數(shù)

圖1 冰蓋層冰壓力示意圖

3 膜袋混凝土改造

為克服混凝土膜袋缺點，提高在北方寒區(qū)的易用性，充分利用施工便捷、水下適應(yīng)性高的特點，經(jīng)過多年的實踐并不斷完善，采用在膜袋內(nèi)部增加鋼筋的方式來增強膜袋混凝土護坡的結(jié)構(gòu)強度，改善其防護能力。該結(jié)構(gòu)型式能夠有效增強混凝土膜袋結(jié)構(gòu)的抗拉及抗剪性能，有效抵抗冰推力作用；同時亦能夠抵抗因坡面不均勻沉降而引起的彎曲應(yīng)力，保證膜袋混凝土護坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，延長使用壽命。

膜袋混凝土固結(jié)硬化后，其結(jié)構(gòu)類似于素混凝土板式護坡且厚薄間隔布置呈波浪狀，在外力的作用下容易產(chǎn)生斷裂。為提高膜袋混凝土的整體強度，增加其抗剪性能，在膜袋混凝土澆筑前對其內(nèi)部增設(shè)一根順坡向鋼筋，使混凝土膜袋由素混凝土結(jié)構(gòu)變?yōu)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，能夠顯著提高混凝土膜袋的抗拉、抗剪性能。

充灌成型后的膜袋混凝土，單隴膜袋橫截面為底部偏平、上部圓弧的結(jié)構(gòu)形態(tài)。為實現(xiàn)素混凝土膜袋鋼筋混凝土化，首先需要解決縱筋的固定難題。為使植入的縱筋在混凝土膜袋澆筑后不塌落至膜袋底部，設(shè)置多個環(huán)向支架，支架內(nèi)設(shè)置徑向支桿用于支撐縱向鋼筋。環(huán)向支架的數(shù)量視護坡長度確定，間距以2m為宜。在膜袋充灌混凝土前，將綁扎好支架的縱向鋼筋由上部進料口插入膜袋內(nèi)部，從而實現(xiàn)混凝土膜袋加筋特性?？v向鋼筋一般選用Φ12號鋼筋即可，縱向鋼筋間距約0.3m，每隔一隴布置一根。植入鋼筋后成型的膜袋混凝土示意圖如圖2所示。

4 應(yīng)用情況

沈陽市遼中區(qū)團結(jié)大閘位于渾河的支流蒲河上，該閘為珍珠湖水庫的滯洪閘，水閘兩側(cè)為擋水橫堤。團結(jié)大閘于2016年進行了除險加固，對主體結(jié)構(gòu)進行了拆除重建，同時對兩側(cè)擋水橫堤進行了坡面防護。橫堤坡面防護型式的選用，通過比選混凝土板護坡、綠濱墊護坡及植筋式混凝土膜袋護坡，充分考慮了經(jīng)濟性、耐用性及凍融破壞的影響，最終確定采用植筋膜袋混凝土護坡。

堤防斷面形式迎水坡為帶有平臺的復(fù)合斜坡堤，堤頂寬度為8.5m，堤頂高程為22.80m；堤腳高程為17.30m，在高程為20.80m處設(shè)置2.5m寬的平臺，平臺以上、以下坡比均為2.5。平臺高程以下坡面為20cm厚植筋式膜袋混凝土護坡，膜袋內(nèi)部設(shè)置多個環(huán)形支架并插入Φ12螺紋鋼筋，鋼筋間距為30cm，模袋混凝土頂部以30cm×20cm的鋼筋混凝土封頂；平臺以上斜坡坡面采用20cm厚六角形混凝土框格護坡，框格空隙處植草。平臺處采用30cm厚粗料石路面，20cm厚砂礫料墊層。標準斷面膜袋混凝土護坡水平投影長8.72m，框格混凝土水平投影長5.25m。膜袋混凝土強度等級為C25，抗?jié)B等級為W4，抗凍等級為F200；膜袋混凝土每15m用瀝青木板分縫，分縫處設(shè)置1m寬400g/m2的土工布防止堤身填料析出。具體斷面形式如圖3所示。

圖2 膜袋混凝土植筋示意圖

圖3 擋水橫堤標準斷面圖(m)

團結(jié)大閘的植筋式膜袋混凝土護坡運行至今已經(jīng)度過兩個冬季的考驗，護坡結(jié)構(gòu)完整，無斷裂錯位現(xiàn)象的發(fā)生，護坡起到了很好的防護作用，較好解決了嚴寒地區(qū)開闊水面坡面防護易損、易破壞的難題，取得了良好的經(jīng)濟效益和工程效果。

5 不足與改進

植筋式膜袋混凝土護坡雖能夠在北方寒區(qū)堤壩坡面防護中起到良好的效果，但仍未能克服傳統(tǒng)膜袋護坡膜白化、硬化的缺點。因此，在設(shè)計中應(yīng)充分兼顧工程耐久性與生態(tài)要求，水位變動區(qū)以下可采用植筋膜袋混凝土進行防護，水位變動區(qū)以上應(yīng)首選生態(tài)防護措施。另外，機制膜袋風化后容易對生態(tài)環(huán)境造成一定的污染，建議在機制膜袋材料研發(fā)上加大力度，采取可降解的材料來替代現(xiàn)有膜袋材料，以滿足環(huán)保要求。