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        模袋混凝土護坡在港航整治工程中的應(yīng)用

        2023-08-08 13:26:30殷壕
        中國水運 2023年7期
        關(guān)鍵詞:模袋泵送護坡

        殷壕

        (長江重慶航道工程局,重慶 400011)

        1 工程概況

        某航道全長54.75km,全線均按照內(nèi)河Ⅳ級航道通航標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),最大通航船舶噸位為500t。航道橫斷面為梯形斷面,底寬40m,航道水深2.8m,彎道半徑最小為320m,航道口寬58.5m。此次港航整治工程任務(wù)主要為1400×104m3的土方疏浚,新建及改建橋梁15 座,新建護岸608km,其中,模袋混凝土護坡在全部護岸工程中占69.8%,也是該航道整治中主要的護岸結(jié)構(gòu)類型。

        2 施工參數(shù)設(shè)計

        模袋混凝土技術(shù)主要將高強化纖長絲機織雙層模型袋平鋪于待整治坡面,通過尼龍繩控制兩層織物之間的距離,并通過泥漿泵充填流動性砂漿或混凝土。模袋具備一定的滲水性,在充填壓力的作用下,砂漿或混凝土內(nèi)多余水分被擠出,混凝土水灰比降低,凝固過程得以加速,短時期內(nèi)得到高密實度、高強度的砂漿或混凝土硬結(jié)體[1]。模袋混凝土技術(shù)對于內(nèi)陸河道、水庫、堤壩等護坡加固均較為適用,設(shè)備簡單,抗沖刷性能優(yōu)異,可在水上、水下同時施工,工效高。

        2.1 模袋技術(shù)參數(shù)

        該港航整治工程中模袋混凝土護坡所使用的土工織物模型袋型號、規(guī)格及性能均必須滿足設(shè)計要求,主要性能指標(biāo)見表1。

        表1 土工織物模袋性能指標(biāo)

        2.2 模袋混凝土性能指標(biāo)

        模袋混凝土為水硬性復(fù)合材料,其性能主要與原材料屬性、類型、配合比、施工工藝等有關(guān),并直接影響模袋混凝土護坡成型質(zhì)量。該港航整治工程所用模袋混凝土設(shè)計標(biāo)號為C30,水灰比在0.60~0.65 之間,集料粒徑5~20mm,塌落度為22cm±2cm,水泥、粉煤灰、碎石料和粗砂的配合比根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果確定。工程性能完全符合《水運工程混凝土施工規(guī)范》(JTS 202-2011)。

        3 施工工藝

        3.1 材料及設(shè)備準(zhǔn)備

        設(shè)計規(guī)范中對模型袋土工織物強度、等效孔徑、滲透系數(shù)等均有明確規(guī)定,據(jù)此選定土工織物模型袋;并根據(jù)護坡混凝土設(shè)計厚度,通過灌填試驗確定模型袋尺寸[2]?;诖?,委托廠家加工生產(chǎn)符合要求的土工織物模型袋。

        混凝土模型袋采用2 層全丙綸高強機織布制成,外層布透水性良好,2 層機織布間按20cm 間隔布置化纖繩拉筋,拉筋長度根據(jù)模袋設(shè)計厚度確定。模型袋加工成長方形,其尺寸根據(jù)待整治護面尺寸確定,并預(yù)留出3%的收縮量[3]。為保證混凝土充灌速度,應(yīng)適當(dāng)增加充灌口,充灌口直徑30cm。模型袋和縫合處材料應(yīng)能承受1.0MPa 的膨脹壓力。

        結(jié)合施工現(xiàn)場實際,在距離澆筑面100m 以內(nèi)的堤頂施工道路上定位混凝土泵車,以縮短混凝土運輸距離。完成1 個施工段混凝土充灌后再移位。以φ125mm 鋼管為泵送混凝土輸送管道,在泵送管和模袋充灌連接處還應(yīng)設(shè)置3~4 根φ100×5000mm 高壓軟膠管。管道布設(shè)時應(yīng)盡量選擇管路最短及彎頭最少的方案,節(jié)省管材用量。

        管段接頭處必須正確安裝,密封良好,密封圈不得皺折,不得漏漿。

        3.2 模型袋鋪設(shè)

        在模型袋上下緣鋼管套內(nèi)穿入鋼管,并以下緣鋼管為軸,將模袋卷起。在與模型袋上緣相距1.5~2.0m的位置按1~2m 間距設(shè)置定位樁,將拉鏈葫蘆或滑輪安裝在各定位樁上,以調(diào)整模袋位置。模型袋鋪設(shè)過程中,必須考慮并預(yù)留出3%和5%的縱、橫向收縮余量??v、橫向收縮余量分別預(yù)留在模型袋上端和相鄰接縫處,并通過雙股線將相鄰模型袋緊密縫接。在模型袋接縫底部鋪設(shè)土工織物,并以此為濾層,織物和模型袋邊緣至少搭接30cm。模型袋鋪設(shè)情況見圖1。

        圖1 模袋鋪設(shè)情況

        模袋鋪設(shè)前必須保證袋面平整緊湊,袋上緣和下緣管內(nèi)應(yīng)插入堅固的鋼管,鋼管長度應(yīng)超出模袋設(shè)計長度50cm。通過鋼管將模袋卷成卷后,從上至下平鋪于坡面,保證模袋位置準(zhǔn)確。模袋充灌時必須在相鄰模袋間預(yù)留出30cm 搭接寬度,以保證充灌后拼接嚴(yán)密。將充灌后的模袋放置于相應(yīng)位置,安排專人縫制連接。

        模袋混凝土施工時,斜坡主體水流會阻礙模袋混凝土施工進度,特別是漲潮期間,很容易使模袋滑離坡面,而落潮時,模袋又會因水流向外的吸力而緊貼坡面,加大處理難度。為此,必須選擇合適的模袋鋪放時機。結(jié)合航道水位變化趨勢及工程實際,應(yīng)選擇在高潮水位和內(nèi)外水位基本持平時鋪放模袋,可取得較好的施工效果。將模袋鋪展并壓穩(wěn)后,必須通過繩索固定,避免在外力作用下造成模袋下滑。

        3.3 混凝土制備

        機灌模袋混凝土28d 強度應(yīng)比試成型混凝土強度高出30%~40%。試驗所確定的模袋混凝土擴散度為50~55cm,含氣率3%~5%,水灰比0.65,砂率0.65,按照3‰的比例摻加引氣減水劑;水泥、砂、礫石、水的用量分別為382kg/m3、938kg/m3、637kg/m3和249kg/m3。

        按照工程量及實際生產(chǎn)效率,確定混凝土拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力;混凝土生產(chǎn)期間,通過裝載機上料,并借助配料機進行計量;通過摻加減水劑,以縮短拌和時間,保證混凝土的和易性和流動性。

        3.4 混凝土充填

        混凝土泵送期間必須加強充灌范圍控制,避免因壓力過大而將模型袋內(nèi)吊筋拉斷,引起鼓包。如果出現(xiàn)鼓包等情況,必須立即暫停泵送過程,在模型袋上開口,將部分混凝土取出,再用重物將破損處壓住,在另一袋口繼續(xù)充填施工。

        為節(jié)省時間,可在首批模袋混凝土灌注結(jié)束后,直接將鋼管移至另外軟管上,灌注其他模袋。由于河道內(nèi)軟管拆裝存在很大難度,故筆者建議將兩只施工船焊接起來,在船上安放混凝土升降扒桿,為軟管順利交替提供條件。

        混凝土充填過程中,如果出現(xiàn)堵管,混凝土泵車壓力必然驟降,輸送管同時發(fā)生激烈抖動,此時必須立即暫停泵送,快速鎖定堵管位置。根據(jù)經(jīng)驗,堵管一般發(fā)生在管段彎道、充灌袋口、接頭等部位。采取有效措施及時疏通堵塞管段,堵塞時間不得超出30min,以防超出后混凝土塌落度等性能發(fā)生改變。

        模型袋充灌由下至上進行,待下部充填飽滿后,加強土工布松緊程度控制。充灌速度應(yīng)控制在8~12m3/s 以內(nèi),充灌壓力為0.3MPa,灌注過程應(yīng)連續(xù)進行,待充灌滿后將袋口扎緊。軟管管口應(yīng)穿過灌口進入模袋,以保證泵壓力直接作用于模袋內(nèi)混凝土,并降低灌口所承受的反作用力。模袋充灌期間,1 個單元模袋應(yīng)1 次連續(xù)充灌完成。

        待模袋混凝土達到終凝狀態(tài)后按要求養(yǎng)護至少14d。

        4 施工缺陷處治

        該港航護坡整治工程建設(shè)規(guī)模大,施工點多而分散,陸域條件復(fù)雜,護坡形式多,施工周期長,季節(jié)跨度大,在施工過程中暴露出許多質(zhì)量通病和缺陷,不利于工程質(zhì)量和景觀效果。

        4.1 土基塌陷

        該航道開挖疏浚過程中存在超挖擾動;坡頂堆載較高,局部邊坡存在滑動跡象;大型施工機械作業(yè)期間過于靠近坡頂前沿,造成坡頂崩塌;堤頂排水沖刷;河道水位驟降,下層失水收縮沉積,上層隨之塌陷。由于以上情況的存在,如果僅采取簡單的復(fù)土貼皮處理,很容易引發(fā)模袋混凝土沉降開裂,淘蝕變形。為此,應(yīng)通過土方、石料等換填,并壓實,采用木樁和水泥樁加固,提升土基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

        4.2 模袋鼓包

        上下層模袋間拉筋加工質(zhì)量缺陷或斷裂,均會在模袋充灌期間引發(fā)鼓包。引起這種現(xiàn)象的原因主要有模袋強度不足,型號規(guī)格選用錯誤;充灌用混凝土塌落度過大,致使泵送速度加快,壓力增大,對坡底模袋造成強烈沖擊。為應(yīng)對此類病害,必須嚴(yán)控模袋質(zhì)量,對于橫斷面較長的護坡,應(yīng)將相鄰兩塊模袋分段交替充灌,以保證受力均衡;加強混凝土拌和質(zhì)量控制,確保充灌口塌落度符合設(shè)計要求,并將泵送壓力及速度控制在合理范圍內(nèi)。

        4.3 模袋混凝土表面龜裂

        因混凝土質(zhì)量不符合要求或養(yǎng)護不到位,成型后的模袋混凝土表面可能出現(xiàn)不規(guī)則裂紋。針對此類病害,應(yīng)調(diào)整混凝土配合比,并適當(dāng)摻加粉煤灰、減水劑,以改善混凝土和易性,避免因發(fā)生離析而引起不均勻開裂;此外,在初凝前還應(yīng)輔以人工踩平方式,提升模袋混凝土灌注的均勻性;對水上混凝土加強養(yǎng)護,并確保水硬性固結(jié)材料水分供應(yīng),避免發(fā)生混凝土表面龜裂。

        4.4 膜袋混凝土冷縫

        該港航整治工程護坡模袋混凝土采用從下而上的充灌次序,冷縫主要表現(xiàn)為縱向通縫,這種縫隙安全隱患較大,在外界因素作用下,很容易引發(fā)護坡變形、斷裂及破壞[4]。造成冷縫的原因主要在于工班交接時間過長,混凝土緩凝時間不足或運輸時間過長等。為此,必須從原因入手,保證模袋混凝土初凝前灌填到位,避免初凝后二次補澆。

        5 結(jié)論

        該港航整治工程航道岸坡土質(zhì)松軟,承載力差,粉質(zhì)土無法抵擋河水沖刷,在應(yīng)用模袋混凝土護坡后取得了較好的固坡定形效果。工程應(yīng)用結(jié)果表明,模袋混凝土護坡造價低廉,地形適應(yīng)性強,施工快速,性能穩(wěn)定可靠,可水上水下同時施工,一次灌注成型;省去了填、拆圍堰及降排水等工作環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)護坡技術(shù)相比,該航道整治工程1 套模袋混凝土充填施工設(shè)備需要同時配備10 個操作人員,24h 充灌混凝土量為200~300m3,總造價約540~580 元/m3,比常規(guī)技術(shù)節(jié)省人力,工效更高。總之,港航整治工程模袋混凝土護坡施工技術(shù)具有十分顯著的經(jīng)濟效益和社會效益,適用于各類地質(zhì)條件及類型的河岸工程防護。

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