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模袋混凝土护坡设计.pdf
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1、2013N o1海河水利 35 DOI:103969,j i ssn1004-7328201301012 模 袋 混 凝 土 护 坡 设 计 任重琳1,任传栋2,王志真3,孙炎渤4 (1海河水利委员会漳卫南运河管理局,山东德州253009;2山东省水利勘测设计院,山东济南250013; 3山东省农业规划设计院,山东济南250013;4漳卫南运河管理局四女寺枢纽管理局,山东武城253315) 摘要:结合南水北调东线工程,介绍了模袋混凝土护坡设计应用。模袋混凝土施工特别适合水下工程和河岸护坡, 具有不需设置围堰,可以水上、水下连续施工,机械化程度高等优点,具有很高的推广价值。 关键词:南水北调;模
2、袋混凝土;衬砌;护坡设计 中图分类号:132234文献标识码:B文章编号:10047328(2013) 01-0035-04 模袋是指用高强化纤长丝经机织而成的双层袋 状织物,模袋之间沿纵横2个方向每隔一段距离用 尼龙绳把上、下两层织物联结在一起,并控制灌注成 形的厚度,可以起到模板的作用。模袋混凝土为在需 要浇筑混凝土的部位摊铺模袋,固定后往其内部灌 注混凝土。利用织物袋充灌填料后具有的透水不透 浆的特性。依靠泵压和自重从模袋的孔隙中排出多 余水分,降低水灰比,凝固后达到设计强度,形成牢 固稳定的防护面,成形后无需拆除模袋。模袋混凝土 施工特别适合水下工程和河岸护坡,具有不需设置 围堰、可以
3、水上水下连续施工、机械化程度高等优 点已被国内广泛使用。 1工程概况 南四湖一东平湖段输水与航运结合工程位于山 东省的南部,属淮河沂沐泗流域的南四湖水系,是南 水北调东线1期工程和京杭运河建设工程的重要组 成部分。输水线路共分三部分:南四湖湖内部分、梁济 运河部分和柳长河部分。其中,梁济运河段1期工程 按3级输水航道设计,输水流量100m 3s,代表船型为 1顶2xl000t 级船队。设计最小水深33m ,设计河底 高程287m ,底宽66150m ,边坡1:314。考虑到船 行波对河岸的影响,梁济运河桩号04000-18+750段 为保证正常通航,拟采用模袋混凝土进行边坡护砌。 2模袋混凝土
4、设计 模袋混凝土设计主要包括模袋规格设计、模袋 混凝土厚度设计及稳定分析、护坡边界处理设计、配 收稿日期:2012-09- 08 作者简介:任重琳( 1979一) ,男,工程师,主要从事水利工程施工与 管理工作。 筋设计、混凝土配合比设计等方面。 21模袋规格设计 根据模袋混凝土的厚度,计算模袋土工材料的 单位重量、强度、渗透系数、等效孔径、延伸率等参 数,并通过灌填试验确定。 211单位重量 模袋的单位面积重量越重,模袋的抗拉强度越 大,性能也就越稳定。本工程要求模袋单位面积重量 大于550gem2。 212强度 模袋的强度视护坡厚度及单位时间充填高度大 小而定。厚度及单位时间充填高度越大,
5、模袋所承受的压 力越大,要求土工材料的抗拉强度越高。可用下式计算: T=13、m hl h2 (1) 式中:T为模袋允许抗拉强度(kN m );B为混凝土的 侧压力系数,取13=06-08p。为混凝土的容重( kN m 3);h。为护坡最大厚度(m ),取平均厚度的15-16 倍;h:为1h内护坡充填高度(ITI),应为45m 。 本工程模袋混凝土平均厚度20cm ,依上式计 算模袋要求强度大约44kN m 。 213垂直渗透系数 为了使混凝土灌浆后多余的水分能及时排出, 模袋的渗透系数应满足K =l xl 0-35x10。3cms 。 214等效孔径 为防止水泥浆漏出,要求等效孔径( 0)为
6、 0084025hi m 灌浆时允许少量水泥沁出,但不允 许砂粒流出。 215延伸率 根试验和已建工程测定,灌填后的模袋的延 36 任重琳,任传栋,王志真,等:模袋混凝土护坡设计 2013年2月 伸率要小于30。 22混凝土厚度设计及稳定计算 221模袋混凝土厚度确定 因模袋混凝土厚度是不均匀的,最大厚度与系 绳处最小厚度差别较大。本工程所称模袋混凝土厚 度均指模袋混凝土平均厚度。 根据水利水电工程土工合成材料应用技术规范 (str 2251998) F11条规定,抗漂浮所需厚度按下式 计算: 8o07cH。i jL型生吐 (2) VlJ r Yc-_Yw m 式中:C为面板系数,护面上设滤水
7、点,取c=15;H W 、 k分别为波浪高度与长度( m ) ;Lr 为垂直于水边线 的护面长度(m );m 为边坡系数;1。为混凝土有效容 重(kN m 3) ;1。为水容重(kNm 3) 。 经计算,8016m ,根据其他工程经验,乘以安 全系数15后取整,确定模袋混凝土厚度为02I n。 根据混凝土结构耐久性设计规范(GBT50476 2008) ,结合梁济运河工程运行环境及工程等级,模 袋混凝土选用C 25混凝土,抗渗标号采用W 6,抗冻 标号采用F150。 222稳定分析 根据水利水电工程土工合成材料应用技术规 范(SLi t 2251998)644条规定,抗滑稳定安全系 数按下式计
8、算: Fs-昱尝塑生fa(3) 1aSl nO t k、鬲万H (4) 式中:IJ2为坡面模袋长度(m );IJ3为坡脚以外模袋长 度(m );m 为边坡系数;仅为斜坡倾角;H 为护面高度 (m );毛为模袋与土壤的摩阻系数,取f005。 选取桩号2+500为典型断面,经计算,当坡面模 袋长度为2927m 、坡脚以外模袋长度30m 时,抗 滑稳定安全系数为20711,所以满足安全稳定的 要求。 23护坡边界处理设计 由于模袋混凝土衬砌顶高程均至河道两侧滩 地,输水航道按照设计断面开挖后对两侧边坡进行 整平,并在距离设计河口外15m 处开挖底宽10m 、 深10m 、斜坡l :1的梯形稳固沟槽。
9、首先铺设定制 好的模袋和分幅搭接处反滤土工布,模袋上端固定。 平铺于渠道边坡;其次,用泵将搅拌好的混凝土从模 袋灌口中泵人模袋,直至达到设计充盈度后绑扎灌 口;最后,将模袋上端松开。把滩地以上模袋混凝土 放人稳固沟槽内,填土夯实予以固定。为了增加护坡 的整体稳固性,模袋混凝土从渠道内坡脚向渠底延 伸30m 作为护脚。 模袋采用工程无纺布材料,每幅宽为16m ,接 缝处定制宽度为16m 、长度与铺设河道边坡等长的 300gm 2的土工布,以起到反滤的作用,防止接缝处 土质边坡在船行波等水流作用下产生淘蚀现象。对 边坡造成破坏。 24配筋设计 模袋混凝土与河道滩地交接处有较为明显的转 折,且该部位
10、在承受模袋混凝土下滑力时较易产生 集中应力,从而导致该部位混凝土断裂。因此,设计 中在该部位模袋混凝土采取圆弧转折。且在模袋预 置时进行加筋处理,以有效削减集中应力并对薄弱 点加固。 25混凝土配合比设计 为满足混凝土设计强度、耐久性、抗渗性等要求 与施工和易性需要,应进行混凝土施工配合比优选 试验。混凝土施工配合比选择应经综合分析比较。合 理地降低水泥用量。主体工程混凝土配合比应经审 查选定。 3模袋混凝土施工组织设计及技术要求 31模袋材料 (1)施工前,应根据设计图纸、现场地形和施工 区段设计标准段、异形段模袋加工尺寸并去厂家定 制。模袋的总长度应大于设计护坡长度,富余量由对 坯布进行填
11、充实验得到的伸缩率确定。 (2)土工模袋的型号、规格和性能须符合设计要 求,并经监理方验收合格。土工模袋主要技术指标 见表1。 表1土工模袋的主要技术指标 (3)模袋加工制作时,将16m 宽搭接土工布 (300gm 2)缝制在模袋下游侧底面,单幅缝制搭接长 度为08m ,土工布长度与其所附模袋同长并对每 块模袋进行编号生产。以防混淆。 (4) 每幅模袋定制时上、下缘应留有直径10cm 的管套,宜于穿入钢管,以下缘钢管为轴将模袋卷成 筒状,以便于施工中模袋的展铺。 2013N o1海河水利 37 (5)模袋的重量必须符合设计要求,模袋进场 后应有出厂合格证和实验报告。 (6)模袋每次出厂产品抽检
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