模袋设计(修改)

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.水利部海河管理委员会漳卫南运河管理局，德州，253009；工程师，1979.12，现主要从事水利工程施工与管理工作2.山东省水利勘测设计院，济南，250013；3.山东省农业规划设计院，济南，250013）摘要：本文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。

关键字：南水北调；模袋混凝土；衬砌The slope protection design of bagged concreteRen Zhong-lin1，Ren Chuan-dong2，W ang Zhi-zhen3（1. The Haihe Management Committee Zhangweinan Canal Authority,Dezhou,2530092.Water Conservancy Survey and Design Institute of Shandong Province,Jinan,250013；3.Agricultural Planning and Design Institute of Shandong Province,Jinan,250013）Abstract: The paper introduces the slope protection design of bagged concrete in the Eastern Route of South-to-North Water Transfer project. The construction of bagged concrete is especially suitable for underwater engineering and bank revetment，it has the advantages of no setting cofferdam, being above and under the water continuously and high degree of mechanization. So it has the very high value of popularization.Key words: South-to-North Water Diversion; Bagged concrete; Slope protection 模袋是指用高强化纤长丝经机织而成的双层袋状织物，模袋上、下两层之间沿纵横两个方向每隔一段距离有一定长度的尼龙绳,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透水不透浆的特性,填充料依靠泵压和自重，从模袋的孔隙中排出多余水份，降低水灰比,凝固后达到设计强度,形成牢固稳定的防护面，成形后无须拆除模袋。

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 工程概况南水北调东线一期工程南四湖～东平湖段输水与航运结合工程位于山东省的南部，属淮河沂沭泗流域的南四湖水系，是南水北调东线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。

其中梁济运河段一期工程按三级输水航道设计，输水流量100m3/s，代表船型为1顶2×1000t级船队，设计最小水深3.3m，设计河底高程28.7m，底宽66~150m，边坡1:3~1:4。

考虑到船行波对河岸的影响，梁济运河0+000~18+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、配筋设计、混凝土配合比设计等几个方面。

2.1 模袋设计对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，要根据模袋混凝土的厚度通过计算和灌填试验确定。

2.1.1 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550g/m 2。

2.1.2 强度模袋的强度视护坡厚度及小时充填高度大小而定。

厚度及小时充填高度较大，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：21h h T m βγ=式中：T ——模袋允许抗拉强度（kN/m ）；β ——混凝土的侧压力系数，8.0~6.0=β；m γ ——混凝土的容重，kN/m 3；1h ——护坡最大厚度，m ，取平均厚度的1.5~1.6倍；2h ——1h 内护坡充填高度，m ，m h 5~42=。

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 。

2.1.3 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33105~101--⨯⨯=K cm/s 。

2.1.4 等效孔径为防止漏水泥浆，要求等效孔径25.0~084.090=O mm ，灌浆时允许少量水泥沁出，而不允许砂粒流出。

2.1.5 延伸率根据试验和已建工程测定，灌填后的模袋的延伸率要小于30%。

2.2 混凝土厚度设计及稳定计算2.2.1 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，本工程所提模袋混凝土厚度均为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》（SL/T225-98）F1.1.1条抗漂浮所需厚度按下式计算：m m γγγL L cH δw c w r ww 23+1××07.0≥式中：c ——面板系数，护面上设滤水点，取c=1.5；H w 、L w ——波浪高度与长度，m ；L r ——垂直于水边线的护面长度，m ；m ——边坡系数；γc ——混凝土有效容重，kN/m 3；γw ——水容重，kN/m 3。

经计算，δ≥0.16m ，根据其他工程经验，乘以安全系数1.5后取整，确定模袋混凝土厚度δ=0.2m ，根据《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476-2008，结合梁济运河工程运行环境及工程等级，模袋混凝土选用C25混凝土，抗渗标号采用W6，抗冻标号采用F150。

2.2.2 稳定分析根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）6.4.4条抗滑稳定安全系数按下式计算：cs s f αL αL L F sin cos +=223H m L 22+1=式中：L 2——坡面模袋长度，m ；L 3——坡脚以外模袋长度，m ；m ——边坡系数；α——斜坡倾角；H——护面高度；f cs——模袋与土壤的摩阻系数，取f cs=0.5选取桩号2+500为典型断面，经计算，当坡面模袋长度29.27m，坡脚以外模袋长度3.0m 时，抗滑稳定安全系数Fs=2.07≥1.1，所以满足安全稳定的要求。

2.3 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1.5m处开挖底宽1.0m，深1.0m，斜坡1：1的梯形稳固沟槽。

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，然后用泵将搅拌好的混凝土从模袋灌口中泵入模袋，直至达到设计充盈度后绑扎灌口，然后将上端固定松开，将滩地以上模袋混凝土放入稳固沟槽内，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3.0m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1.6m、与铺设河道边坡等长的300g/m2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掏蚀现象，从而对边坡造成破坏。

2.4 配筋设计由于模袋混凝土与河道滩地交接处，模袋混凝土有较为明显的转折，且该部位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，故设计中在该部位模袋混凝土采取圆弧转折，且在模袋预置时在该部位进行加筋处理，从而有效的消减集中应力并对薄弱点加固。

2.5 混凝土配合比设计为满足混凝土设计强度、耐久性、抗渗性等要求和施工和易性需要，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3.1 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，进行厂家定制，模袋的总长度应大于设计护坡长度，富余量对坯布进行填充实验得到的伸缩率确定；（2）土工模袋的型号、规格和性能符合设计要求，并经监理验收合格，土工模袋应满足表1中主要技术指标：（3）模袋加工制作时，将1.6m宽搭接土工布（300g/m2）缝制在模袋下游侧底面，单幅缝制搭接长度为0.8m，土工布分布长度其所附模袋同长，并对每块模袋进行编号生产，以防混淆，检验和编号原则是根据设计图纸上的护坡模袋布位置和长度进行度量和编号。

（4）模袋定制时每幅上、下缘应留有直径10cm的管套，模袋加工好后，宜于上、下缘钢管套中穿入钢管，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；（5）模袋的重量不许符合设计要求，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合格后方可使用。

3.2 储存、运输和处理土工布（1）模袋卷在安装展开前要避免受到损坏。

土工模袋卷应该堆放于经平整不积水的地方，堆高不超过四卷的高度，并能看到卷的识别片。

土工模袋卷必须用不透明材料覆盖以防紫外线老化。

在储存过程中，要保持标签的完整和资料的完整。

（2）在运输过程中（包括现场从材料储存地到工作地的运输），土工模袋卷必须避免受到损坏。

（3）受到物理损坏的土工模袋卷必须要修复。

受严重磨损的土工模袋不能使用。

任何接触到泄漏化学试剂的土工模袋，不允许使用在工程上。

3.3 模袋铺设、缝合（1）模袋铺设应达到“平”、“正”、“足”的要求。

（2）模袋铺设宜按先上游后下游。

先深水后浅水，先标准断面后异型断面的次序进行。

（3）模袋铺设前应设定位桩拉紧装置。

定位桩宜间距宜为1-2m，且每幅模袋不少于4根。

（4）模袋应预留纵向收缩富余量，模袋的纵向收缩量应通过实验确定。

（5）铺展模袋宜利用人力自上而下顺坡滚铺，水面上采用定位船进行定位。

（6）模袋铺设后，应拉紧上缘固定绳索，以防止模袋下滑或偏位。

（7）模袋铺设时应严格纵向收缩量预留不造成顶端长度不足。

（8）将模袋布展开后，将模袋下游侧反滤搭接土工布展铺平整，将土工布与下一幅模袋的上游侧底部下层模袋织布缝合，再将相邻幅模袋缝合，模袋之间的搭接一定要缝制牢固。