戴 羽

(盘山县现代农业生产基地发展服务中心，辽宁 盘锦 124000)

0 引 言

膜袋混凝土是指用一定形状和尺寸的高强度机织土工膜袋，充填混凝土或砂浆用于护底、护坡防冲工程，较一般抛石、打桩、砌体工程具有安全可靠、高效、施工简便等优点，尤其是水下施工表现出更加明显的优势，但实际使用过程中必须考虑复杂的环境条件[1]。因此，探讨北方寒区水库工程膜袋混凝土护坡技术，对膜袋混凝土的推广应用极具现实意义。

1 工程概况

红旗水库坝址建于盘山县绕阳河沟海铁路桥上游1km处，主要组成部分有出入库泵站、泄洪闸、挡水土坝和左右岸库堤。该工程是盘山县库容量最大的蓄水工程，多年平均调蓄水量3500万m3，也是解决胡家、甜水1万hm2水田泡田、插秧、补水的命脉工程，对近年发展的水产养殖业、养鱼、养蟹等具有显著的作用，对保证区域安全起着重要作用。

左、右岸库堤为均质土堤，左岸库堤长7810m，堤顶高程9.52-9.86m，右岸库堤长6333m，堤顶高程9.12-9.46m，堤顶宽6.0m，迎水坡比1∶2.5，背水坡比1∶3.5。两岸库堤是绕阳河大堤的一部分，在2000年绕阳河整治工程中，两岸库堤堤顶高程已达到50a洪水标准，经复核满足红旗水库的设计洪水和校核洪水要求，但水库回水范围内大堤没有防护措施，不满足规范要求，存在安全隐患，亟需增设防风浪护砌。

挡水土坝修建于1958年，该坝体已无原始资料可查。护坡、齿墙修建于1992年，护坡砌石厚0.4m，下铺设0.2m碎石垫层及0.1m粗砂，齿墙为浆砌石结构。经过多年运行，特别是95年洪水后，现发现多处产生塌陷现象，塌陷坑为1m×2m、2m×5m不等，损坏面积达40%。浆砌石齿墙有50%左右发生倾斜现象，勾缝砂浆大部分脱落，45%左右地段有块石脱落现象，亟需实施护坡整治。

红旗水库具有河道和平原水库的双重特征，堤坝以土坝为主，受风浪、冻胀、冰压力等因素作用护坡发生严重破坏。

2 工程设计与施工

2.1 机织膜袋的类型

一般地，可将用于河道及水库护坡中的机织模袋划分成灌注砂浆和灌注混凝土2大类型[2]，前者又可细分成有、无过滤点型。因此，应综合考虑边坡高度与坡度、坡段土质、波浪作用、地下水流动等因素科学选择模袋类型，不同模袋用见表1。

表1 机制膜袋类型与用途

红旗水库的运行模式如下：春季蓄水供周边水田灌溉，夏秋季保持正常水位维持各类水生植物生长，冬季不蓄水以防发生冻胀破裂，所以可以选用CX混凝土型模袋。

2.2 护坡结构设计

1)马道平台与护坡基础。护坡基础是红旗水库护坡整治的关键环节，对于水下宽度不足的基础部分，用砂岩块石沿岸边抛填至设计基础宽度，该过程控制抛石边坡1:2，完成抛填后及时检测水下断面。块石抛填施工达到设计水面高程时，振动碾铺压内侧软基部分，控制碾铺厚度30cm，然后将粒径5-60mm的卵石铺填至块石孔隙内，并振动碾压内外侧6-8遍。根据反滤层要求在其上部填筑一层沙砂卵石，以此作为马道平台和护坡基础[3]。

2)坡面清理与填筑碾压。首先，对不规则滑坡、冲刷段进行整理，将表层腐殖土清除干净，然后控制边缘超填宽度≥50cm、厚度≤60cm分层碾压填筑砂卵石，结合已建防洪堤和计算结果确定边坡1∶1.5。考虑实际地形条件，坡顶至齿墙底部高度为7.2m，砂卵石填筑质量符合干容重≥2.27t/m3、压实系数≥0.95、内摩擦角≥32°的要求。预留约15cm厚的保护层，即每填筑2.5m就利用挖掘机粗削边坡。

3)齿墙结构。齿墙选用100cm×100cm的C20现浇混凝土结构，考虑不均匀沉降以及外界不利因素作用，每隔10m预留一变形缝，缝隙用厚1.5cm的沥青木板镶嵌。采用细砂石人工填筑齿墙浇筑立模所留下的空槽，并夯击密实。

4)削坡压实。完成齿墙和墙后部分浇筑后，从上到下开始人工对角拉线削坡，一般按先粗削、再精削的工序施工，精削过程中预留压实厚度约5cm。削坡完工后洒水浸润坡面，湿度适宜后依次上下平行拉动3kW平板式振动器，振捣遍数≥4遍以保证振捣密实。

5)垫层与面板浇筑。为了保证面板浇筑的顺利施工，先将C10细石混凝土铺浇于压实的坡面上，控制铺浇厚度5cm制成垫层。细石混凝土强度达到70%时滑膜浇筑20cm厚的C20混凝土面板，面板纵缝设置于中部偏上位置处，每隔10m设置一道横缝，缝内嵌入沥青木板，施工缝为齿墙、面板和滑膜每浇筑5m的接触面。

6)坡顶结构。场地规划道路建于护坡顶内侧，为了保持外观整洁及更好地保护混凝土面板，考虑场地建设要求将坡顶设计成五边形顶板梁，按构造合理配置钢筋。变形缝沿纵向每隔10m设置，用沥青木板镶嵌缝隙，保持齿墙缝、面板与木板贯通。

2.3 机织膜袋充填厚度

为满足风浪及冰推力所产生的浮动和护面局部孔洞带来的弯曲应力以使得护坡模袋沿坡面滑动等要求，模袋应具有一定的厚度。采用以下公式计算抗弯曲应力所需厚度t，即：

(1)

式中：a为正方形模袋低架空边长，a=0.20m；R为砂浆或混凝土的抗压强度；R=0.75kN/cm2；γc为砂浆或混凝土的容重；γc=22.5kN/cm3；K为安全系数，取3.0。代入以上参数值，计算得到所需厚度t=1.9cm。

采用以下公式计算抵抗浮动所需厚度t，即：

(2)

式中：C为面板系数，大混凝土护面和有过滤点的护面取1、1.5；H为波浪高度0.65m；L为波浪长度35m；α为坡角α=21.8°；γc为混凝土容重，22.5kN/m3；γw为水容重，9.8KN/m3；B为垂直于水边线向的护面长度，B=6.2m。代入以上参数值，计算得到所需厚度t=11.9cm。

由于红旗水库冬季不蓄水，运行过程中护坡前无水，所以可不考虑冰推力对膜袋厚度的要求问题[4]。充分考虑险工段实际情况、机织模袋实际应用经验和以上计算的模袋厚度，为满足设计要求设计模袋厚度为12cm。

2.4 护坡抗滑稳定计算

为保证护坡工程的长效安全运行，有必要精准计算分析护坡抗滑稳定性，这主要取决于模袋自重引起的滑动力以及边坡与模袋间的摩擦力，则抗滑稳定安全系数K为[5]：

(3)

式中：L2、L3为模袋斜面和底部长度，L3=0.8，L2=6.2m；F为边坡粉土与土工模袋间的摩擦系数，取F=0.6。代入以上参数值，计算K=1.7>1.5，满足抗滑稳定要求，如图1。

图1 模袋护坡滑动稳定分析

2.5 膜袋混凝土施工方法

膜袋混凝土施工步骤如下：①坡面处理，先夯实堤坝再整坡，然后对浆砌石护脚接触的齿槽和护坡顶部的齿槽进行开挖。②模袋铺设，全面检查模袋布的外观质量及其尺寸形状等是否设计要求，抽样送专业机构检测，保证产品质量合格；在锚固布的同时保持布面松紧适度、平整，以便于混凝土的充灌[6-8]；膜袋布铺设之前要先量好尺寸位置，保持锚固沟与顶部的密切连接；保持相邻布块接缝顺直，预留富余量以充满收缩，最大程度的减少峰宽。③混凝土的充灌，这是整个施工过程中最为复杂而关键的环节，充灌效果直接决定着整个护坡的施工质量，综合考虑质量与安全要求、施工部位、操作方法、劳动组织等因素，认真检验与安排充灌前的工作，充灌施工流程为：水→砂浆→混凝土→砂浆→水。施工中要预留部分充灌口做为取样部位[9-13]，取样检测后充灌孔要缝结平整，保持其它充灌口缝接平整。④洒水养护，充灌施工完成12h后洒水养护14d。

3 结 论

膜袋混凝土抗冲刷、放浪护坡，有利于减少施工期干扰和后期日常管理，加快施工进度，降低护坡后期维护工程量和工程投资成本。此外，膜袋混凝土的整体性较好，具有防护效果好、抗冲能力强、流线型结构明显等特点，对提高护坡安全度和发挥抗浪减压作用具有重要作用，近几年运行表明该工程安全可靠。