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1、工程概況

丙村水電站位于梅縣丙村鎮上游，主要建筑物有擋水壩、泄水閘、電站廠房及船閘等，左岸有梅坎鐵路通過。工程分兩期施工，一期枯水期低水圍堰維護右岸廠房、7孔半泄水閘施工，并開挖左岸灘地船閘基礎至58.0m，同時向左拓寬河床形成寬約40m的明渠，進行一期工程導流。

導流明渠在施工過程中，由于各種原因，如征地不夠，導致開挖邊坡由1:1改為1:0.4，上游邊坡壩上0-135處存在一沖溝,受河水沖刷影響,明渠邊坡上游出現塌方，同時，開挖的邊線距離梅坎鐵路最小距離僅25m，嚴重威脅著梅坎鐵路及附近村民的安全，因此，在汛期到來之前，做好左岸邊坡的防護尤為重要。

2、明渠邊坡防護設計與施工

2.1丁壩的設計與施工

為改變水流流向，減小汛期洪水對邊坡的直接沖刷，于壩上0-075~壩上0-150處設一丁壩，丁壩左側接明渠開挖邊坡，右側接一期縱向低水圍堰，平面布置見圖1。

圖1左岸明渠防護布置圖圖2丁壩斷面圖

丁壩采用大塊石碾壓填筑，塊石塊度大于40cm，底部寬度為14.6m，高度為4m，頂部寬度為5m，滿足壩頂通車要求，丁壩斷面見圖2。

由于施工臨設全部集中在右岸，因此，在梅江水位較低（約▽60高程）時，利用一期低水縱向圍堰儲存的廠房開挖塊石料，由一期縱向圍堰（壩上0-75）斜向上填筑一條可供行走的石渣路與左岸明渠邊坡（壩上0-150）相接，考慮到在施工期間，一期上橫圍堰還不能破除，必須在石渣底部埋設涵管（管徑1.2m，一節1.0m），每排10m，共10排，石渣路施工期間面上可以過水，左岸護腳和護坡結束后，選用大塊石對道路加高擴寬成丁壩設計斷面。

2.2模袋砼護坡設計與施工

由于明渠開挖邊坡由設計的1:1改為1:0.4，整個邊坡頭重腳輕，在水流的影響下，邊坡腳必然形成掏刷，針對這一問題，對開挖邊坡腳進行塊石壓腳處理，對邊坡進行石渣覆蓋，護腳和護坡的迎水面均采用模袋砼進行防沖。壓腳塊石設計邊坡為1:1.2，底寬10.5m，填高4m；護坡石渣填筑于壓腳塊石上，設計邊坡為1:1.2，底寬6.3m，頂寬1.5m，填筑至▽68高程，護坡底設一寬1m的檢修馬道。護坡及壓腳處理見圖3。

圖3護坡斷面圖

a）模袋砼結構設計

﹡模袋形式的選擇

護坡的砼模袋根據工程等級、施工條件、風浪和水流狀況、資金和施工設備以及外觀要求等確定選用無錫前達工業用布公司的WQC框格帶排水點型的機織模袋，其技術指標見表1-1。

表1-1WQC框格型模袋技術參數一覽表

材質

重量

G/m2

沖灌材料

成型厚度（平均值）

mm

主要技術參數

抗拉強度N/5cm

延升率

%

等效孔徑

垂直滲透系數

cm/s

GBR頂破強度(N)

丙錦綸×

丙錦綸

＞600

砂漿或砼

150~500

經＞2200

緯＞2000

＜30

0.084~0.25

1.0×10-2~5.0×10-3

＞4000

﹡厚度確定

模袋砼護坡主要承受風浪荷載。抗波浪穩定要求的板厚可用式(1-1)計算。

（1-1）

式中：t為模袋砼厚度，m；η為系數，一般開縫板可取0.075；H為計算波高，m(取H1％)；γc為砼容重，kN/m3；B為順坡方向的砼板長度，m；L為計算波長，m；m為坡比；γw為水的容重，kN/m3。

計算結果：t=0.05m=5cm，考慮到坡面變形，水流沖刷及施工因素，從構造上要求，砼護坡的厚度不宜小于10cm，本工程模袋砼護坡厚度取t=15cm。

﹡抗滑穩定性校核

按極限平衡法計算模袋砼沿坡面的抗滑穩定安全系數：

（1-2）

式中：-安全系數，土基按GB50286—98規定的土堤抗滑穩定安全系數(表1-2)取值；

R、T-模袋沿坡面的抗滑力與滑動力（kN）；

α-坡角；

f-模袋與坡土間的摩擦系數，可取0.5；

L1、L-模袋砼下端水平長度、上端水平長度(m)。

表1-2

護坡安全系數

工程等級

1

2

3

4

5

防洪標準

[重現期（年）]

〉100

〈100且≥50

〈50且≥30

〈30且≥20

〈20且≥10

非常運用條件

1.2

1.15

1.1

1.05

1.05

計算時取模袋與坡面土之間的界面為滑動面進行，計算結果=1.38，滿足要求。

﹡排滲核算

機織模袋的每個排水點面積僅4cm2，其排滲能力應滿足下式1-3、1-4要求：

qg≥Fsq(1-3)

qg＝naKgi(1-4)

式中：qg為每延米寬度模袋排水點的單寬排水量，m3/s；Fs為安全系數，可取Fs≥1.2；q為每延米坡長的單寬出流量，m3/s；n為每延米有效排水的排水點個數；a為排水點的面積，m2；Kg為排水點的滲透系數，m/s；i為排水點處的作用平均水力比降。

計算結果：qg=2×10-7m3/s‹Fsq=7.5×10-7m3/s，排水點的排水能力不足，應加設排水孔。排水孔的間距取4m，孔徑取Ф50mm，孔底設土工織物濾層。

﹡頂部和底部結構

在梅江水流和雨季匯水沖刷下，護坡側面邊界、底部邊界形成掏空，會影響模袋護坡整體穩定性，直接影響護坡安全，因此，模袋頂部、側邊采取順坡挖溝、模袋折角及回填砼處理，底部邊界作大塊石壓腳處理，邊界處理見圖4。

b)護坡施工

﹡塊石壓填施工

護坡塊石壓填采用分層施工，每層厚1.5m，▽65.5高程以下采用自卸汽車直接卸渣到施工面，按照設計邊坡，推土機推平，公路碾振動壓實，▽65.5高程以上采用自卸汽車直接卸渣到施工面附近，挖掘機鋪填，公路碾振動壓實，塊石壓填完成后，選用細渣鋪填在坡面上，對突出的塊石予以清除，人工修坡至設計坡度。

﹡模袋砼施工

施工準備：包括備足所需材料和設備、平整坡面、現場就位、放線定位、開挖頂腳基槽、測量水下施工水深和流速等。泵送施工主要設備是砼攪拌機和砼泵等，見表1-3。由于模袋尺寸須根據設計坡面進行確定，在石渣壓填前根據設計邊坡按岸線上游~下游方向劃分單元，然后根據編制單元進行定制加工。

鋪設模袋：邊坡修整完畢后，開挖頂部邊界和側面邊界溝槽，并按岸線施工方向鋪設模袋單元，有異型單元要對號入座,鋪設模袋時,坡頂平段溝槽前設錨墩或可回收鋼錨體,用手動葫蘆收緊模袋。模袋應在各片連接的底面鋪非織造土工織物。各片間連接底面的非織造土

工織物采用縫接，土工織物在坡頂處可用8號鐵絲制成的n形釘固定。順水流方向鋪土工織

圖4邊界處理圖

物時，搭接帶亦應固定。

按預定位置順坡準確展開模袋，扎緊下口，上下兩端設樁固定。機織模袋上沿連接松緊器，掛在固定樁上，如圖5所示。

充灌砼：充灌攪拌機的內壁和模袋內事先用水適當潤濕，再按要求的配比裝料攪拌。拌和好的砼應測定坍落度，合格后才能灌入模袋內。

模袋砼用砼泵充填。充填按自下而上和左、右、中的順序進行。

模袋在充填過程中模袋的收縮可由松緊器控制，模袋在灌上部2m模袋時松開上端的固定樁，讓模袋沿坡面充分收縮，然后再灌至坡頂。排水管，在充灌完成1h后將排水管按設計要求插入。

模袋砼充灌過程中應注意和解決如下幾個問題：

•防止堵塞事故，應隨時檢查砼級配和坍落度；防止過粗骨料進入和堵塞管道；防止泵入空氣，造成堵管或氣爆；充灌應連續，停機時間一般不得超過20min。

圖5機織模袋鋪設示意圖

(a)平面圖；(b)斷面圖

•泵與充灌操作人員之間應隨時聯系，緊密配合，充灌到位后及時停機，以防充灌過程產生鼓包或鼓破。出現鼓脹時，應及時停機，查找原因并處理。

•隨時檢查坡頂鋼樁是否牢固，以防充灌過程中模袋下滑。

灌完一片后，移動設備，按上述步驟進行下一片的充灌施工。應特別注意兩片間的聯接、靠緊。

施工過程中做好記錄和取樣、成形，然后進行強度測定。

砼施工中，根據模袋的部位設三組配合比和漸變坍落度，底部水下平段采用自流平水下不擴散水下砼，斜坡段采用常規泵送砼，坡頂平段采用加大坍落度砼。砼設計參數見表1-4。

砼澆筑過程中，需人工沿砼流線腳跺模袋體，防止砼堵塞模袋體，從而使模袋鼓起破壞,砼轉段時(平段轉斜段或斜段轉平段)，應適時調整配合比，通過改動砼坍落度增加砼內摩擦

力或流動性，砼灌填坡頂平段時，須專人跟進，砼灌滿一角時，及時割除模袋錨鏈，使模袋砼拐進溝槽中，灌滿單元模袋后，在轉泵管前將該單元回填砼澆筑完，從而確保砼施工質量。

表1-3主要施工機械

設備名稱

數量

單位

規格

用途

砼輸送泵

1

臺

37KwHB30A型

自動攪拌輸送

砼攪拌機

2

臺

515kWJZC350

砼攪拌

葫蘆導鏈

10

個

100kg

模袋定位

鋼管

20

根

Ф60，6m

模袋定位

槽鋼

10

根

1.5m

模袋定位

砼輸送管

25

根

3m,2m,1m

輸送砼

高強度輸送膠管

2

根

3m

輸送砼

表1-4模袋砼設計參數表

砼

設計標號

水灰比

%

坍落度

cm

配合比（重量比）

（水泥:粉煤灰;碎石;粗砂）

級配/骨料粒徑（mm）

砼

澆筑部位

C20

0.6

自流平

1:0.5:2.5:2.5

一級配/＜15

水下平段

C15

0.65

21~23

1:0.7:3:3

一級配/＜15

斜坡段

C20

0.62

25

1:0.6:2.8:2.8

一級配/＜15

坡頂平段

•養護：全部護坡施工完成后，進行坡頂、坡腳和上下游兩側接頭的回填處理，同時進行護面砼的養護。一般養護期為7天，要求在此期間護坡表面處于潤濕狀態。

3、幾點總結

•模袋砼水下平段根據施工實際需要采用自流平水下不擴散砼，其強度遠超過C15；

•泵機的管道與模袋的聯接宜采用膠管，模袋灌口的直徑與膠管外徑匹配，為了便于灌注時膠管與模袋的聯接，有時為避免模袋的灌口經受不住填充料的摩擦而破損，需在膠管與模袋聯接處做好附件，以保證連續灌注。

•模袋砼水下沖填時，應采用流動性較好的砼，可使砼較易充灌到位，同時注意水下模袋布的錨固牢靠，在水深較大或水下流速較快時，可借助潛水員水下定位和輔助砼充灌。

•模袋施工采用砼一次灌注成形，具有整體性好，施工簡便，速度快，防護面不需要常年維修，成形后的坡面美觀大方。

•模袋施工時無須圍堰，可水上水下直接施工，機械化程度較高，施工的坡面面積大，穩定性好。但同時，應注意砼充入模袋時水分較多，經過2～3h后，水分排出，易造成砼厚度不足，致使護坡面厚度不均勻，同時縱橫方向均會發生收縮，使坡頂的模袋砼埋入溝槽的深度減少。因此，充灌過程中應充分保證砼的充灌飽滿而又不至于使模袋鼓爆。

•由于采用模袋砼護坡，左岸導流明渠搶在汛前完成護坡加固，保證了電站施工安全渡汛和梅坎鐵路的安全運行，比原施工單位提出的方案節省了大約100萬元；鑒于此，右岸雷公坑300多m渠道兩側邊坡也采用模袋砼，搶在汛前完成了護襯加固。

•模袋砼在丙村水電站的成功應用，也是在梅州地區的首次應用，引起了當地水利、公路、煤礦、鐵路等部門的重視，對模袋砼技術的推廣普及，無疑起了推動作用，必將越來越發揮出它巨大的社會和經濟效益。