水利工程中重力模袋技術的應用
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［摘要］丹東市水利工程防護多年來，一直采用模袋混凝土、毛石和預制混凝土塊、石籠網(wǎng)等護坡型式，重點解決岸坡防沖和穩(wěn)定等問題。近年來，隨著生態(tài)河道理念的進一步深化和部分原材料的短缺，重力模袋技術在水利工程建設中開始嘗試應用，取得了較好的防護效果和生態(tài)效益。
［關鍵詞］生態(tài)；重力模袋；大沙河
1重力模袋技術
重力模袋技術是對傳統(tǒng)鍍鋅石籠網(wǎng)技術的升級，即在高鍍鋅石籠中放置聚丙烯纖維模袋，把填料由短缺的石材變成就地取材的土方，夯實后形成土籠，構建成有結構性、柔性、連續(xù)性的透水不透土的、能長草的生態(tài)岸線，既保證了岸線的安全穩(wěn)定性，又兼顧后期的景觀效果，同時又能極大緩解石材短缺的問題。重力模袋的主要成分是聚丙烯纖維，采用單經(jīng)單緯有紡編織而成，袋身無接縫設計，能更有效的提高土方填料的橫向約束力，減少沉降，保證結構的安全穩(wěn)定性。同時具有高抗拉（雙向抗拉強度不小于80kN/m）、抗頂破（CBR頂破強度不小于6kN）強度，使產(chǎn)品具備高強的抗沖刷、抗撞擊能力，保證高速水流通過時結構的安全穩(wěn)定性。模袋的抗老化等級為四級（實驗室光照輻射強度550W/m2，連續(xù)照射150hr，拉伸強度保持率大于95%），在野外環(huán)境下使用壽命預計在20年以上。根據(jù)地質地形和景觀要求，大沙河河道治理工程設計斷面型式為：堤防10年一遇水位下，采用重力模袋防護，護腳使用1400（順水流方向）×1100（坡長方向）×1000mm（厚）重力模袋，采用仰斜式工法（臺階式工法）；護坡使用1400（順水流方向）×1100（坡長方向）×500mm（厚）重力模袋，采用貼坡式工法。堤防10年一遇水位以上的重力模袋，在重力模袋蓋子與鍍鋅石籠蓋子之間放置植物纖維毯，并回填種植土撒播草籽。仰斜式工法抗滑穩(wěn)定性驗算可參照《水工擋土墻設計規(guī)范》；貼坡式工法除按瑞典圓弧法驗算堤坡穩(wěn)定性外，還應延重力模袋基底面驗算折線抗滑穩(wěn)定性，可參照《碾壓式土石壩設計規(guī)范》。
2重力模袋施工技術要點
1）重力模袋在施工前，首先進行測量放線，按照設計開挖護腳土方，對基底和岸坡進行夯實整平。2）支設高鍍鋅網(wǎng)箱，將重力模袋置于網(wǎng)箱內，每個網(wǎng)箱可放置1-2個模袋。重力模袋放置于網(wǎng)箱后，首先將袋子口提高約10cm，四角平均撐開后用鐵絲固定。3）采用機械填充土方，土方可就地取材，采用開挖的護腳土方，每次回填填量不超過1m3，可使用小型夯實機械夯實，并抽檢部分土方壓實度，由于不能使用大型機械進行碾壓，所以該工程具體壓實度指標由設計單位按照碾壓試驗具體提出。當土料填充至袋口時，應確保土料高于鍍鋅網(wǎng)箱頂10cm左右，保證沉降后仍符合設計要求。填裝時需在重力模袋可視立面采取一定的支護措施，以減少重力模袋填裝后的“鼓肚”現(xiàn)象，來保證設計高程要求及完工后的美觀效果，4）網(wǎng)箱封閉。重力模袋封蓋前，首先確認袋內土料已經(jīng)填滿夯實，先將頂部土料整理平整，再用專門的黏扣帶黏合，表層可按具體設計要求覆蓋植物纖維毯，再結扎邊框線與石籠網(wǎng)封蓋。植物纖維毯在工程初期對水土保持和保墑有比較好的效果，后期降解為腐質可以為土壤增加營養(yǎng)，為植物提供了潮濕通風的有利生長環(huán)境，大大提高了種植成活率，在干旱少雨、蒸發(fā)量大于降水量的地區(qū)效果尤為突出，可視工程造價情況確定是否鋪設。
3重力模袋的優(yōu)缺點
3.1具有較好的生態(tài)性
重力模袋與混凝土、漿砌石、毛石護坡材料相比，由于網(wǎng)箱模袋內填裝的是土壤，可以為植物提供良好的生長條件，維護自然生態(tài)環(huán)境，因而與周圍景觀更加融洽自然。同時建立起岸線與水體的生態(tài)微循環(huán)系統(tǒng)，可穩(wěn)定水體中微生物、動物群落，有效減少黑臭水體現(xiàn)象產(chǎn)生。
3.2穩(wěn)定性整體性較好
抗凍脹能力較強各網(wǎng)箱之間緊密連接，形成一個整體的柔性結構，袋身無接縫設計，能更有效的提高土方填料的橫向約束力，能夠適應基礎的不均勻沉降，保證結構的安全穩(wěn)定性。結構面通過植被的生長，其日趨發(fā)達的根系與坡體組成一個整體，使人工邊坡與自然邊坡之間不會產(chǎn)生分離、坍塌等現(xiàn)象，并且隨著時間的延續(xù)，邊坡結構的穩(wěn)定性、牢固性會不斷增強。另外，東北地區(qū)冬季土壤有凍脹現(xiàn)象，基于重力模袋的柔性結構，能很好的適應墻后及袋體內填料土壤因凍脹而產(chǎn)生的形變，確保工程的安全、穩(wěn)定。
3.3抗沖刷、耐久性較好
重力模袋具有高抗拉（雙向抗拉強度不小于80kN/m）、抗頂破（CBR頂破強度不小于6kN）強度，具備高強的抗沖刷、抗撞擊能力，保證高速水流通過時結構的安全穩(wěn)定性。東北地區(qū)河流防護工程冬季容易受冰排粘連影響，造成護坡材料脫落，由于重力模袋材料的整體防護，可確保工程的安全、穩(wěn)定。模袋的抗老化等級為四級（實驗室光照輻射強度550W/m2，連續(xù)照射150hr，拉伸強度保持率大于95%），在野外環(huán)境下預計使用壽命在20年以上。
3.4施工比較簡單方便節(jié)省人工
重力模袋產(chǎn)品可按設計方案，在工廠制作成半成品，運到施工現(xiàn)場組裝定型，填充土料、夯實后加上蓋網(wǎng)即成。其操作相對比較簡便，無需大型設備和專業(yè)熟練的勞工，受氣候環(huán)境干擾比較小。而且，重力模袋力產(chǎn)品施工過程為半機械化作業(yè)，使用人工較少，即可提高施工效率又可節(jié)省人工費用，在勞動力缺乏或作業(yè)效率不高的地區(qū)尤為適用。
3.5工程造價相對較高
不利于大規(guī)模推廣重力模袋技術經(jīng)核算，工程造價方面低于普通混凝土和聯(lián)鎖水工磚價格，高于石籠網(wǎng)和漿砌石價格?？紤]水利工程石籠網(wǎng)防護需要大量使用的石材短缺，在短期內難以找到合適的替代材料，所以只需回填土方的重力模袋價格還是可以接受的。
3.6屬新興工藝引入時間短
尚需時間檢驗大沙河治理工程經(jīng)過了2017年、2018年兩年的洪水檢驗，模袋整體未發(fā)生損壞和變形，表面植被生長良好，生態(tài)效果很好。但模袋材料在自然狀態(tài)下的耐久性、可持續(xù)性還有待于時間的考證，需要進一步的觀察和檢驗。
4結語
隨著水利工程的生態(tài)、環(huán)保越來越受到重視，河道防護型式也隨之不斷多樣化、生態(tài)化。受國家環(huán)保政策影響，在采石場停工整改、河道砂石料開采受限和其他材料價格不斷上漲的情況下，在大沙河治理工程、金家河治理工程和劈柴河河道治理工程中，嘗試應用了重力模袋技術，重力模袋材料由于其生態(tài)性、穩(wěn)定性、整體性和易于施工性等特點，能夠較好地滿足水利工程防護的結構要求和環(huán)境要求，如在工程造價方面廠家能夠進一步降低成本，經(jīng)濟合理，定會得到進一步的推廣和應用。
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［4］陳偉.實例分析高寒地區(qū)水利工程模袋混凝土施工技術［J］.水利規(guī)劃與設計，2016（08）：77-79.
作者：楊勇 單位：丹東市水務服務中心