2007-02-02 13:09 【大 中 小】【打印】【我要糾錯(cuò)】
摘要:土工織物在水利工程建設(shè)中應(yīng)用前景廣闊。本文介紹在水深(13~17m)流急,航船頻密的場(chǎng)地中應(yīng)用澳大利亞FS漿墊材料及技術(shù)的施工經(jīng)驗(yàn),對(duì)其推廣應(yīng)用中的一些問題進(jìn)行了探討。
1、工程概況佛山大堤位于北江下游支流東平水道左岸,捍衛(wèi)佛山、南海兩市84.3km2土地和80多萬人口,是廣東省五大重點(diǎn)堤防之一。該堤中段的白蛇漩——石險(xiǎn)段,長(zhǎng)約5km,河段狹窄、彎曲,最窄處河寬80~100m,且為廣州~肇慶~梧州的主航通,航船頻密,高速客船浪損影響大;水流湍急,50年一遇洪水時(shí)流量超過4600m3/s;近十年來河床沖刷嚴(yán)重,最大下切局部深達(dá)6~7m,堤腳受割,造成近年多次出現(xiàn)一些坍岸、堤腳石墻沉裂外移、堤坡滑裂失穩(wěn)等險(xiǎn)情。對(duì)該河段河床演變、水流運(yùn)動(dòng)特性及整治方案模型試驗(yàn)研究指出,從控制河勢(shì)、改善水流條件的整治原則出發(fā),修建潛壩、二級(jí)壩等壩工措施對(duì)河床底部流速有較理想的控制效果,但狹窄河段的兩側(cè)岸坡仍必須加強(qiáng)護(hù)坡護(hù)腳措施。
本地區(qū)護(hù)岸防沖傳統(tǒng)上多采用拋石,但拋石過多,束窄河床,于行洪、航道均不利,湍急水流帶走分散拋石體下的堤腳泥沙,“沙走石沉”,堤腳受割仍難避免。近年來,當(dāng)?shù)厮块T致力跳出傳統(tǒng)拋石護(hù)岸的窠臼,尋求新的護(hù)岸防沖形式,1998年進(jìn)行了水不分散混凝土(NDC)護(hù)岸工程試驗(yàn),取得較好的效果;2001年又引進(jìn)澳大利亞Foreshore漿墊材料及技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)約580m護(hù)岸工程。
2、材料特性FS漿墊是澳大利亞生產(chǎn)的新型人工合成材料,是一種由高度強(qiáng)度,穩(wěn)定性好的聚酯長(zhǎng)纖維組成的雙層織物,灌入沙漿后固定成型,是一種能在水下施工,有效防止沖刷,耐腐蝕,對(duì)環(huán)境無污染的高新技術(shù)產(chǎn)品。其技術(shù)特點(diǎn)如下:
(1)耐酸、耐堿,不受有機(jī)溶劑和有機(jī)微生物腐蝕,抗輻射及抗老化性能較好,有較長(zhǎng)的壽命(30~50年)。
。2)采用現(xiàn)場(chǎng)灌漿充填工藝,整體施工質(zhì)量較易控制,能適應(yīng)水下施工。
。3)織物強(qiáng)度高,透水性強(qiáng),充填的沙漿可在壓力作用下析出水分,降低水灰比(降至0.5)提高強(qiáng)度。砂漿凝固前可塑性強(qiáng),漿墊能與基礎(chǔ)緊貼,整體抗沖能力強(qiáng)。
(4)施工較簡(jiǎn)單,施工機(jī)具簡(jiǎn)單。除沙漿生產(chǎn)機(jī)具外,只需配備15m3/h灌漿機(jī)(壓力1.4MPa)、手提縫紉機(jī)(必要時(shí)配發(fā)電機(jī))各1臺(tái)及潛水(輕潛)器材。施工效率高。
。5)織物材料現(xiàn)場(chǎng)裁剪縫接,對(duì)工程環(huán)境(坡比、坡面障礙物等)適應(yīng)性強(qiáng)。
FS產(chǎn)品的規(guī)格有:有反濾排水點(diǎn)漿墊、無反濾排水點(diǎn)漿墊、鉸鏈塊型漿墊及植草型漿四個(gè)系列多個(gè)規(guī)格。
3、工程設(shè)計(jì)
3.1 FS護(hù)岸工程所在河段窄處河寬80~100m,河低高程(珠江基面)-12~-16m,現(xiàn)岸坡大部分已有拋石護(hù)腳,高低不平,綜合邊坡約為1:1.6~1:1.8.工程河段為潮感區(qū),一般潮水位-0.5~1.2m,P=0.02設(shè)計(jì)洪水位5.5m.
3.2 漿墊防沖工程設(shè)計(jì)斷面示意圖2.漿墊在岸坡拋石整平的基礎(chǔ)上鋪筑。為盡量減少拋石,按原地形整平,控制邊坡為1:1.6~1:1.8,可采用折線邊坡。FS漿墊施工要求邊坡不陡于1:1.5,坡面整平高差<±0.3m.計(jì)安排漿墊上端高程0.5m處設(shè)槽錨固,下端至河床底部平坦處延伸2m,沿坡面鋪筑寬度為25.2~30.8m(收縮后寬度)。其下部5.6m寬采用鉸鏈塊型漿墊以適應(yīng)河床變形,上部采用有反濾排水點(diǎn)漿墊。漿墊充灌后上端澆筑C15砼板下端拋石壓固。
4、主要施工工藝
4.1 拋石整平基面(略)。
4.2 漿墊鋪灌。
。1)施工單元?jiǎng)澐帧m標(biāo)鞣较虬疵?0m模袋長(zhǎng)度為一個(gè)施工單元(模袋充灌收縮后平均實(shí)際長(zhǎng)度35.9m)。單元間采用搭接,上游單元搭接于下游單元上,搭接寬度2m(實(shí)際完成的搭接寬度平均為2.2m)。
。2)模袋縫制及變形調(diào)整。
漿墊材料現(xiàn)場(chǎng)裁剪,尺寸要留有余地,允許灌注時(shí)發(fā)生收縮。模袋充填后,收縮率約為5~10%(本工程為6%,一般說來,收縮率與場(chǎng)地條件如坡比、粗糙程度等有關(guān))。本工程每單元段模袋順坡向由9~11條幅寬3.1m的織物縫接。在模袋上下層分別縫接后,在每幅織物的中間部位,把兩幅布折起10~15cm,縫入“分隔線”,此線可在每次灌注一個(gè)長(zhǎng)條形模袋后灌注下一條模袋前抽出,既利于先后灌充沙漿的結(jié)合,也利于在每條灌充中完成收縮,避免了集中的大幅度收縮變形。模袋的縫合處應(yīng)能承受不小于1.0MPa的灌漿壓力。在橋樁、端墻等建筑物周圍安裝的模袋,載剪外形可按實(shí)際情況,務(wù)求對(duì)防護(hù)對(duì)象緊密貼合。模袋縫制后以Ф50mm塑料管子為軸卷成捆,待安裝。
。3)采用工廠生產(chǎn)的商品沙漿,用泵車送到現(xiàn)場(chǎng)。采用配合比為水泥(525#):粉煤灰:沙:水:外加劑=430:120:1700:460:3.3(kg)。水灰比為1.06.(4)安裝與灌注。模袋鋪設(shè)應(yīng)確保其就位準(zhǔn)確,均勻分布。首段單元自下游開始鋪設(shè),灌注在每條模袋的上游端開始,自坡頂向坡腳逐條灌注。開始時(shí),把模袋捆展開兩幅寬,充灌一條后再展放下一幅寬。充灌口現(xiàn)場(chǎng)選定,用小刀在上層袋布割剪徑約5cm的口子,插入灌漿管后即可灌注。灌漿口間距6~8m.灌漿應(yīng)有足夠壓力(0.3~0.4MPa),灌注時(shí)可用人工踩踏輔助沙漿均勻分布;應(yīng)加強(qiáng)觀察,發(fā)現(xiàn)變形過大或鼓包時(shí),應(yīng)及時(shí)終止充灌,特別要防止灌注口被擠脹變形;在模袋充脹1小時(shí)后,禁止在上面行走或加載。水下充灌由輕潛人員配合施工。
。ㄎ澹⿲(duì)已充灌完成的漿墊最外側(cè)邊緣用混凝土石塊壓蓋,使其與邊界基床連接可靠。
4.3 質(zhì)量控制措施。
(1)拋石整平選取級(jí)配良好的石料拋投,在漿墊施工前,由潛水員按5m一斷面進(jìn)行整平檢查,如發(fā)現(xiàn)基床窩坑過大的部位用浮標(biāo)作好標(biāo)志,再用片石補(bǔ)拋,或用水下人工搬移凸出過多的石塊。經(jīng)潛水檢查核實(shí)合格后方進(jìn)行下一工序施工,并整理相關(guān)資料備查。
。2)對(duì)模袋織物的主要指標(biāo)測(cè)試。
。3)選擇0.5m×0.5m的漿墊面積作灌漿試驗(yàn),在樣品灌漿完成前應(yīng)保持一定壓力,水灰比應(yīng)減少至能代表正常灌漿過程中的數(shù)值,然后剪開織物,按AS1012的規(guī)定將灌漿體拿去做試驗(yàn)。
在現(xiàn)場(chǎng)灌注成型的漿墊切割試塊測(cè)取強(qiáng)度指標(biāo),基本達(dá)到C20的設(shè)計(jì)要求。
(4)單位面積灌漿量測(cè)算控制,F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)灌注面積44.9m2的一段漿墊,用漿4.0m3,得飽滿成型的有反濾排水點(diǎn)漿墊平均厚度8.9cm(含小量損耗),符合漿墊規(guī)格指標(biāo)。本工程沙漿總用量1822m3,漿墊總面積20493m2,由此推算的平均厚度8.8cm(含損耗),與小面積試驗(yàn)充灌的灌漿量基本一致,施工中以每臺(tái)班用漿量與充灌面積對(duì)比指標(biāo),判斷充灌質(zhì)量。
4.4 人力資源配置項(xiàng)目組織管理由監(jiān)理工程師、項(xiàng)目經(jīng)理、澳方專家、施工工程師及施工人員(含潛水員)、質(zhì)量安全管理人員等組成。
施工現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)臺(tái)班約9~11人(其中潛水員6人)。
5、問題與技術(shù)探討
5.1 漿墊施工中出現(xiàn)過的一此問題及對(duì)策
(1)展開時(shí)纏卷。模袋縫合卷扎成捆,現(xiàn)場(chǎng)就位,逐幅展開后充灌。首段單元充灌中曾出現(xiàn)局部未充灌的模袋材料被已充填漿墊壓蓋的情況。后來,注意了模袋材料卷合前攤平,卷合松緊適度;研究適合逐條放展的綁捆方法及在岸上做模擬操作演習(xí),協(xié)調(diào)放展操作人員的動(dòng)作配合等,使問題得到妥善解決。
(2)漂移。施工河道潮起潮落,水流湍急,首段施工單元完成后,發(fā)現(xiàn)模袋底端已順?biāo)萍s15m.經(jīng)分析此為分段模袋長(zhǎng)度太大(80m),且逐條灌注是從下游端開始所造成。在采取縮短分段單元為40m,每條模袋展開后立即從上游端灌注定位,定位灌注盡可能選擇在平潮期水流稍緩的時(shí)機(jī)進(jìn)行,這樣克服了漂移,保證了以后各單元段順利施工,搭接無誤。
。3)穿刺。模袋充灌過程中或充灌后受基床石塊等尖銳物刺穿跑漿,此類情況發(fā)生過2~3次。關(guān)鍵是作好基床整平。穿刺發(fā)生后,該部位充灌欠飽滿,但跑漿量一般不會(huì)太大,可及時(shí)轉(zhuǎn)移充灌口位置。
5.2 影響質(zhì)量的主要因素模袋材料強(qiáng)度高,特性良好;沙漿自有相當(dāng)規(guī)模及嚴(yán)謹(jǐn)質(zhì)保體系的攪拌廠家生產(chǎn),材料質(zhì)量較有保證。因此,在影響質(zhì)量的4M1E要素(材料、機(jī)具、人員、工藝環(huán)境)中,本工程的質(zhì)量主要受場(chǎng)地環(huán)境及潛水施工人員素質(zhì)控制。
基床整平影響至大。在水深(12~18m)流急的情況下,整平精度確實(shí)不易控制。坡面上高差過大,充灌時(shí)漿體下墜,繃緊纖維材料,模袋正常膨脹受陰,易造成灌漿欠飽滿或爆裂模袋漏灌的部位尚可復(fù)灌,但不飽滿者便不易復(fù)灌。
潛水員在水下操作充灌,工作條件惡劣,能見度低,施工流速大于0.7m/s時(shí)水下人員操作困難,水下質(zhì)量檢測(cè)不易,潛水員的技能、素質(zhì)、工作責(zé)任心至關(guān)重要,應(yīng)加強(qiáng)技能培訓(xùn)、思想教育,健全激勵(lì)機(jī)制及注重安全保障。
工程質(zhì)量控制特別是對(duì)水下部分漿墊成型后的強(qiáng)度指標(biāo)檢測(cè)不易實(shí)施。本工程對(duì)充填物的強(qiáng)度檢測(cè)采用充灌成型后切取試件、現(xiàn)場(chǎng)回彈及充灌后割開織物挖取水分出后的沙漿制備試件等方法,成果有較大的離散性。漿墊充填物的強(qiáng)度受灌漿壓力、作用時(shí)間、水分析出程度的影響,是離散性大的原因。對(duì)一般的防沖工程來說,在有高強(qiáng)纖維包裹,并形成整體性較強(qiáng)的有相當(dāng)重量的蓋層的情況下,對(duì)充填物強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度)要求可以降低,減少水泥用量,這是節(jié)約FS漿墊成本的一個(gè)途徑。
5.3 與國(guó)內(nèi)同類工程或材料比較FS漿墊材料具有如下特點(diǎn)。
。1)充灌口現(xiàn)場(chǎng)選定,靈活性大,充灌口小。充灌后以同質(zhì)袋布?jí)|塞口門即可,操作簡(jiǎn)單,不留凸出扎口。
。2)材料強(qiáng)度好,能承受較大灌漿壓力。充灌中曾拿小型刀具穿刺袋布,亦不致破裂爆漿。
。3)不受生產(chǎn)尺度限制,整個(gè)工程鋪面無構(gòu)筑縫,成型后美觀。
。4)由坡面上部逐條向下放展充灌的施工次序使織物材料布設(shè)就位、錨固等容易實(shí)現(xiàn)。
。5)施工機(jī)具簡(jiǎn)單,充灌工效較高,現(xiàn)每臺(tái)班一般可充灌600m2,最高時(shí)達(dá)1000m2.
。6)因整體性強(qiáng),成型后所需的墊體厚度較薄。但模袋材料進(jìn)口價(jià)格較高。
5.4 造價(jià)分析
。1)本試驗(yàn)工程由于包含了材料、進(jìn)口關(guān)稅、外方專家及保險(xiǎn)等費(fèi)用,造價(jià)較高。根據(jù)本工程實(shí)施中發(fā)生的費(fèi)用,按本地區(qū)的人工、材料價(jià)格及FS漿墊材料近期的價(jià)格。上述成本構(gòu)成中,若場(chǎng)地為淺水、靜水或非航道等條件較好的地區(qū),則潛水員、港監(jiān)、保險(xiǎn)等費(fèi)用可因應(yīng)減少;模袋材料所占比重較大,其價(jià)格隨中國(guó)入世而下降;根據(jù)防護(hù)對(duì)象而選定合理的充填材料的厚度、強(qiáng)度等也降低造價(jià)。
(2)省內(nèi)某護(hù)岸工程,1991年使用國(guó)產(chǎn)模袋混凝土,施工水深3~6m.當(dāng)時(shí)的每m2成本與現(xiàn)時(shí)的FP200成本相近。對(duì)兩者的成本構(gòu)成比例列見表3.從上表可以看出,后者FS漿墊在模袋材料上占的比例較大,但相沙漿、混凝土所占比例下降,在本例水深大得多的情況下,機(jī)械、潛水人員工資等尚比前者大幅度減少,顯見其在施工工藝、技術(shù)上的優(yōu)勝之處。
(3)一個(gè)設(shè)計(jì)得當(dāng)、施工質(zhì)量有保證的漿墊工程將有較優(yōu)異的防沖性能和較長(zhǎng)的使用壽命。盡管一次造價(jià)較高,但比造價(jià)亦不菲(本地區(qū)拋石護(hù)腳綜合單價(jià)約為65元/m3)且段經(jīng)常維護(hù)補(bǔ)充的傳統(tǒng)拋石護(hù)腳來說,無疑較有優(yōu)越性。
6、結(jié)語佛山大堤FS漿墊護(hù)岸工程施工工期總工期61天,鋪筑總面積20493m2.首段約300m工程在2001年4月中旬完成后,在周邊未作防護(hù)的情況下,經(jīng)受了接近警戒水位的洪水考驗(yàn),汛后檢查完整無損,F(xiàn)已全部完建的工程外觀良好,受到各方關(guān)注。這一工程實(shí)踐表明:
(1)FS漿墊材料比同類工程材料有較明顯的優(yōu)越性。應(yīng)用FS漿墊材料及施工工藝,能在較惡劣的場(chǎng)地條件下施工,鋪筑成完整的護(hù)岸蓋板,防護(hù)性能優(yōu)良,應(yīng)用前景廣闊。
。2)水下基床整平是工程確保成功的重要要素,深水及非靜水區(qū)整平工藝尚需進(jìn)一步探討。水下灌注的操作簡(jiǎn)便,但灌注質(zhì)量控制及檢測(cè)手段也應(yīng)就其可操作性進(jìn)一步研究。
。3)降低工程成本,特別是模袋成本,將賦予這一材料及技術(shù)以更強(qiáng)的生命力,使之在水利工程中得到更廣泛的應(yīng)用。
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