水利工程中重力模袋技术的应用

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［摘要］丹东市水利工程防护多年来，一直采用模袋混凝土、毛石和预制混凝土块、石笼网等护坡型式，重点解决岸坡防冲和稳定等问题。近年来，随着生态河道理念的进一步深化和部分原材料的短缺，重力模袋技术在水利工程建设中开始尝试应用，取得了较好的防护效果和生态效益。

［关键词］生态；重力模袋；大沙河

1重力模袋技术

重力模袋技术是对传统镀锌石笼网技术的升级，即在高镀锌石笼中放置聚丙烯纤维模袋，把填料由短缺的石材变成就地取材的土方，夯实后形成土笼，构建成有结构性、柔性、连续性的透水不透土的、能长草的生态岸线，既保证了岸线的安全稳定性，又兼顾后期的景观效果，同时又能极大缓解石材短缺的问题。重力模袋的主要成分是聚丙烯纤维，采用单经单纬有纺编织而成，袋身无接缝设计，能更有效的提高土方填料的横向约束力，减少沉降，保证结构的安全稳定性。同时具有高抗拉（双向抗拉强度不小于80kN/m）、抗顶破（CBR顶破强度不小于6kN）强度，使产品具备高强的抗冲刷、抗撞击能力，保证高速水流通过时结构的安全稳定性。模袋的抗老化等级为四级（实验室光照辐射强度550W/m2，连续照射150hr，拉伸强度保持率大于95%），在野外环境下使用寿命预计在20年以上。根据地质地形和景观要求，大沙河河道治理工程设计断面型式为：堤防10年一遇水位下，采用重力模袋防护，护脚使用1400（顺水流方向）×1100（坡长方向）×1000mm（厚）重力模袋，采用仰斜式工法（台阶式工法）；护坡使用1400（顺水流方向）×1100（坡长方向）×500mm（厚）重力模袋，采用贴坡式工法。堤防10年一遇水位以上的重力模袋，在重力模袋盖子与镀锌石笼盖子之间放置植物纤维毯，并回填种植土撒播草籽。仰斜式工法抗滑稳定性验算可参照《水工挡土墙设计规范》；贴坡式工法除按瑞典圆弧法验算堤坡稳定性外，还应延重力模袋基底面验算折线抗滑稳定性，可参照《碾压式土石坝设计规范》。

2重力模袋施工技术要点

1）重力模袋在施工前，首先进行测量放线，按照设计开挖护脚土方，对基底和岸坡进行夯实整平。2）支设高镀锌网箱，将重力模袋置于网箱内，每个网箱可放置1-2个模袋。重力模袋放置于网箱后，首先将袋子口提高约10cm，四角平均撑开后用铁丝固定。3）采用机械填充土方，土方可就地取材，采用开挖的护脚土方，每次回填填量不超过1m3，可使用小型夯实机械夯实，并抽检部分土方压实度，由于不能使用大型机械进行碾压，所以该工程具体压实度指标由设计单位按照碾压试验具体提出。当土料填充至袋口时，应确保土料高于镀锌网箱顶10cm左右，保证沉降后仍符合设计要求。填装时需在重力模袋可视立面采取一定的支护措施，以减少重力模袋填装后的“鼓肚”现象，来保证设计高程要求及完工后的美观效果，4）网箱封闭。重力模袋封盖前，首先确认袋内土料已经填满夯实，先将顶部土料整理平整，再用专门的黏扣带黏合，表层可按具体设计要求覆盖植物纤维毯，再结扎边框线与石笼网封盖。植物纤维毯在工程初期对水土保持和保墒有比较好的效果，后期降解为腐质可以为土壤增加营养，为植物提供了潮湿通风的有利生长环境，大大提高了种植成活率，在干旱少雨、蒸发量大于降水量的地区效果尤为突出，可视工程造价情况确定是否铺设。

3重力模袋的优缺点

3.1具有较好的生态性

重力模袋与混凝土、浆砌石、毛石护坡材料相比，由于网箱模袋内填装的是土壤，可以为植物提供良好的生长条件，维护自然生态环境，因而与周围景观更加融洽自然。同时建立起岸线与水体的生态微循环系统，可稳定水体中微生物、动物群落，有效减少黑臭水体现象产生。

3.2稳定性整体性较好

抗冻胀能力较强各网箱之间紧密连接，形成一个整体的柔性结构，袋身无接缝设计，能更有效的提高土方填料的横向约束力，能够适应基础的不均匀沉降，保证结构的安全稳定性。结构面通过植被的生长，其日趋发达的根系与坡体组成一个整体，使人工边坡与自然边坡之间不会产生分离、坍塌等现象，并且随着时间的延续，边坡结构的稳定性、牢固性会不断增强。另外，东北地区冬季土壤有冻胀现象，基于重力模袋的柔性结构，能很好的适应墙后及袋体内填料土壤因冻胀而产生的形变，确保工程的安全、稳定。

3.3抗冲刷、耐久性较好

重力模袋具有高抗拉（双向抗拉强度不小于80kN/m）、抗顶破（CBR顶破强度不小于6kN）强度，具备高强的抗冲刷、抗撞击能力，保证高速水流通过时结构的安全稳定性。东北地区河流防护工程冬季容易受冰排粘连影响，造成护坡材料脱落，由于重力模袋材料的整体防护，可确保工程的安全、稳定。模袋的抗老化等级为四级（实验室光照辐射强度550W/m2，连续照射150hr，拉伸强度保持率大于95%），在野外环境下预计使用寿命在20年以上。

3.4施工比较简单方便节省人工

重力模袋产品可按设计方案，在工厂制作成半成品，运到施工现场组装定型，填充土料、夯实后加上盖网即成。其操作相对比较简便，无需大型设备和专业熟练的劳工，受气候环境干扰比较小。而且，重力模袋力产品施工过程为半机械化作业，使用人工较少，即可提高施工效率又可节省人工费用，在劳动力缺乏或作业效率不高的地区尤为适用。

3.5工程造价相对较高

不利于大规模推广重力模袋技术经核算，工程造价方面低于普通混凝土和联锁水工砖价格，高于石笼网和浆砌石价格。考虑水利工程石笼网防护需要大量使用的石材短缺，在短期内难以找到合适的替代材料，所以只需回填土方的重力模袋价格还是可以接受的。

3.6属新兴工艺引入时间短

尚需时间检验大沙河治理工程经过了2017年、2018年两年的洪水检验，模袋整体未发生损坏和变形，表面植被生长良好，生态效果很好。但模袋材料在自然状态下的耐久性、可持续性还有待于时间的考证，需要进一步的观察和检验。

4结语

随着水利工程的生态、环保越来越受到重视，河道防护型式也随之不断多样化、生态化。受国家环保政策影响，在采石场停工整改、河道砂石料开采受限和其他材料价格不断上涨的情况下，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，尝试应用了重力模袋技术，重力模袋材料由于其生态性、稳定性、整体性和易于施工性等特点，能够较好地满足水利工程防护的结构要求和环境要求，如在工程造价方面厂家能够进一步降低成本，经济合理，定会得到进一步的推广和应用。

［参考文献］

［1］.在河南主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话，2019.9.18．

［2］CECS353：2013，生态格网结构技术规程［S］.中国工程建设协会标准，北京：中国计划出版社．

［3］GB50286-2013，堤防工程设计规范［S］.中华人民共和国国家标准，北京：中国计划出版社．

［4］陈伟.实例分析高寒地区水利工程模袋混凝土施工技术［J］.水利规划与设计，2016（08）：77-79.

作者：杨勇 单位：丹东市水务服务中心