模袋编织布混凝土工程设计

编织布模袋混凝土护坡技术已基本成熟，但国内尚无设计和施工技术规范。

为了更也地推广这项技术，使之规范化、正规化，在总结已有经验的基础上，制定了本指南，在行业内部供使用单位暂行，为今后正式规范的制定打好基础。

本指南编制单位：吉林省水利实业公司
本指南起草人：陈关庆董建伟
日期： 2002年5月
目录
1、总则
2、编织布模袋混凝土护坡工程设计
2.1 编织布模袋的类型
2.2 编织布模袋混凝土护坡的反滤层
2.3 护坡模袋混凝土工程的设计内容
2.4 编织布模袋设计
2.4.1 模袋编织布的渗透系数
2.4.2 模袋编织布的强度
2.4.3 模袋编织布的等效孔径
2.4.4 灌填后编织布模袋的纵横向收缩率
2.4.5 编织布模袋的加工生产与定货
2.5 模袋混凝土护坡平均厚度设计
2.5.1 护坡平均厚度的定义
2.5.2 护坡平均厚度的确定
2.6 护坡下滑稳定分析
2.7 边界处理设计
2.8 编织布模袋混凝土的强度和配比设计
2.8.1 混凝土的强度要求
2.8.2 混凝土的配比设计
2.9 编织布模袋砼护坡的配筋设计
2.9.1 设计构造配筋
2.9.2 抗冰推配筋
3、编织布模袋砼护坡的施工程序和要求
附录I：编织布模袋砼护坡设计计算公式
(一)根据初冬冰推力确定护坡的平均厚度公式
(二)根据波浪要素确定护坡平均厚度
(三)抗冰推配筋计算公式
1．总则
1.1 为使水利水电护坡工程采用编织布模袋混凝土工程技术达到技术先进、安全可靠、经济合理、保证质量，特制定本指南。

1.2 本指南内容包括设计和施工两部分，以设计为主，兼述施工。

1.3 编织布模袋混凝土工程的设计和施工，除满足本指南的要求外，尚应满足水利部其他有关规程及标准规定。

2．编织布模袋混凝土护坡工程设计
2.1 编织布模袋的类型
编织布模袋有两种类型。

一种为有排水点型，适用于平均厚度15厘米以下的护坡工程。

第二种为无排水点型，适用于平均厚度16厘米以上的护坡工程。

2.2编织布模袋护坡的反滤层
编织布模袋只是一种使混凝土或砂浆按设计形状要求成形的临时模具，耐久性差，接缝多，不能保证地基长期稳定。

因此，必须在下面铺设织物滤层，以防止基土流失。

滤层一般采用针刺无纺土工布，单位重300～4008/m2，对于有激烈波浪冲刷作用的水库或航道工程，一般取4008/m2以上的无纺布。

滤层设计中的主要控制指标是布的渗透系数和等效孔径，根据有关织物反滤准则计算确定，建议采用希顿准则。

2.3 护坡模袋混凝土工程的设计内容
模袋护坡混凝土工程的设计内容包括：模袋规格设计、护坡平均厚度设计、护坡边界处理设计、混凝土或砂浆配比设计等内容。

2.4编织布模袋设计
对模袋编织布的强度、渗透系数、等效孔径有专门要求，模袋的尺寸规格要根据护坡混凝土的平均厚度通过计算和灌填试验确定。

2.4.1 对编织布渗透系数的要求
为了混凝土填后多余水份的及时排出，编织布的渗透系数K应满足K=1×10-2～1×10-3cm/s之间。

2.4.2对编织布的等效孔径要求
为了防止漏水泥浆，要求等效孔径O95<d85，即允许有少量水泥泌出，而不允许砂粒流出。

d85为砂粒粒径。

2.4.3 对编织布的强度要求
编织布的强度T视护坡平均厚度及小时充填高度大小而定。

厚度及小时充填高度越大，模袋所承受的压力越大，要求编织布的抗拉强度越高。

可以用下式估算：
T=βγm h1 h2 （1）
式中：β—砼或砂浆的侧压力系数，β=0.6～0.8
γm—砼或砂浆的容重KN/m3；
砂浆γm=21.7KN/m3；
h1—护坡最大厚度(m)，取平均厚度的1.5～1.6倍；
h2—小时内护坡充填高度(m)，h2=4～5m；
T—编织布允许抗拉强度(KN/m)。

对于平均厚度0.15m的模袋护坡，编织布的要求强度大约在1000N/5cm左右(10%应变)。

2.4.4 灌填后编织布模袋的纵横向收缩率
经试验和已有工程经验，灌填后编织布模袋纵向收缩率约为1%，横向收缩率约为5%～12%。

2.4.5编织布模袋的加工生产与定货
地址：吉林省长春市东荣大路275号，邮编：130032，电话：0431—47233340431—4713361(传真)。

2.5 模袋砼护坡平均厚度设计
2.5.1 护坡平均厚度的定义
模袋混凝土护坡的厚度是不均匀的。

有排水点的编织布模袋混凝土其最大厚度约为平均厚度的1.5～1.6倍。

平均厚度为灌填混凝土量除以护坡面积再乘以0.9收缩系数求得。

厂家提供的编织布模袋允许厚度误差应小于5%。

2.5.2 护坡平均厚度的确定
护坡厚度是决定工程造价和安全的主要因素。

护坡厚度设计主要考虑坡面自身已经稳定的前提下护面的抗侵蚀能力及外力对表面结构的破坏。

外力主要指地基渗透压力，波浪压力和冬季冰层推力。

编织布模袋混凝土护坡厚度，建议不小于10厘米。

设计厚度通过结构计算确定。

计算初冬期抗冰推向上滑动破坏厚度h1、初冬期抗冰推剪切破坏厚度h2、非冰冻期抗波浪冲击强度所需厚度h3、抗波浪浮起稳定厚度h4，取其中大值作为设计厚度。

计算公式见附录1。

2.6 护坡下滑稳定分析
在堤坡自身稳定的条件下，扩面的下滑稳定主要取决于扩面与土坡之间或摸袋与无纺布之间的摩擦稳定，即滑动力和摩擦抗滑力之比。

抗滑安全系数K=1.2～1.3。

由于土工织物之间的摩擦系数较小；如编织布模袋和无纺布垫层之间的摩擦系数只有0.4左右，靠自身摩擦稳定系数可能不够。

在这种情况下应结合边界处理在顶部或下部基脚采取抗滑措施。

一般情况下多在基脚采取抗滑措施，如将基脚伸入冲刷线以下并让护面支承在地基土，必要时还可适当扩大基础。

2.7 护坡边界处理设计
为了防止模袋混凝土护坡因侧翼，顶部、坡址等边界侵蚀破坏，处理好边界是非常重要的。

上下游侧向边界(包括临时边界)、必须开沟，把部分模袋混凝土埋入沟中。

上游侧沟深15～45cm，下游侧沟深60～75cm。

顶沟沟深应大于45cm。

上部用现浇混凝土板压盖。

无纺布及滤层都要伸入沟底以防止地基破坏。

底部边界要求伸入基脚冲刷线以下0.5m。

细部结构如图1、图2、图3所示。

图1 侧面处理
图2 顶部边界处理
图3 基部边界处理
2.8 模袋混凝土的强度和配比设计
2.8.1模袋混凝土的强度设计
机灌模袋混凝土的28天强度较普通试模成型混凝±28天强度高40—30%，其中1：2水泥砂浆高40%，细砾混凝土高30%。

非机灌模袋混凝土应比机灌强度低。

建议折算比按20～15%考虑。

由于护坡混凝土对强度要求不高，所以并不控制配比。

而护坡混凝土的耐久性要求却比较高。

一般要快冻100次以上。

寒冷地区建议按C20、F150考虑。

2.8.2 编织布模袋混凝土的配比设计
根据以往施工经验、参考有关资料对于厘米的护面建议用表1砂浆配合比。

表1
水泥和砂比率(C/S) 水灰比
(W/C)
流动值
(秒)
单位质量 (kg/m3)
备注
水泥砂水
1:3.0 0.7 20±2 461 1383 323 细度模数FM=2.8引气减
水剂
对于>15cm的编织布模袋护坡灌填料建议采用表2细砾混凝土配比。

表2
H (cm) D max (mm) 坍落度(cm) 含气率(%) 水灰比砂率水泥kg/m3砂kg/m3砾kg/m3水kg/m3引气减水剂
15 15 23±2 3—5 0.65 0.65 382 938 637 249 木钙3‰
2.9 编织布模袋混凝土护面的配筋设计
2.9.1 构造配筋
为保证模袋混凝土护面在地基不均匀冻胀、不均衡沉陷及温度收缩等产生的裂缝条件下仍能正常地工作，建议每列模袋混凝土中配置一根中φ12钢筋、并保证施工到位。

2.9.2 抗冰推配筋
当计算抗冻推厚度、大于工程最小构造厚度时，为降低工程造价，可考虑水下护坡和水上护坡连成整体参加抗推。

冰下抗滑段的护坡高度H2可由附录I公式(6)计算，相应的锚固力F可按附录I公式(7)计算。

由F
值即可按受拉件计算所需钢筋量。

如果按φ12构造配筋已满足要求，则不必另加钢筋。

3．编织布模袋混凝土护坡施工程序和要求
1)按设计要求平整坡面，填坑削坡、填方坡面要压实；
2)放线定位、挖好边界处理沟槽；
3)检查各种材料是否符合技术要求；
4)施工机械：普通砂浆搅拌机、电源、灌料口准备就位；
5)反滤土工布铺设，块与块之间搭接长度按设计要求。

沿水流方向上游块压住下游块，沿坡面方向下块压住上块。

块面上的过滤布用8#铅线制作的门形钉固定在坡面上，钉长30厘米，防止人走风刮移位；
6)按设计要求铺设模袋并把焊有架立筋的钢筋插入模袋：
7)按要求搅拌砂浆或细砾混凝土、灌填模袋、控制灌填速度，每小时高度小于5m。

作好模袋灌填排气工作。

保证钢筋就位；
8)作好封口处理；
9)移动搅拌灌填下一片模袋；
10)按要求取试样成型；
11)按设计要求进行顶、脚及侧端边界处理工程施工；
12)养护7天；
13)28天抗压强度试验和现场模袋混凝土无损抗压强度检测。

作好资料记载和质量评定。

14)作好施工验收准备。

作好灌填最大厚度、平均厚度、抗压、抗冻强度指标统计。

附录I
编织布模袋混凝土护坡设计计算公式
(一)根据初冬冰推力确定护坡的平均厚度公式
冰推力的作用可以造成护面沿坡面上滑破坏，也可以将部分护面推入地基，使护面产生水平剪切破坏，结构与荷载示意图见图1。

图1 结构与荷载示意图
为防止上滑破坏，护面抗滑力应大于水平冰推力沿坡面向上的分力，为安全计算不考虑模袋混凝土抗拉，以公式表示即有：
为防止第二类破坏，应以下式校该剪切破坏条件。

即自重和冰推力的合力应小于地基耐压力；以h的显式表示，就有：
式中[σ]——地基许可耐压力(KN/m2)；
其他符号同前。

上述计算中，静冰压力P和冰层厚度t按初冬期(11月中旬～12月中旬)考虑。

此时冰层已经形成，气温变化激烈，地基土尚未冻结牢固，护坡紧易滑动。

冰层厚度小于40cm。

相应冰压力强度按150KN/m2取值，一般情况下考虑C2=0。

(二)根据波浪要素确定护破平均厚度
模袋混凝土护面是一种整体性较好的板式护面。

护面下没有排水层，只有织物滤层，其瞬时排水能力较弱；护面上虽然设有许多排水孔，计算中按没有排水孔的混凝土板考虑。

波浪作用下按强度和稳定两种情况计算所需厚度。

波浪对护面的作用力包括波峰撞击护面的正压力和波谷对护面底面形成的浮托力分别对面板产生的弯曲应力。

根据应力的大小即可确定护面的厚度。

一般情况下波浪撞击护面所产生的弯曲应力是不大的，不足以控制面板厚度。

而瞬时浮托力所产生的弯曲应力相对较大，同时可能引起面板浮动。

浮托力产生的危险平衡力系如图2所示。

图2 浮托力产生的危险平衡力系图
图中H。

为设计波高，C点为波谷最低点，令q=rHo/2，C点以上波面上没有水体，只有混凝土自重；自重产生的法向压力为γmhcosα。

根据平衡关系列出C点的力距方程：
设计中考虑混凝土在C点不产生拉应力，即mc=0，于是有
式中h——护面平均厚度(m)
Y——水容重(kN/m3)
γm——混凝土容重(kN/m3)
m——坡比系数
Ho——设计波高(m)
当m=2.5、γm=2.1，γ=1时有：h=0.058H。

为防止面板浮动而必须的平均厚度可采用苏联规范CH288-64建议的公式计算：
式中 L——波长(m)；
B——垂直于水面线的护面板边长(m)；
m——坡比系数，m=cotα，m=2～5；
C——面板系数，对整体大块混凝土板护面C=1，考虑有排水点的护面取C=1.5；
γm——护面板的容重；
γ——水酶容重。

(三)抗冰推配筋计算公式
当h大于构造厚度时，可在护面中插入钢筋，让部分冰下护面和冰上护面连成整体，参加抗滑，以便减小护面厚度。

设增加的冰下抗滑高度为H2，这部分护面的抗滑可以浮容重γm-γ，水下摩擦系数f2，水下凝聚系数C2表示，这时公式
有：
设hmin为构造最小厚度，在已知hmin而求冰下抗滑段的高度H2时，可用下式：
公式(1)(5)(6)中的符号意义如下：
h——护面的平均厚度(m)
t——计算冰盖厚度(m)
m——护坡的边坡系数
P——设计水平冰推力
f1(f2)——水上(水下)护面与基土之间的摩擦系数
H1(H2)——冰盖下界面以上(以下)参加抗冰推的护坡高度(m)
K——护坡抗滑安全系数K=1.2～1.3
γm——混凝土容重(kN/m3)
γ——水的容量(kN/m3)
C1(C2)——织物反滤水上(水下)部分和土壤之间的凝聚系数(KN/m2)。

每延米冰下护坡的附加抗滑力F由下式计算确定，根据F值可以求出配筋量。

式中h为实际平均厚度。