模袋混凝土配合比设计与优化

模袋混凝土配合比设计与优化

李强

湖南省航务工程有限公司 湖南 长沙 410000

摘要：本文通过模袋混凝土的施工方法、质量控制和施工难点，结合港口航道工程的特点，介绍了船闸项目引航道模袋混凝土配合比设计与优化措施，对其他同类型的模袋混凝土施工具有参考意义。

关键词：模袋混凝土；配合比；质量控制；港口工程

引言：模袋混凝土护坡是通过高压混凝土泵把混凝土充填入土工模袋中，待水泥混凝土凝固以后形成板状坡面结构。土工模袋混凝土灌装方便，施工速度快，充填混凝土后水分渗出，可以加快混凝土的凝结速度，凝结后混凝土表面机织土工布的保护，使得模袋混凝土护坡更耐冲刷，可以应用于不同的地形环境，也可以水下施工，所护坡面面积大、整体性强、稳定性好，护坡使用寿命更长。

1.工程概况

湘江永州至衡阳三级航道工程位于湘江中上游，起点为永州市萍岛，终点为衡阳市蒸水河口，共283km航道。其中扩建近尾洲二线1000吨级船闸，对引航道前端顶部进行了圆弧形向外放坡的设计，采用了20cm厚C20模袋护坡，坡比为1:2，坡底抛石护脚，顶部铺设了雷诺护垫以防止冲刷，总共使用了15796㎡的模袋混凝土。由于坡度较大，为了确保充灌混凝土护坡的质量，需要对混凝土的易性进行良好控制，同时合理控制充灌的压力。

2.主要技术指标和要求

2.1 模袋织物性能指标

土工模袋由专业厂家定制生产，质量符合《水运工程模袋混凝土应用技术规范》（JTS-T 159-2021）中相关要求，生产厂家按批提供出厂相关检测报告，并按有关规定抽检全部合格。

2.2 混凝土技术要求

模袋混凝土技术的挑战在于即使在长距离泵送后仍需具备良好的可塑性和高流动性。经研究结果显示，坍落度为200~220mm的混凝土在模袋内呈现出向四周辐射状流动的特点，混凝土受到泵压力而强制推动，但随着灌口距离增加，混凝土压力逐渐减小，充灌范围扩大使得操作复杂度增加，需要频繁踩踏疏导，质量无法保证。水下充灌几乎无法实现，受水压影响混凝土打堆无法流动，导致模袋底部灌口压力过大而破坏，无法完全填充模袋。 进入模袋的砼坍落度高于230mm时，会沿着灌口向下流动，然后逐渐自底向上填满模袋，这种情况下，混凝土主要是依靠自身重力在模袋内流动，充灌作业过程非常简便，同时也能充分保证质量。

采用泵送方式施工的模袋混凝土，在充入模袋后由于部分水分渗出，在高温天气下，通常只需半个小时混凝土就已呈干硬状态，因此需要混凝土在施工工程中坍落度不能损失过大，确保连续性地充灌混凝土。

3.混凝土配合比设计及优化

本工程模袋混凝土设计强度为C20，考虑到泵送后有坍落度损失，故设计坍落度为240±20mm，配合比设计根据现行行业标准《水运工程混凝土施工规范》(JTS 202-2011)，满足混凝土性能和施工工艺的要求的前提下，通过现场充灌的效果来最终确定。

原材料：胶凝材料采用湖南耒阳南方水泥有限公司生产的PO42.5普通硅酸盐水泥和大唐华银股份有限公司耒阳分公司生产的和F类II级粉煤灰，粗集料为5-20mm湘江卵石，细集料为湘江产河砂，细度模数3.3，外加剂采用聚羧酸高性能减水剂（缓凝型）。所有掺合料、集料和外加剂的性能通过检测均满足现行有关规程规范的要求。

通过计算试配强度、查表砂率和单位用水量，按照重量法计算配合比，初步确定配合比为：水泥:粉煤灰:砂:卵石:水:外加剂=246:164:894:894:172:6.15。

配合比混凝土性能指标：水灰比0.42，砂率50%，坍落度235mm，混凝土先灌入直径150mm、长度1200mm的与模袋织物材料相同的布袋,吊置(15~20)min后再取出制作混凝土抗压强度试件，28d抗压强度33.8MPa。

现场充灌试验：模袋混凝土施工采用泵送充灌方式，现场泵送距离56米，充灌连续进行，混凝土泵送压力控制在0.2~0.3MPa，泵送速度按10-20m3/h 充灌，混凝土充灌连续泵送，在充灌混凝土结束5~10min 后，待水分析出，再充灌饱满。充灌由上而下依次进行，充灌过程中及时调整模袋上缘拉紧装置，每一灌入口的混凝土充填连续进行，并配以人工踩压平顺。

该混凝土配合比经现场施工后发现:在混凝土经过泵送后，坍落度有2cm左右的损失，前端混凝土流动性不足,导致后续泵送阻力较大，正常泵送压力达5MPa，使得部分模袋填充效果不佳。鉴于此,我们对混凝土配合比进行了调整优化,在初始配合比的基础上做了部分调整，改善混凝土流动性和和易性:(1)总胶凝材料增加到440kg/m³；(2)增加砂率至60%；(3)减水剂增加引气剂成分。通过调整，优化后配合比为：水泥:粉煤灰:砂:卵石:水:外加剂=272:168:1036:690:194:8.8，配合比混凝土性能指标：水灰比0.44，砂率60%，坍落度245mm，扩展度60cm，和易性良好，28d抗压强度29.1MPa。

优化后的混凝土配合比在灌充的混凝土流动性较大增强，施工时阻力明显降低,泵送压力也大大下降,不管是在混凝土工作性还是填充饱满度都有大幅度改进。

4.模袋混凝土充灌控制要点及注意事项

（1）在开始灌注混凝土模袋之前，需对模袋的水上部分进行湿润处理，在侧面进行灌注，并采用自上而下的方式完成，以增强模袋混凝土充灌的效果。此外，在进行混凝土灌注时，必须控制灌注管口的压力在0.2~0.3MPa之间，当灌注接近饱满时，需要抽出模袋内的空气和水分，然后再进行充灌操作。

（2）在泵送过程中，受料斗内需保持足够的混凝土，以避免产生阻塞，并由专人监管受料斗，防止较大的骨料或杂物进入泵车内，导致管道堵塞。 把混凝土输送到模袋的灌注口, 插入100~150mm, 水平摆放, 由专人负责插入和捆扎, 然后将袋口扎牢。 严格监督混凝土的流动性， 在进行泵送时，需留意喷洒的范围并确保模袋受压均匀，以免造成压力过大而导致鼓包现象，一旦出现此现象，应立即中止泵送，并在处理完毕后再继续喷洒。

（3）在进行充灌时，需要两名工作人员协助扶稳泵软管，防止其摆动过大，并要时刻监测灌口处混凝土的压力情况。当压力持续上升时，表明混凝土流动减缓，这时需要适当降低泵车的充灌速度。一旦发现混凝土在模袋内受阻，可采取用脚踩踏的方式进行疏导。 若在倾倒端的混凝土流出速度异常迅速或放入混凝土时的压力极高，应停止充灌过程，并进行必要的检查和整改。

（4）为防止堵塞事件的发生，应随时监控原材料的配料比例和混凝土的坍落度，防止太粗的骨料进入导致管道堵塞，避免空气进入导致管道阻塞或爆炸，充灌操作应连续进行，停机时间通常不得超过20分钟，如果混凝土坍落度下降，应添加与原水灰比相同的砂浆进行调整，禁止直接加水。泵送与充灌作业人员需保持紧密联系，密切配合，待充填到位后及时停机，以避免充填过程中出现膨胀或破裂情况。

（5）完成混凝土充灌后，应立即对护坡混凝土进行清洗和养护，通常需要持续7天，以确保护坡表面保持湿润状态。

5.结语

总的来看，充灌混凝土的核心关键是使混凝土具有良好的流动性及和易性，采用大砂率、提高胶材用量的配合比优化，使混凝土富浆从而保证充灌作业能连续进行。通过本次混凝土配合比优化调整，从成品模袋混凝土来看, 无论是外观质量还是内在质量都达到了优良的水平，混凝土在膜袋内的成型性均较理想，充灌效果良好。

参考文献:

[1]张志满.模袋混凝土施工工艺[J].水运工程,2008,02:109-113.

[2]JTS-T 159-2021  水运工程模袋混凝土应用技术规范

[3]JTS202-2011  水运工程混凝土施工规范