土工模袋的设计和计算方法

土工模袋的设计包括模袋选型、厚度确定、稳定性计算和抗滑排渗措施的考虑等。

（1）模袋选型。选型应根据工程特点和要求以及当地的各种条件（土质、地形、水文、气候施工条件造价等）确定。但应注意下列事项。

1）所有编织土工织物的孔径应满足反滤三准则的要求，强度应满足受力的要求。

2）每个模袋的尺寸应在两个方向预留足够的余度，以适应收缩磨损等损失之需。

3）进料口的个数与位置应均匀分布，每个进料口可控制大约15m2左右面积。

4）每块模袋的上缘与下缘应预留挂牌用的部件等。

5）每块模袋相邻处应缝上宽约50～100cm的防渗块。

（2）模袋厚度确定。模袋所需厚度应根据抵抗弯曲应力、抵抗浮动、抵抗冰推力以及模袋沿坡面的抗滑稳定性等因素确定。按工程的类别，《水利规范》列出了厚度参考值，见表7.4。

表7.4　模袋的厚度和工程应用

1）抵抗弯曲应力所需的厚度。应用时，模袋护坡万一有局部架空，会引起一定的弯曲应力，故模袋厚度应满足式（7.20）：

式中：rc为砂浆或混凝土有效容重；R为充填料的抗压强度，kN/m3；α为假设模袋下架空面积为正方形时的边长，m；FS为安全系数，可取3。

2）抵抗浮动所需的厚度。

可采用式（7.21）：

式中：C为面板系数，看护面排水条件可取1～1.5；Hw，Lw分别为坡高和坡长，m；B为与水边线垂直方向的护面长度，m；γw为水的容重，kN/m3；m为边坡角α的余切，m=cotα，m=2～5。(www.xing528.com)

图7.22　模袋抗冰推计算示意图

1—冰层；2—护面

3）抵抗冰堆力所需的厚度。在寒冷地区，模袋混凝土应能抵抗水体水平冻胀力使其沿坡面的推动，其计算模式如图7.22所示。如果忽略护面材料的抗拉强度，厚度可按式（7.22）估算：

式中：δ为所需厚度，m；δi为冰层厚度，m；Pi为设计水平冰推力，建议初设时取150kN/m2；Hi为冰层以上护面垂直高度，m；Ccs为护面与坡面间黏着力，150kN/m2；fcs为护面与坡面间摩擦角；FS为安全系数，一般可取1.3。

（3）模袋稳定性。模袋沿坡面的抗滑安全系数可按式（7.23）计算（图7.23）：

式中：L2，L3分别为长度，m；α为坡角，（°）；fcs为模袋与坡面间摩擦系数，应由试验测定。无试验资料时，可采用约0.5；FS为安全系数，应符合SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》的规定，不小于1.5。

图7.23　抗滑稳定分析示意图

图7.24　模袋上设排水滤管示意图

对无滤点模袋，在模袋上设排水滤管（图7.24）是必要的。这样可以减少作用于模袋上的渗透压力，有利于模袋的稳定。为提高模袋的抗滑稳定性，还可采取阶梯式铺筑型式或其他抗滑措施（《水利规范》第6.4.8条）。

（4）排渗核算。当模袋中充填砂浆、混凝土或河砂时，在其底部渗出的水必须及时排走，以防模袋滑动破坏。模袋排渗的能力可通过模型试验，或按土力学方法进行计算。若出流能力不足，则可设渗水孔来排除。沿坡面轴向每延米的渗水孔数n可按式（7.24）计算：

式中：α为每个渗水孔泄流面积，m2；Δq为待泄流量，（m3/s）/m；k为渗透孔反滤织物渗透系数，（m/s）；i为渗水孔处作用的水力梯度；FS为安全系数，可取3。