石籠灌注混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)研究

忽惠卿

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究，北京 100048）

石籠灌注混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)研究

忽惠卿

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究，北京 100048）

在南水北調(diào)中線干線京石段大石河護(hù)砌加固工程中，為了充分利用搶險中在河底鋪設(shè)的2.2萬m3鉛絲石籠，我院提出的“對鉛絲石籠進(jìn)行混凝土灌注由臨時結(jié)構(gòu)變?yōu)橛谰媒Y(jié)構(gòu)”的方案得到了專家認(rèn)可，并在工程實(shí)施中，通過灌注實(shí)驗得到灌注混凝土的坍落度、灌注量等一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對今后的工程實(shí)施具有指導(dǎo)性意義。從鉛絲石籠灌注技術(shù)推廣至石籠灌注膠凝材料技術(shù)，結(jié)構(gòu)用途從河底護(hù)砌推廣至擋墻、壩體等，是現(xiàn)有護(hù)砌結(jié)構(gòu)的有效補(bǔ)充。

石籠；混凝土灌注；結(jié)構(gòu)；研究

1 研究背景

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程（北京段）大石河護(hù)砌在2012年“7.21大雨”中出現(xiàn)險情，搶險中為防止險情擴(kuò)大，帶水作業(yè)在大石河河底鋪設(shè)了長約50m（順河向）、寬約366m（垂直河向）的鉛絲石籠［1］，石籠厚度1.5～1m， 共約2.2萬 m3（如圖1～2所示）。洪水過后對大石河護(hù)砌進(jìn)行加固，在方案評審中根據(jù)專家意見需要解決如何處理搶險時鋪設(shè)的2.2萬 m3鉛絲石籠的問題。反復(fù)討論、研究，是拆除廢棄還是加以利用，以及如何利用。我院提出的“對鉛絲石籠進(jìn)行混凝土灌注由臨時結(jié)構(gòu)變?yōu)橛谰媒Y(jié)構(gòu)”的方案得到了專家認(rèn)可。鉛絲石籠灌注后形成的結(jié)構(gòu)不管是抗沖性能還是耐久性能都優(yōu)于漿砌石，能和后續(xù)的加固工程（鋼筋混凝土消力池結(jié)構(gòu)）形成一體，滿足了工程需要。大石河護(hù)砌加固方案，如圖3所示。

圖1 搶險工程中正在水下鋪設(shè)鉛絲石籠

圖2 搶險工程鉛絲石籠鋪設(shè)完畢

圖3 大石河護(hù)砌加固方案簡圖

2 灌注實(shí)驗及護(hù)砌加固工程施工

在實(shí)施過程中，分別用細(xì)石混凝土、自密實(shí)混凝土、M7.5砂漿對鉛絲石籠進(jìn)行灌注實(shí)驗，以期得出最佳灌注材料、灌注材料坍落度以及每方鉛絲石籠的灌注方量。實(shí)驗對今后的工程實(shí)施具有指導(dǎo)性意義。

在實(shí)驗中C20自密實(shí)混凝土坍落度選取250～260mm［2］， M7.5 砂漿坍落度選取 250 ～260mm，C20細(xì)石混凝土坍落度選取160～220mm［3］。灌注前先用水對石籠進(jìn)行沖洗，達(dá)到更好的灌注效果。

經(jīng)多個混凝土配比灌注實(shí)驗表明：采用坍落度為250～260mm的C20自密實(shí)混凝土或M7.5砂漿進(jìn)行灌注，每方鉛絲石籠灌入量可達(dá)到0.44m3，基本滿足設(shè)計要求。

在實(shí)際實(shí)施過程中先灌注C20自密實(shí)混凝土，當(dāng)自密實(shí)混凝土灌注至鉛絲石籠表面以下150mm時灌注C20細(xì)石混凝土，鉛絲石籠頂部的細(xì)石混凝土厚度控制在30～100mm之間。灌注后保證混凝土灌注量達(dá)到 35% ～45%［4］，為防止裂縫的產(chǎn)生進(jìn)行分縫，分縫間距為5m×5m。施工過程及效果如圖4～5所示。

圖4 加固工程中對鉛絲石籠進(jìn)行灌注

圖5 灌注后的鉛絲石籠

護(hù)砌加固工程于2014年修建完工，經(jīng)歷了2016年的“7.20”大雨，大雨過后護(hù)砌情況完好（如圖6）。根據(jù)水文資料，本次降雨過程約為20年一遇洪水流量，根據(jù)水位推算，流速達(dá)到3.3m/s。鉛絲石籠灌注結(jié)構(gòu)整體性、耐久性、抗沖效果均優(yōu)于鉛絲石籠和漿砌石［5］。

圖6 2016年“7.20”大雨后情況

3 石籠灌注結(jié)構(gòu)及推廣

對鉛絲石籠灌注混凝土結(jié)構(gòu)推而廣之至石籠灌注膠凝材料結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)組成為：石籠網(wǎng)框架、鋪設(shè)于石籠底部的透水織物（視需要）、石籠內(nèi)填充的卵石或塊石、向石籠內(nèi)灌注的膠凝材料，如圖7所示。

圖7 石籠灌注膠凝材料結(jié)構(gòu)組成

第一步：利用成品網(wǎng)片（常用的一般為鍍鋅網(wǎng)片或格柵網(wǎng)片）架起籠體，內(nèi)鋪無紡布固定在籠體上（視需要），可人工或利用機(jī)械把塊石或卵石放入籠體內(nèi)，封蓋［6］。此過程可水下施工，非常適用于搶險工程。第二步：干場情況下，或等汛后水位回落，向石籠內(nèi)灌注砂漿或自密實(shí)混凝土或其它膠凝材料，跳倉澆筑，石籠頂部的膠凝材料厚度控制在30～100mm之間。為防止裂縫的產(chǎn)生，灌注膠凝材料時應(yīng)分縫，推薦采用5m×5m分縫。

在實(shí)際工程應(yīng)用中石籠結(jié)構(gòu)可進(jìn)行以下擴(kuò)展：

（1）石籠材質(zhì)可為鍍鋅鉛絲、格柵、竹片或其它材質(zhì)［7］，石籠形狀可為立方體、長方體或其它形狀。石籠常規(guī)尺寸：高度可選用0.5～1.0m，寬度和長度可選用1～2m。

（2）石籠可根據(jù)需要選擇是否鋪設(shè)無紡布或其它無紡或有紡織物。

（3）籠體內(nèi)可填充塊石、卵石等石料或其它滿足抗壓強(qiáng)度要求的塊體材料。

（4）灌注材料可為細(xì)石混凝土、自密實(shí)混凝土、砂漿等水泥類產(chǎn)品。

圖8 石籠灌注膠凝材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用示意圖

（5）鉛絲石籠灌注膠凝材料可用于河道護(hù)砌、擋墻、壩體［8］等多種結(jié)構(gòu)形式，如圖8所示。

4 石籠灌注結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和積極效果

在城市河道治理中，常見的邊坡、河底防護(hù)材料有干砌石、石籠、漿砌石、水工砌塊、混凝土等，這些護(hù)砌型式在耗用人工、施工周期、造價、生態(tài)保護(hù)等方面各有利弊，有各自的適用條件［9］，見表1。

表1 各種護(hù)砌型式對比表

現(xiàn)有的石籠結(jié)構(gòu)籠體材料有格柵、鉛絲、鋼筋、浸塑鋼絲等，填充物有塊石、卵石、袋裝土等。這些石籠結(jié)構(gòu)耐久性和整體性略差，均為臨時結(jié)構(gòu)，一旦籠體破壞，籠內(nèi)填充物就會散開，失去防護(hù)作用。

石籠灌注結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料的有效補(bǔ)充，它的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

（1）石籠灌注膠凝材料結(jié)構(gòu)，對于工期比較緊張或汛期搶險工程，石籠結(jié)構(gòu)可水下施工，且施工速度快，石籠結(jié)構(gòu)可率先發(fā)揮防護(hù)作用，在合適的時間再向籠體灌注膠凝材料，增強(qiáng)整體性和耐久性，由臨時結(jié)構(gòu)變?yōu)橛谰媒Y(jié)構(gòu)。

（2）石籠灌注膠凝材料結(jié)構(gòu)相比較素混凝土結(jié)構(gòu)而言，減少了水泥用量，減少支模板和拆模板的工序，加快施工進(jìn)度、降低造價；石籠的網(wǎng)片及石籠之間的連接，都加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，提高了抗裂性能，提高了結(jié)構(gòu)的抗沖能力［10］。

（3）石籠灌注膠凝材料結(jié)構(gòu)相比較傳統(tǒng)石籠結(jié)構(gòu)、漿砌石、干砌石、水工砌塊結(jié)構(gòu)而言，降低了人工用量，可機(jī)械化施工，加快了施工速度，并提高了結(jié)構(gòu)的整體性、強(qiáng)度、耐久性、抗沖刷性能、降低河道糙率等。籠體對填充物約束及籠體之間的連接，都加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性能。

（4）石籠灌注膠凝材料結(jié)構(gòu)，籠內(nèi)的填充材料可選擇塊石或就近取材如河道內(nèi)的卵石或其它滿足抗壓強(qiáng)度要求的建筑塊材，減少了水泥用量，更加環(huán)保。

本項技術(shù)于2016年2月向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請了兩項實(shí)用新型專利，分別為“石籠及河道護(hù)砌結(jié)構(gòu)”、“用于河道的擋墻結(jié)構(gòu)”，并于2016年6月得到了授權(quán)。

每種護(hù)砌結(jié)構(gòu)都有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行選擇。例如在地基承載力要求方面，石籠本身為一種柔性護(hù)砌結(jié)構(gòu)，對地基承載力要求較低，灌注膠凝材料后成為硬性護(hù)砌結(jié)構(gòu)，對地基的要求較高，可參照漿砌石結(jié)構(gòu)對地基承載力的要求。

［1］范惠生.鍍層鋼絲的格網(wǎng)石籠在河湖治理工程中的適宜性研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2013（04）：40-43.

［2］李克亮，李建平，王永，等.水工自密實(shí)混凝土試驗［J］.水利水電科技進(jìn)展，2008，28（02）：65-67.

［3］張英，張輝，劉太乾.灌漿料與細(xì)石自密實(shí)混凝土配合施工技術(shù)應(yīng)用［J］.建材世界，2013，34（03）：12-14.

［4］俞宏慶，于春生，宛志紅.格賓石籠結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究［J］.中州煤炭，2015（03）：95-98.

［5］吳繼明.漿砌石護(hù)坡技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2011，19（04）：69-71.

［6］張寶森，汪自力，王德智，等.大網(wǎng)籠機(jī)械化搶險技術(shù)現(xiàn)場試驗［J］.水利水電科技進(jìn)展，2006，26（01）：57-59.

［7］崔建中，張寶森，張喜泉.土工合成材料在黃河河道工程搶險中的應(yīng)用［J］.人民黃河，2003，25（03）：42-43.

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［10］李煒.水力計算手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

TV331

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1672-2469（2017）10-0135-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.038

2017-03-02

忽惠卿（1977年-），女，高級工程師。