鋼筋骨架卵漂石鉛絲石籠在林芝市山區型河流堤防工程中的應用

付少波,王云森,劉 森

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635;2.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣州 510635;3.林芝市水利局，西藏 林芝 860000)

1 概述

石籠在水利工程中的應用最早可追溯到秦昭王末年，蜀郡太守李冰父子興建的都江堰工程。最初是用竹篾編制成籠，內部填滿卵石并密封而成。因其堅固耐沖，造價低廉，便于維護等優點，在水利工程中得到廣泛的應用。

實際應用和發展中，針對竹石籠編織效率低、竹篾易腐化失效等缺點，制籠工藝由手工編織變為機械編制，制籠材料由竹篾變為低碳鋼絲或浸塑鋼絲，逐步形成由鋼絲編制而成的雙絞六角形網箱的鉛絲石籠。

在部分山區型河流中，由于河道比降大，流速快，推移質多，普通的鉛絲石籠時常有被沖淘，甚至被沖毀等情況，造成基礎淘空，堤防塌陷，對堤防造成嚴重的破壞。為進一步提高堤防抗沖能力，保障堤防安全，在林芝市山區型河流堤防工程實際應用中，常采用鋼筋骨架卵漂石鉛絲石籠的設計方案，取得良好的效果。

2 石籠介紹

2.1 鉛絲石籠

鉛絲石籠也叫鉛絲籠、格賓網，是由金屬線材編制而成的雙絞六角形網箱。一般采用直徑2～4 mm低碳鋼絲，表面采用熱鍍鋅或浸塑等防銹手段，經機械編制成雙絞六角形網，經綁扎并填筑塊石而成。網眼尺寸一般為有60 mm×80 mm，80 mm×100 mm，80 mm×120 mm，100 mm×120 mm，120 mm×150 mm等[1]，也可根據實際要求調整定制。填充石料一般以大致方正，上下面大致平行，厚度不小于200 mm的塊石料為主，石料強度應滿足《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》堆石料原巖技術指標[2]。

2.2 鋼筋骨架卵漂石鉛絲石籠

鋼筋骨架卵漂石鉛絲石籠是由鉛絲石籠在實際應用中發展而來(以下簡稱鋼筋石籠)。一般采用8～16 mm HRB335鋼筋，經焊接而成的金屬網箱骨架，再用鉛絲網綁扎形成網箱，網箱內填筑卵漂石而成(見圖1)。鋼筋間距一般要求裝填后能夠保持鋼筋石籠外形為宜，實際應用中一般采用間距0.5 m，部分尺寸較大的石籠，則需加密或設置拉筋等方式，增加石籠強度。填充石料一般以粒徑在60～200 mm卵石和大于200 mm的漂石為主，石料強度應滿足《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》堆石料原巖技術指標。

圖1 鋼筋石籠立視示意

3 鋼筋石籠特點

鋼筋石籠相對于鉛絲石籠在山區型河流堤防工程應用中優勢明顯，主要體現為穩定性好、抗沖性強、施工便捷等。采用卵漂石填充，充分利用河道內天然石料，材料易獲取，造價低廉[3]，施工速度快。鋼筋骨架彌補了天然卵漂石較塊石不易堆疊成型，保持形狀的特點，提高了工程耐久性和抗沖能力。

3.1 穩定性

穩定性主要體現在石籠本身穩定性與石籠間連接的穩定性。鋼筋骨架為網箱提供更強的支撐力和網箱間連接力，強度相對較弱的低碳鋼絲網則主要用來保持填充石料不被沖淘。卵漂石透水性較強，滲透系數一般為2.5×10-1cm/s，在水位降落期，穩定滲流期等工況下，受滲透壓力影響更小，石籠的穩定性和整體性進一步得到增強，特別適用于峰值高、歷時短、水位暴漲暴跌的山區型河流。

3.2 抗沖性

鋼筋骨架可減少石籠網被推移質和水流拉扯破損的情況，而卵漂石相對塊石外形圓潤，水流阻力較小，更不易被沖淘破壞。根據《水工設計手冊》可知，天然卵礫石不沖流速經驗值V允=0.75～1.2 m/s，鉛絲石籠V允=2.1～2.8 m/s[4]，根據《林芝市波密縣古鄉松繞村水毀修復工程報告》，鋼筋石籠堤防抗沖行近流速可達5 m/s，特別適用于河道比降大、流速快的山區型河流。

3.3 施工性

在施工現場鋼筋制安區將鋼筋骨架焊接成型，并用鉛絲網統一綁扎至所需尺寸網箱，轉運吊裝至施工面，網箱之間用連接鋼筋焊接形成整體，并用機械填充、整理、封口即可。施工速度快，受氣候干擾小，對施工條件要求低，施工人員經過簡單培訓即可完成，可以通過以工代賑，促進當地藏區人員收入水平。特別適用于交通不便，材料運輸困難的山區型河流。

3.4 缺點和不足

和傳統擋墻相比抗滲能力較差，河道水位高時容易出現堤身滲水等情況。堤身背水側常常設置土工布等反濾層，以減少堤身背水側滲透破壞。因此不適用于城區段等對堤防滲透要求高的河段。

4 工程應用實例

鋼筋石籠在林芝市山區型河流堤防工程中應用較為廣泛，主要用于墻式護岸、壩式護岸、護腳和堤防搶險中，以重力式鋼筋石籠擋墻為主，兼以護腳、丁壩和堤防搶險等方面應用，均取得了良好的效果。

4.1 重力式堤防應用實例

重力式鋼筋石籠擋墻堤防多用在天然河床較寬、河槽高差較小、河床比降大、近岸流速較大的河流當中[5]。在林芝市實際應用中鋼筋石籠單層網箱高度一般小于2 m，堆疊高度一般小于6 m，基礎埋深根據沖刷深度計算結果選取，埋深多為1～2 m。

4.1.1工程背景

本次以波密縣某防洪工程為例：項目區域所在河流為易貢藏布，是雅魯藏布江的二級支流，帕隆藏布的最大支流，全長為295 km。堤防工程位于中高山河谷地貌，地形起伏較大，地勢由北西向南東傾斜，平均海拔為3 200 m左右。河谷呈“U”字型，河床寬平，兩岸階地發育，植被較發育，兩岸斜坡自然坡度為15°～50°，項目區段河道平均比降為18.5‰，屬于典型的山區型河流。

4.1.2結構形式

經過相關計算論證及綜合比選，最終采用重力式鋼筋石籠堤防結構形式[6](見圖2)，石籠結構尺寸從下到上分別為3.0 m×1.5 m×1.5 m(長×寬×高)、3.0 m×1.0 m×1.0 m(長×寬×高)、3.0 m×0.6 m×0.5 m(長×寬×高)。石籠內填充卵漂石，鋼筋石籠錯縫堆放，背水側設置無紡布反濾層[7-8]。

圖2 重力式堤防橫斷面示意

4.2 鋼筋石籠護腳應用實例

鋼筋石籠護腳多用在岸邊抗沖能力較弱、河床堆積層厚、河床比降大、流速較快的河流當中。在林芝市實際應用中鋼筋石籠單層網箱高度一般為0.5～1 m，堆疊高度一般小于3 m，水流頂沖段網箱鋼筋加密處理。

4.2.1工程背景

本次以林芝市八一鎮某堤防除險加固工程為例：項目區域所在河流為尼洋河，位于雅魯藏布江中下游左岸，是雅魯藏布江流域的五大支流之一。尼洋河流域面積為1.78萬km2，干流全長為286 km，總落差為2 080 m，平均坡降為7‰。多年平均水資源量為174億m3，河口多年平均流量為550 m3/s，水量居雅魯藏布江流域五大支流第2位。

自2004年以來，已建成的堤防位于頂沖河段的護腳鉛絲籠裝塊石被沖毀，混凝土腳槽不斷受洪水淘刷，堤腳最大淘刷深度達3 m以上，位于頂沖河段堤腳受淘刷后發生明顯的斷裂和損毀，堤身漿砌石護坡垮塌，堤防破壞[9]。

4.2.2結構形式

經過相關計算論證和綜合比選，最終采用樁連梁鋼筋石籠護腳加固方案[10]，即保留原混凝土護腳，清理被沖毀的鉛絲石籠，在距原堤腳約3.5 m處設置1 m×2.5 m(寬×高)防沖梁。在防沖梁和原堤腳之間設置兩層0.6 m厚鋼筋石籠，并在防沖梁臨河側設置5 m長鋼筋石籠，鋼筋石籠層與原護腳頂高程相同。防沖梁每間隔6 m設置混凝土方樁進行固定，在迎水易沖段加密至3 m。方樁采用0.5 m×0.5 m規格，深度采用7 m，具體布置形式見圖3。

圖3 樁連梁鋼筋石籠護腳橫斷面示意

4.3 鋼筋石籠丁壩應用實例

鋼筋石籠丁壩多用于主流擺動較大、天然河床寬、河槽高差較大、河床比降大、岸邊抗沖能力弱的河流當中。在林芝市實際應用中鋼筋石籠丁壩單層網箱高度一般為0.5～1 m，堆疊高度一般小于4 m[11]，基礎埋深根據沖刷深度計算結果選取。

4.3.1工程背景

本次以林芝市朗縣拉多鄉某堤防工程為例：工程治理河段為雅魯藏布江右岸支流譜曲河，工程河段末端控制集雨面積為498.6 km2，河道長度為30.0 km，河道平均比降為33.0‰，該段河床組成為卵石、漂石及少量粗砂，河道寬淺散亂，心灘發育，河道主流頻繁擺動，沒有相對穩定的主河槽。穩定河勢，使主流歸槽迫在眉睫。

4.3.2結構形式

根據相關計算論證及同類工程經驗，最終采用淹沒式丁壩的設計方案，即在堤防迎沖段，設置丁壩，壩體采用鋼筋石籠網結構，壩軸線于水流方向夾角采用60°，壩長為25 m，壩底寬為5 m，壩頂寬為3 m，層高為0.6 m，同段相鄰丁壩間距100 m[12]。丁壩斷面形式見圖4。

圖4 鋼筋石籠丁壩橫斷面示意

5 鋼筋石籠應用注意事項

5.1 水質類型

設計時需要注意對工程區環境水質類型化驗分析。鋼筋石籠作用場地毗鄰河岸，有干濕交替作用的濕潤地區，多屬于三類環境條件，應根據環境水腐蝕程度，按照需求采取表面涂層、浸塑、陰極保護等措施。根據林芝市山區型河流工程施工經驗，河流水質類型主要為HCO3--Ca2+型，屬溶出型無腐蝕或弱腐蝕淡水，加之高海拔含氧量較沿海地區低7%左右，鋼筋石籠銹蝕速度一般較慢，部分地區鋼筋石籠工程運用10 a以上，未有明顯銹蝕失效現象。

5.2 焊接方式

鋼筋骨架焊接時要注意焊接方式和搭接長度滿足相關要求。根據施工現場情況，鋼筋骨架焊接方式多采用搭接焊雙面焊接或者單面焊接，但是搭接長度應注意區別。雙面焊接搭接長度不應小于5d，單面焊接搭接長度不應小于10d，在實際應用施工中，常常忽略搭接長度要求，而造成鋼筋骨架焊接強度不足，應引起注意。

5.3 施工次序

鋼筋石籠要注意沉放次序和錯縫擺放。根據地區經驗，多采用起吊設備沉放石籠，使用輔助吊具(吊運鋼筋及吊環)將扎好的石籠吊裝安置。石籠以伸縮縫間距為單元由上游側向下游側逐個靠接，垂直水流方向由江中向岸邊逐個貼靠。局部腳槽底在枯水期水面下，可安排在最枯水的期間吊運石籠，施工時地面水深不超過0.5 m,槽底水深不超過1 m，起吊設備可布置在岸坡。土工布位于開挖溝槽低于枯水期水位的部位，鋪設時可結合鋼筋石籠沉放進行，利用鋼筋石籠壓入水底。局部水深較深的部位采用浮船結合鋼樁在水中定位土工布的一端，然后向岸坡鋪設。

6 結語

鋼筋骨架卵漂石鉛絲石籠由于其諸多優良特性在林芝市山區型河流堤防工程中應用廣泛并取得良好的效果。在高海拔地區堤防工程設計方案中宜綜合考慮，充分發揮材料的優點，避開缺點，優先使用或結合其他工程措施綜合使用。本文主要從鋼筋石籠的發展過程、特點分析、典型實例和注意事項四個層次進行探討，為高海拔地區山區型河流堤防工程設計思路提供參考，為高原地區鄉村振興發揮積極作用。