石籠灌注混凝土結(jié)構技術研究

忽惠卿

（北京市水利規(guī)劃設計研究，北京 100048）

石籠灌注混凝土結(jié)構技術研究

忽惠卿

（北京市水利規(guī)劃設計研究，北京 100048）

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

石籠；混凝土灌注；結(jié)構；研究

1 研究背景

南水北調(diào)中線京石段應急供水工程（北京段）大石河護砌在2012年“7.21大雨”中出現(xiàn)險情，搶險中為防止險情擴大，帶水作業(yè)在大石河河底鋪設了長約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砌進行加固，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的2.2萬 m3鉛絲石籠的問題。反復討論、研究，是拆除廢棄還是加以利用，以及如何利用。我院提出的“對鉛絲石籠進行混凝土灌注由臨時結(jié)構變?yōu)橛谰媒Y(jié)構”的方案得到了專家認可。鉛絲石籠灌注后形成的結(jié)構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）形成一體，滿足了工程需要。大石河護砌加固方案，如圖3所示。

圖1 搶險工程中正在水下鋪設鉛絲石籠

圖2 搶險工程鉛絲石籠鋪設完畢

圖3 大石河護砌加固方案簡圖

2 灌注實驗及護砌加固工程施工

在實施過程中，分別用細石混凝土、自密實混凝土、M7.5砂漿對鉛絲石籠進行灌注實驗，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。實驗對今后的工程實施具有指導性意義。

在實驗中C20自密實混凝土坍落度選取250～260mm［2］， M7.5 砂漿坍落度選取 250 ～260mm，C20細石混凝土坍落度選取160～220mm［3］。灌注前先用水對石籠進行沖洗，達到更好的灌注效果。

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

在實際實施過程中先灌注C20自密實混凝土，當自密實混凝土灌注至鉛絲石籠表面以下150mm時灌注C20細石混凝土，鉛絲石籠頂部的細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到 35% ～45%［4］，為防止裂縫的產(chǎn)生進行分縫，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行灌注

圖5 灌注后的鉛絲石籠

護砌加固工程于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，流速達到3.3m/s。鉛絲石籠灌注結(jié)構整體性、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)構及推廣

對鉛絲石籠灌注混凝土結(jié)構推而廣之至石籠灌注膠凝材料結(jié)構，結(jié)構組成為：石籠網(wǎng)框架、鋪設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，灌注膠凝材料時應分縫，推薦采用5m×5m分縫。

在實際工程應用中石籠結(jié)構可進行以下擴展：

（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度要求的塊體材料。

（4）灌注材料可為細石混凝土、自密實混凝土、砂漿等水泥類產(chǎn)品。

圖8 石籠灌注膠凝材料結(jié)構應用示意圖

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

4 石籠灌注結(jié)構的優(yōu)點和積極效果

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

表1 各種護砌型式對比表

現(xiàn)有的石籠結(jié)構籠體材料有格柵、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)構耐久性和整體性略差，均為臨時結(jié)構，一旦籠體破壞，籠內(nèi)填充物就會散開，失去防護作用。

石籠灌注結(jié)構成為現(xiàn)有結(jié)構材料的有效補充，它的優(yōu)點和積極效果：

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

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

（3）石籠灌注膠凝材料結(jié)構相比較傳統(tǒng)石籠結(jié)構、漿砌石、干砌石、水工砌塊結(jié)構而言，降低了人工用量，可機械化施工，加快了施工速度，并提高了結(jié)構的整體性、強度、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，都加強結(jié)構的整體性能。

（4）石籠灌注膠凝材料結(jié)構，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度要求的建筑塊材，減少了水泥用量，更加環(huán)保。

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

每種護砌結(jié)構都有優(yōu)缺點，應根據(jù)工程實際情況進行選擇。例如在地基承載力要求方面，石籠本身為一種柔性護砌結(jié)構，對地基承載力要求較低，灌注膠凝材料后成為硬性護砌結(jié)構，對地基的要求較高，可參照漿砌石結(jié)構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)劃與設計，2013（04）：40-43.

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［3］張英，張輝，劉太乾.灌漿料與細石自密實混凝土配合施工技術應用［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)構力學性能研究［J］.中州煤炭，2015（03）：95-98.

［5］吳繼明.漿砌石護坡技術在水利工程施工中的應用［J］.水利技術監(jiān)督，2011，19（04）：69-71.

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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。