加筋格賓擋墻在農田水利工程中的設計應用

鐘敏青

三門峽市水利勘測設計有限責任公司中山分公司 528400

摘要：近年來，加筋格賓擋墻在水利、公路、市政等工程領域應用漸廣，其柔性、透水、整體性好的優點得到發揮，但作為新型擋墻形式，其設計方法并沒有統一規范，所以本文結合實際應用對其進行了探討。

關鍵詞：加筋格賓擋墻；農田水利工程；設計；應用

加筋格賓擋墻是一種新式水工擋土墻，由填石的格賓網箱籠堆砌而成，具有柔性和透水性，耐沖刷，整體性好，目前已用于河道護坡、土體支擋、橋臺修筑、防洪搶險等場合，與傳統砌石擋墻相比，適應地基變形能力強，而且它的多孔隙結構適合生物棲息和植物種植，所以生態效果好[1，2]，在農田水利工程中應用可發揮施工簡單、耐久性好、維修方便的特點，易于滿足農業生產需要，因此本文對加筋格賓擋墻在農田水利工程中的設計應用進行了探討。

1 防洪設計標準

根據《廣東省中小河流治理工程格賓石籠應用技術要求（試行）》5.1.1要求，格賓石籠防護工程的防洪標準應滿足《防洪標準》（GB 50201-2014）和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000）的要求。據GB 50201-2014表4.3.1鄉村防護區的防護等級和防洪標準，防護等級為Ⅳ時防洪標準為重現期20～10年，再據表11.6.2引水樞紐、泵站等主要建筑物的防洪標準中5級的防洪設計標準重現期為10年，SL 252-2000的規定基本相同，這意味著農田水利工程的防洪標準最低不應少于重現期10年。只有臨時水工建筑的防洪標準才能少于重現期10年，如SL 252-2000表3.5.1規定5級臨時水工建筑的防洪標準土石結構為10～5年。如果格賓石籠用于堤防，則應按《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）規定，最低5級防洪標準為重現期20～10年。

2 加筋格賓擋墻選型

應根據技術經濟性能進行選型。例如某農田水利工程初定加筋土擋墻、重力式漿砌石擋墻、鋼筋石籠擋墻和加筋格賓擋墻4種擋墻形式。從技術上看，加筋格賓擋墻比另外3種的優勢是墻后壓力小、整體安全性好、耐久性好、便于施工，不足之處是格賓網外購，供貨保證性稍差；經濟上比較，以10m墻高為比較基準，重力式漿砌石擋墻每延米造價為1.35萬元，加筋格賓擋墻每延米造價為1.26萬元；鋼筋石籠擋墻180元/m3，而加筋格賓擋墻為130元/m3。當然加筋土擋墻造價更低，但其整體安全性不能保證；從生態保護上看，環境友好、透水透氣、柔韌性好、適應河床變形能力強、取材方便、無污染；因此，綜合上述性能，加筋格賓擋墻以明顯優勢勝出。

3 加筋格賓擋墻穩定性分析

圖1 格賓擋墻構件與面墻斷面結構示意圖

3.1 加筋格賓擋墻結構概況

格賓擋墻構件與面墻斷面結構如圖1所示。由圖1（a）和（b）可見，格賓構件由機編六邊形雙絞合鋼絲網制成的箱形結構，其中鋼絲經厚鍍高爾凡（5%鋁鋅合金+稀土元素）覆塑（PVC）處理，所以在水下的防腐性能極佳，耐久性非常出色。格賓構件由間隔1m的隔板分成數個單元（圖1（a）為2個單元，實際上可根據需要選擇單元數，例如4個單元）。面板邊框選用更粗的鋼絲（見圖1（a）中粉紅色線所示），運輸到施工現場以后填充100～300mm石料（空隙率不少于30%），堆砌成圖1（c）的樣式，就成為透水、柔性、整體性的結構。一般情況下，寬度=1m，高度=0.5m或1m，長度=2～6m。

3.2 六邊形雙絞合鋼絲網長期允許抗拉強度的計算

六邊形雙絞合鋼絲網的長期允許抗拉強度按計算，其中為六邊形雙絞合鋼絲網極限抗拉強度，、、分別為受到制造差異、施工損傷和環境影響而產生的折減系數，一般=51kN/m，=1.2，=1.05（砂土與粉砂黏土）或1.25（礫石土），=1.10（土壤pH=4～9）。

3.3 六邊形雙絞合鋼絲網-土作用系數的確定

六邊形雙絞合鋼絲網-土之間的相互作用系數應通過抗拔試驗確定，但國內目前尚無這樣的試驗標準，所以可參照土工格柵的抗拔試驗方法進行確定。根據不同土質，可采用下面的數據：內摩擦角≥34°的礫石類土，=0.90；內摩擦角≥30°的級配良好的砂土，=0.65；內摩擦角≥28°的黏土、細砂，=0.40。

3.4 加筋格賓擋墻穩定性分析

加筋格賓擋墻結構穩定性分析一般分為內部穩定性分析和整體穩定性分析兩部分。內部穩定性分析可采用極限平衡理論，分析擋墻結構內筋材拉斷破壞和筋材抗拔出破壞。整體穩定性分析可采用畢肖普法。然后利用加筋土設計軟件Macstars進行計算分析。下面以某農田水利河道岸坡整治工程為例說明。

河道水深0.5～1.5m，寬約20m，岸坡高2.0～4.0m，岸坡坡度20～30°。岸坡下部為礫石砂土，上部為第四系上更新統重壤土。由于河水沖刷，邊坡不穩，易發生垮塌，整治思路是削坡護砌處理，河道采用梯形復式斷面形式，兩級護坡坡度均為1：1，下部采用漿砌石擋墻結構，上部采用加筋格賓擋墻結構。根據地質勘查報告確定地基承載力為150kPa。經Macstars軟件計算分析，加筋格賓擋墻結構內部穩定性在施工期水位、正常蓄水位、洪水位三種工況下的安全系數分別為1.406、1.436、1.412，加筋格賓擋墻結構整體穩定性在三種工況下的安全系數分別為1.506、1.538、1.511，岸坡整體穩定性在三種工況下的安全系數分別為1.821、3.814、2.296。根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）表3.2.3防護4級在正常運用條件、非常運用條件Ⅰ、非常運用條件Ⅱ情況下，邊坡抗滑穩定安全系數允許值分別為1.25、1.15和1.10，可見該工程在三種工況下的安全系數都滿足規范要求。

4 加筋格賓擋墻優化設計

4.1 優化設計的必要性

由圖1（c）可見，加筋格賓擋墻結構承受土壓力的主體就是格賓網箱，所以箱體尺寸影響擋墻結構的穩定性和工程投資[3]。不難理解，擋墻厚度越大，結構穩定性和安全性越好，而且擋墻變形程度也越小，但這樣一來格賓網用量增加，工程投資也必然增加，所以優化箱體尺寸不僅非常必要，而且重要。

4.2 優化設計方法

利用價值工程選擇性價比最優的方案。根據價值工程，當采用最低的壽命周期成本能夠實現必要的功能，則其價值最高。以表示能夠滿足需求的功能，表示實現功能所需成本，那么就稱之為價值。例如擬定=1m和0.5m， =0.5m、1.0m、1.5m和2.0m，可得到8種尺寸組合。假定六邊形雙絞合鍍鋅覆塑格賓網單價為10元/m2，可根據8種方案的用網面積算出它們的造價，如方案1的=1m×0.5m的用網面積為7.5 m2，網價即75元。再采用加筋土設計軟件計算抗滑安全系數，如方案1的安全系數為1.300，總造價為300元。然后按安全系數和總造價算出價值系數=0.0043。該方案并非最佳，但已滿足功能需要，而更高的方案存在功能過剩問題，所以最終選擇該方案。

5 結語

加筋格賓擋墻不同于傳統擋墻，具有較好的柔性，所以能適應各種地基條件，而且具透水性，又能適應水下施工，這些特點決定了它用于農田水利工程效果非常好，因此加筋格賓擋墻應用前景廣闊，值得在農田水利工程中推廣應用。

參考文獻：

[1] 程燕. 淺談水工擋土墻在工程設計中的應用[J]. 水利科技與經濟，2012，18（2）：33-34.

[2] 張慧霞，王建平. 加筋格賓擋墻在黃金坪砂石系統防護工程設計中的應用[J]. 水電站設計，2011，27（3）：41-45.

[3] 朱宏偉，項琴. 格賓擋墻的變形控制對策及尺寸優化設計[J]. 水文地質工程地質，2015，42（4）：85-89.