石籠灌注混凝土結構技術研究

忽惠卿

（北京市水利規劃設計研究，北京 100048）

石籠灌注混凝土結構技術研究

忽惠卿

（北京市水利規劃設計研究，北京 100048）

在南水北調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構變為永久結構”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據，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，結構用途從河底護砌推廣至擋墻、壩體等，是現有護砌結構的有效補充。

石籠；混凝土灌注；結構；研究

1 研究背景

南水北調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”中出現險情，搶險中為防止險情擴大，帶水作業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構變為永久結構”的方案得到了專家認可。鉛絲石籠灌注后形成的結構不管是抗沖性能還是耐久性能都優于漿砌石，能和后續的加固工程（鋼筋混凝土消力池結構）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，經歷了2016年的“7.20”大雨，大雨過后護砌情況完好（如圖6）。根據水文資料，本次降雨過程約為20年一遇洪水流量，根據水位推算，流速達到3.3m/s。鉛絲石籠灌注結構整體性、耐久性、抗沖效果均優于鉛絲石籠和漿砌石［5］。

圖6 2016年“7.20”大雨后情況

3 石籠灌注結構及推廣

對鉛絲石籠灌注混凝土結構推而廣之至石籠灌注膠凝材料結構，結構組成為：石籠網框架、鋪設于石籠底部的透水織物（視需要）、石籠內填充的卵石或塊石、向石籠內灌注的膠凝材料，如圖7所示。

圖7 石籠灌注膠凝材料結構組成

第一步：利用成品網片（常用的一般為鍍鋅網片或格柵網片）架起籠體，內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，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構可進行以下擴展：

（1）石籠材質可為鍍鋅鉛絲、格柵、竹片或其它材質［7］，石籠形狀可為立方體、長方體或其它形狀。石籠常規尺寸：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、砂漿等水泥類產品。

圖8 石籠灌注膠凝材料結構應用示意圖

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

4 石籠灌注結構的優點和積極效果

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

現有的石籠結構籠體材料有格柵、鉛絲、鋼筋、浸塑鋼絲等，填充物有塊石、卵石、袋裝土等。這些石籠結構耐久性和整體性略差，均為臨時結構，一旦籠體破壞，籠內填充物就會散開，失去防護作用。

石籠灌注結構成為現有結構材料的有效補充，它的優點和積極效果：

（1）石籠灌注膠凝材料結構，對于工期比較緊張或汛期搶險工程，石籠結構可水下施工，且施工速度快，石籠結構可率先發揮防護作用，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，由臨時結構變為永久結構。

（2）石籠灌注膠凝材料結構相比較素混凝土結構而言，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；石籠的網片及石籠之間的連接，都加強了結構的整體性，提高了抗裂性能，提高了結構的抗沖能力［10］。

（3）石籠灌注膠凝材料結構相比較傳統石籠結構、漿砌石、干砌石、水工砌塊結構而言，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，都加強結構的整體性能。

（4）石籠灌注膠凝材料結構，籠內的填充材料可選擇塊石或就近取材如河道內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，更加環保。

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

每種護砌結構都有優缺點，應根據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構，對地基的要求較高，可參照漿砌石結構對地基承載力的要求。

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

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

［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］.水利技術監督，2011，19（04）：69-71.

［6］張寶森，汪自力，王德智，等.大網籠機械化搶險技術現場試驗［J］.水利水電科技進展，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用［J］.人民黃河，2003，25（03）：42-43.

［8］呂德浩，劉樹文，周樹奎.石籠壩在山區水利工程中的應用［J］.黑龍江水利科技，2007，35（05）：186-188.

［9］閻廣聚.洋河中游段防沖護砌工程優化設計［J］.河北水利，2014（03）： 21-21.

［10］李煒.水力計算手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

TV331

B

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。