重力式砼擋墻+格賓石籠在喀普斯浪河防洪堤工程中的應用

徐 恒

（新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣水利局水管總站，新疆 拜城 842300）

1 工程概況

拜城縣喀普斯浪河鐵熱克鎮(zhèn)及紅旗北干渠渠首上下游防洪堤工程位于拜城縣鐵熱克橋至喀普斯浪河老虎口之間。拜城縣喀普斯浪河鐵熱克橋至喀普斯浪河老虎口段均處于不設(shè)防狀態(tài)，不能自保，根據(jù)各河段的防護對象，在各河段易發(fā)生洪水災害以及沖刷嚴重的河段布置護岸工程。通過整治河道長2.32 km，建設(shè)永久性防洪堤總長4.225 km，其分為堤防工程和護岸工程兩部分，其中左岸為堤防工程，長2.197 km，右岸為護岸工程，長2.028 km，使防洪區(qū)防洪標準提高為30 年一遇，使鐵熱克鎮(zhèn)1.3 萬人口及0.6 萬畝耕地得到保護。根據(jù)《防洪標準》（GB 50201-94）、《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000），工程防洪標準為30 年一遇，設(shè)計洪峰流量為1012.28 m3/s，工程等別為Ⅲ等，規(guī)模均為中型，主要建筑物級別為3 級，次要建筑物級別為4 級。

2 方案比選

基于工程實際情況，提出兩種喀普斯浪河鐵熱克鎮(zhèn)及紅旗北干渠渠首上下游防洪堤工程鐵熱克橋至橋后300 m 處堤防加固方案：

方案一是漿砌石護坡加固。為有效解決本防洪堤工程鐵熱克橋至橋后300 m 處上段堤防水位驟降過程中的排水問題應在迎水面護坡方向?qū)? m、水平方向長5 m～6 m 處錯縫布置，坡腳處由于死水位以下排水清基存在較大困難，可以考慮利用原壩拆除后的廢石堆砌增加平臺穩(wěn)定性。本方案漿砌石工程量為 254.5 m3，單位投資 280 元 /m3，總投資 7.126 萬元。

方案二是重力式砼擋墻+格賓石籠加固。由于喀普斯浪河左岸堤防工程上游河段推移質(zhì)含量較高，粒徑大，上段漿砌石護坡很難在洪水期承受大粒徑推移質(zhì)撞擊，極易造成護坡破壞。若采用重力式砼擋墻+格賓石籠，按枯水期1.5 m 左右水位確定墻頂高程，則會攔截洪水期大部分推移質(zhì)[1]，確保漿砌石護坡的穩(wěn)定。喀普斯浪河左岸堤防工程，鐵熱克橋至橋后300 m 采用重力式砼擋墻+格賓石籠型式防護，擋墻高4.1 m～5.1 m，墻頂為堤頂，迎水面直立，擋墻前趾格賓石籠固腳厚3 m（三層1.0 m 厚格賓石籠），石籠基礎(chǔ)水平向長1.5 m，底部設(shè)20 cm 砂墊層及無紡布一層。擋墻斷面見圖1。

圖1 重力式砼擋墻+ 格賓石籠斷面圖

重力式砼擋墻投資約為140 元/m×工程量300 m=4.2 萬元，格賓石籠加固工程量為5.0×1.0×3 m3，單位投資2400 元/m3，總投資3.6 萬元。方案二總投資7.8 萬元。兩者造價相差不大，方案二防護作用更強，故本加固工程采用方案二。

3 重力式砼擋墻+格賓石籠施工重點

3.1 基礎(chǔ)測量放線

3.1.1 基礎(chǔ)性導線網(wǎng)的布設(shè)

施工測量放線依據(jù)設(shè)計圖進行，在場地中布設(shè)三個樁位，復測無誤后安放龍門樁并形成測量控制網(wǎng)。對于基礎(chǔ)施工場地，中央和四周標高必須保持一致，以保證全站儀對中央和四周進行準確的投射。撒灰線分段施工的過程中，加強對開挖斷面位置、高程、軸線、截面等尺寸的控制，格賓石籠施工作業(yè)面及護坡界線依據(jù)設(shè)計圖與施工規(guī)范確定，為保證施工測量的精確性，還應進行局部加密控制與細部放樣。

3.1.2 控制樁及投射軸線的布設(shè)

針對本工程測量放線施工在完整基巖布設(shè)控制點和控制樁，并在四周布設(shè)醒目的維護設(shè)施。采用鋼卷尺和經(jīng)緯儀進行投測，并結(jié)合設(shè)計截面標準開始測量放線。

3.2 材料參數(shù)的選取

重力式砼擋墻+格賓石籠是由格賓石籠疊砌而成的擋墻結(jié)構(gòu)型式。由專用機械將抗腐蝕、高強度、耐磨性能優(yōu)越的鋼絲材料編織成絞合形狀的六邊形網(wǎng)片，再通過粗于網(wǎng)片的鋼絲加固網(wǎng)片四周，用扎絲連接而成格賓籠后，將事先裝配好的格賓籠置于合適的位置形成結(jié)構(gòu)，后填充石料和預制素混凝土塊，待下層格賓籠安裝完畢，將上層格賓籠與其連接，確保各個單元形成連續(xù)整體，形成格賓石籠重力式砼擋墻[2]。材料要求：

（1）考慮到喀普斯浪河防洪堤工程所面臨的防洪壓力，格賓石籠選用國產(chǎn)熱鍍10%鋁鋅土合金鋼絲包裹高密度PVC 為原材料，網(wǎng)孔均勻布設(shè)，嚴禁扭曲和變形，網(wǎng)孔尺寸偏差在1/200 范圍內(nèi)，確保網(wǎng)片、鋼絲抗拉強度、抗剪強度、耐腐蝕指標等符合標準，本工程格賓籠鋼絲抗拉強度為400 MPa～550 MPa，格賓籠編織前鋼絲延展率≥10%。

（2）格賓籠采用2 m×1 m×1 m 尺寸，網(wǎng)孔按130 mm×150 mm 和 100 mm×120 mm 設(shè)計，D 值公差∈[-4%，+16%]，按3×360°絞制。

（3）按100 mm×120 mm設(shè)計的網(wǎng)孔所用鋼絲直徑2.5 mm，外包PVC 后直徑增大為3.5 mm；邊絲直徑3.5 mm，外包PVC 后直徑增加為4.5 mm。按130 mm×150 mm 設(shè)計的網(wǎng)孔所用鋼絲直徑2.8 mm，外包PVC 后直徑增大為3.8 mm；邊絲直徑3.3 mm，外包PVC 后直徑增加為4.3 mm。格賓籠結(jié)構(gòu)見圖2（a）和圖2（b）。

圖2 格賓石籠參數(shù)示意圖

3.3 格賓坡面清基平整與石籠基礎(chǔ)施工

在格賓坡面施工之前，依據(jù)施工組織設(shè)計編寫施工指導書，完成安全技術(shù)交底及自檢報驗，以保證施工質(zhì)量處于控制范圍。若施工作業(yè)區(qū)內(nèi)開挖斷面不符合地質(zhì)勘查報告，則應立即會同勘察、設(shè)計、監(jiān)理、建設(shè)等單位進場，基于工程實際及時做出設(shè)計變更，保證格賓坡面平整達到驗收標準。

清基結(jié)束便進行護坡土方開挖和修整，首先根據(jù)設(shè)計進行坡度放線，并攤鋪平整至設(shè)計高程，施工前選擇土樣并報監(jiān)理方同意后，開始大規(guī)模采購土樣進場，回填過程中所使用的原狀土指標參數(shù)必須符合設(shè)計規(guī)范。當削坡土回填坡度＞1/3 時，應采用臺階型式分層回填，為保證回填密實度及整坡效果，禁止順坡攤鋪。大面積土方整坡回填和夯實必須分層進行，單層攤鋪厚度≤30 cm，對于攤鋪機械難以達到的局部區(qū)域，運用小型運輸車輛運土并配合小型蛙式打夯機進行人工整坡，單層厚度保持在10 cm 以內(nèi)。待材料檢驗及重力擊實試驗均合格后回填，壓實機具規(guī)格型號根據(jù)回填土最佳含水量、干容重等參數(shù)確定，壓實機械行進方向、壓實遍數(shù)等依據(jù)現(xiàn)場作業(yè)面確定。

喀普斯浪河防洪堤工程格賓石籠基礎(chǔ)開挖處淤泥多，砂層塌陷風險大，一旦塌陷將導致基礎(chǔ)變形、位移和石籠變形。為此，在綁扎好的格賓石籠內(nèi)側(cè)增設(shè)1 cm 厚的同格賓網(wǎng)形狀的鋼板基礎(chǔ)撐箱，先采用人工方式進行格賓石籠固定，再根據(jù)基礎(chǔ)邊線吊起鋼板基礎(chǔ)撐箱放置于合適位置，待人工砌筑格賓石籠基礎(chǔ)達設(shè)計高程，解開綁扎并通過挖掘機抽出鋼板基礎(chǔ)撐箱。

3.4 格賓石籠網(wǎng)箱

格賓石籠網(wǎng)箱層交錯布設(shè)，交錯長度是箱體長度的1/4，見圖1，即25 cm，上下連接避免通縫，網(wǎng)箱內(nèi)按2∶1 的比例混合裝入素混凝土塊和石塊，并平整、碾壓碎石墊層面至設(shè)計密實度。填充料分二次填至設(shè)計高度，當填料達箱體1/2 時，采用小型顆粒級配砂填充，經(jīng)鋼釬振搗后再密實填料孔隙，填充所用石料上部應高出格賓籠網(wǎng)墊4 cm，石籠箱體內(nèi)填充密度應≥1700 kg/m3。

土工布保護層施工過程中，嚴禁施工機械在土工織物上通行，土工布鋪設(shè)結(jié)束驗收合格后用鏟車和挖掘機配合人工鋪設(shè)砂墊層，整平，確保砂石墊層顆粒均勻，墊層厚度為0.2 cm。網(wǎng)片網(wǎng)體間按“橫向→邊豎向→底部”順序經(jīng)鋼絲雙股綁扎加固，形成格賓石籠，交角范圍必須全數(shù)綁扎，相鄰網(wǎng)箱結(jié)合面至少綁扎2 個點/m2，裸露網(wǎng)片在設(shè)計范圍內(nèi)設(shè)置拉結(jié)筋拉筋固定[3]。

按照《堤防工程施工規(guī)范》（SL 260-2014）及《格賓網(wǎng)施工技術(shù)規(guī)程》，在格賓網(wǎng)上層混凝土石料砌筑平整的基礎(chǔ)上才能進行格賓網(wǎng)箱封蓋施工，封蓋結(jié)束后按設(shè)計圖綁扎格賓籠拐點等相鄰部位，進行平面尺寸、高程、平整度、密實度等的驗收。

3.5 墻后排水措施

喀普斯浪河防洪堤工程格賓石籠重力式砼擋墻在雨水下滲且排水不良的情況下，地表水必將滲入擋墻后填土，降低填土抗剪強度，增大土壓力，影響擋墻的穩(wěn)定性，為此，擋墻后排水是喀普斯浪河防洪堤工程重力式砼擋墻+格賓石籠施工的重點與技術(shù)難點。結(jié)合工程實際，在格賓石籠重力式砼擋墻墻身設(shè)置一排泄水孔，墻后設(shè)濾水層和排水暗溝，墻后土坡設(shè)置截水溝，見圖3。

圖3 墻后排水措施

考慮到工程區(qū)降雨情況及工程實際，墻身泄水孔的尺寸確定為直徑5 cm～8 cm 的圓孔，孔距50 cm，孔眼呈梅花形交錯設(shè)置，最下排泄水孔出水口與地面距離30 cm，為防止孔道淤塞，在泄水孔進水口處設(shè)置粗粒料反濾層，向外傾斜坡度設(shè)置在5°～15°左右。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 加固前的參數(shù)

喀普斯浪河防洪堤工程鐵熱克橋至橋后300 m 處堤防加固施工前堤身土、淤泥和粉質(zhì)粘土粘聚力、內(nèi)摩擦角、土層滲透系數(shù)等參數(shù)取值見表1。

表1 堤防加固前的參數(shù)取值

由表1 中數(shù)據(jù)可知，堤防工程加固前，堤身土、淤泥、粉質(zhì)粘土粘聚力小、內(nèi)摩擦角小、土層滲透系數(shù)大、重度小，不滿足《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）所規(guī)定的防洪堤壩工程加固參數(shù)等級，加固施工十分必要。

4.2 加固后的參數(shù)

喀普斯浪河防洪堤工程鐵熱克橋至橋后300 m 處堤防加固按4 級設(shè)計，根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013），采用三軸壓縮試驗確定堤防迎水面堤坡加固后的參數(shù)?！兜谭拦こ淘O(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）所要求的安全系數(shù)應≥1.15，按照正常運行情況下最高洪水位并考慮水位驟降情況，確定一個固定壓力值50 kPa，并逐漸增加其軸向壓力，直至試樣出現(xiàn)破壞。根據(jù)以上三軸向加壓的剪力試驗，并堤防加固后堤防巖土體力學參數(shù)見表2。

表2 加固后堤防巖土體力學參數(shù)

進行上表堤防加固后巖土力學參數(shù)取值與加固前的比較可知，加固后堤防邊坡土體巖土力學性能指標均有提高。

4.3 加固后的穩(wěn)定性分析

運用極限平衡法進行其邊坡穩(wěn)定性的評價，堤防加固后穩(wěn)定安全系數(shù)K 是沿著假定滑裂面的抗滑力與下滑力之比，也是綜合反映堤防加固后是否穩(wěn)定的重要指標。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013），堤防穩(wěn)定性安全系數(shù)應根據(jù)邊坡等級、型式及地基強度指標等詳細計算，具體如下式：

式中：αi為第i 滑裂面單元法線與豎直線夾角，°；li為第i 滑裂面的弧長，kPa；Wi為第 i 滑裂面土條的重力，kN/m；ci為第 i 滑裂面單元的粘聚力，kPa；φi為第i 滑裂面單元的內(nèi)摩擦角，°；N 為滑裂面單元數(shù)量，個。土條的重力Wi=γbihi中bi為土條寬，hi為土條中心高，m。

堤防滑裂面穩(wěn)定性分析單元標號為1～7，各標號計算結(jié)果見表3。

表3 喀普斯浪河防洪堤工程邊坡加固后穩(wěn)定性計算結(jié)果

查《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(SL 386—2016)，本工程防洪堤加固后安全系數(shù)滿足穩(wěn)定性要求。

5 結(jié)論

綜上所述，重力式砼擋墻+格賓石籠運用于防洪堤工程能充分發(fā)揮重力式擋墻型式簡便、就地取材、施工方便以及格賓石籠滲透性強、降低墻體壓力、確保工程質(zhì)量、成本低等優(yōu)勢，在喀普斯浪河防洪堤工程施工過程中起到了較好的堤防加固作用。本工程施工實踐對于同類型堤防加固工程選擇采用重力式砼擋墻+格賓石籠加固型式具有指導借鑒意義。