鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）在中小河流治理工程中的應(yīng)用

陳興生

（浮梁縣水務(wù)局 江西 浮梁 333400）

1 工程概況

浮梁縣域內(nèi)的南河屬饒河二級(jí)支流，昌江一級(jí)支流。發(fā)源于浮梁縣與婺源縣交界五花尖南麓，流經(jīng)婺源縣賦春鎮(zhèn)長溪過車田進(jìn)入浮梁，由東向西流過玉田水庫，至陳家坂，會(huì)鯉魚橋水和塘坑水，在湘湖街下游會(huì)柳家灣水后經(jīng)黃泥頭至小港嘴匯入昌江。流域面積520km2，主河道長度72.5km，彎曲系數(shù)1.67，平均比降2.69%，總落差約550m。

流域內(nèi)的南河湘湖街段治理建設(shè)工程地處南河干流中下游，起自湘湖鎮(zhèn)蘭田村的蘭田大橋上100m、止于湘湖鎮(zhèn)盈田村的盈田大橋下200m，河道長約7.82km。存在的主要問題:一是河床淤高、主槽萎縮，河道行洪能力嚴(yán)重下降，洪水不能安全下泄。二是河岸坍塌嚴(yán)重,河槽擺動(dòng)頻繁。三是河道無防洪工程，河道防洪標(biāo)準(zhǔn)低。汛期洪水嚴(yán)重威脅項(xiàng)目區(qū)當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?cái)產(chǎn)安全，成為制約南河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。加之沿岸有學(xué)校、企業(yè)、村莊、耕地等，位置相當(dāng)重要。工程中心區(qū)段距景德鎮(zhèn)市區(qū)約11km，工程防護(hù)面積3.59km2，項(xiàng)目實(shí)施后保護(hù)人口約2.1萬人、保護(hù)耕地約0.5萬畝。因此進(jìn)行該段河段綜合整治，建立可靠的流域防洪工程體系，確保沿河兩岸集鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村及耕地的防洪安全，恢復(fù)和改善河道的生態(tài)環(huán)境，再現(xiàn)河道的水盈、清澈、流暢、岸綠、景美”的水生態(tài)自然風(fēng)貌是十分必要的。

2 鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）河道岸坡?lián)鯄Φ奶攸c(diǎn)

鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）河道岸坡?lián)鯄κ且环N新型復(fù)合結(jié)構(gòu)物，由砼底板基礎(chǔ)、自嵌式鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）、加筋網(wǎng)、反濾設(shè)施和砌體后土（或砂、卵礫料）體及砼壓頂組成，結(jié)構(gòu)依靠預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）塊體間鎖嵌功能和自身（含砌體后加筋網(wǎng)范圍內(nèi)的反濾設(shè)施、土體）重量來防止滑動(dòng)傾覆，達(dá)到穩(wěn)定的作用，無須砂漿混凝土砌筑。具有整體連鎖、安全可靠、施工便捷、減少占地、節(jié)省投資、美觀及水生態(tài)動(dòng)植物保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)中的砼底板基礎(chǔ)一般只需滿足砌體的自重即可，寬度約800mm；砼壓頂一般厚200mm、寬400mm；鏤空砼預(yù)制構(gòu)件 （魚巢磚）的規(guī)格尺寸為400mm×310mm×200mm，外觀如圖1。

圖1

2.1 整體連鎖

鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）上下及左右交叉砌筑，采用玻纖尼龍合成的錨固棒通過自鎖孔上下左右連鎖，層與層之間通過聚纖復(fù)合土工格柵（拉筋網(wǎng)）和砌體的回填料連成整體，具體結(jié)構(gòu)詳見設(shè)計(jì)圖2。

圖2 浮梁縣南河湘湖街段砼預(yù)制構(gòu)件岸坡設(shè)計(jì)典型斷面圖

圖3 人工自嵌式魚巢、自鎖式護(hù)坡磚河道岸坡生態(tài)防護(hù)斷面設(shè)計(jì)橫斷面

2.2 安全可靠

鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）河道岸坡?lián)鯄檎w連鎖的結(jié)合體。砌塊之間無任何固結(jié)措施，采用的是錨固棒連鎖上下左右砌塊，整體為柔性結(jié)構(gòu)，砌塊可以有一定的自由調(diào)整的空間，對(duì)小的基礎(chǔ)沉陷或短暫的非常組合荷載有一定的變形能力。砌塊（魚巢磚）為高密實(shí)度砼預(yù)制品，設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度大于15MPa，抗凍性等各項(xiàng)指標(biāo)均符合相關(guān)質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)，其形成的擋墻結(jié)構(gòu)具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗沖擊能力；砌塊上下左右之間連鎖的錨固棒為高強(qiáng)度玻纖尼龍合成材料，抗拉及抗剪強(qiáng)度高，錨固性能穩(wěn)定；砌塊（魚巢磚）墻體后回填料采用的拉筋網(wǎng)為聚纖復(fù)合材料紡織而成的土工格柵，具有較高的抗蠕變和抗老化能力。因此由此構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度高且具有一定的抗變形能力。

2.3 施工便捷

鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）河道岸坡?lián)鯄ο鄬?duì)傳統(tǒng)的漿砌石或現(xiàn)澆砼擋墻而言，單位施工工期較短，受氣候等環(huán)境因素影響較少，同時(shí)施工質(zhì)量易于控制和保證。

2.4 減少占地、節(jié)省投資

鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）河道岸坡?lián)鯄ν庥^為直立型式，相對(duì)斜坡式護(hù)岸減少占地；形成的擋墻結(jié)構(gòu)體積小，其砌塊材料墻厚上下均為300mm，基礎(chǔ)處理較簡(jiǎn)單且工程量也較小，擋墻一次性砌筑成型，與傳統(tǒng)重力式漿砌石或現(xiàn)澆砼擋墻相比，單位延米造價(jià)降低15%左右。

2.5 美觀及水生態(tài)動(dòng)植物保護(hù)

鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）河道岸坡?lián)鯄Φ闹黧w材料為預(yù)制砼魚巢磚，它可以通過砌筑角度的變化形成較自然的曲面或直面，還可以有不同的色彩，外觀平整錯(cuò)落有致，表面質(zhì)感強(qiáng)，具有自然典雅的景觀效果，給人以舒心的視覺感。擋墻砌塊之間無任何固結(jié)措施，可以充分保證河岸土體與河流水體之間的水分交換和調(diào)節(jié)，加之砌塊上的鏤空區(qū)域水上部分可以植入花草或其它水生植物，植物根系可與砌塊有機(jī)纏繞，進(jìn)一步起到固化墻體的作用，水下部分有利于魚類等水生動(dòng)物安身?xiàng)⒎毖?，從而充分發(fā)揮區(qū)域水體自凈作用，改善其水生態(tài)環(huán)境，穩(wěn)定河道岸坡，最終形成自然邊坡的特點(diǎn)。如效果圖3。

表1 鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）岸坡?lián)鯄εc傳統(tǒng)重力式漿砌石及砼結(jié)構(gòu)擋墻的造價(jià)比較單位：實(shí)體擋墻高1.7m，以10m長計(jì)

3 鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）河道岸坡?lián)鯄υO(shè)計(jì)

擋墻基礎(chǔ)采用C20現(xiàn)澆混凝土，厚為200mm～500mm，寬為 800mm，砼基礎(chǔ)強(qiáng)度等級(jí)、厚度視墻體高度及座落地質(zhì)情況選定，一般要求地基承載能力達(dá)到100kPa以上。砌塊通過錨固棒連鎖成為擋墻，錨固棒采用玻纖尼龍合成材料，直徑與砌塊上自鎖孔相適應(yīng)，一般直徑不小于80mm，單根長不小于300mm，縱向沖擊強(qiáng)度為 20MPa～50MPa，橫向抗彎曲強(qiáng)度為550MPa～900MPa；擋墻通過拉筋網(wǎng)與墻后回填體連成整體，拉筋網(wǎng)采用聚纖復(fù)合材料紡織而成的土工格柵，抗拉強(qiáng)度大于100kN/m，斷裂延伸率小于3%，拉筋網(wǎng)區(qū)域內(nèi)回填料體構(gòu)成拉筋料體區(qū)，為減少墻后水壓力，沿墻背設(shè)200mm厚砂礫（碎）石級(jí)配反濾排水體或鋪設(shè)反濾土工布，以防回填料被滲水帶出墻外。壓頂一般采用C15現(xiàn)澆混凝土，厚為200mm，寬為400mm。具體設(shè)計(jì)如圖2。

鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）擋墻的設(shè)計(jì)包含內(nèi)、外部穩(wěn)定分析設(shè)計(jì)，加之墻后回填料多為礫質(zhì)土、砂類土、砂礫石或其混合料等具一定滲透性材料，因此還需進(jìn)行回填料體滲透穩(wěn)定分析計(jì)算。分析計(jì)算前需充分了解回填料、被擋土、地基承載體的力學(xué)參數(shù)及拉筋網(wǎng)的力學(xué)性能、地面的荷載情況，同時(shí)還需合理擬定擋墻前、后水位。

3.1 外部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

首先將擋墻與拉筋網(wǎng)回填料區(qū)作為整體分別進(jìn)行抗滑、抗傾覆穩(wěn)定及地基承載力分析，然后其土壓力按庫倫公式計(jì)算，并考慮墻后地下水位的作用。

3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析包括抗拉、抗拔穩(wěn)定分析。即確定拉筋網(wǎng)區(qū)域內(nèi)回填料的壓實(shí)度、計(jì)算支撐擋墻給拉筋網(wǎng)所帶來的拉力，從而確定拉筋網(wǎng)的型號(hào)、長度及數(shù)量（分層厚度），以便滿足拉筋網(wǎng)區(qū)域內(nèi)回填料體的內(nèi)部穩(wěn)定。

3.3 局部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

局部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定首先是計(jì)算拉筋網(wǎng)與砌體間的連接強(qiáng)度，分析每層拉筋網(wǎng)與砌塊部的連接是否安全。二是計(jì)算砌塊間的抗剪強(qiáng)度，分析內(nèi)部土壓力作用下，擋墻會(huì)不會(huì)由于砌塊間抗剪強(qiáng)度不夠而凸出變形破壞；三是計(jì)算擋墻最上部砌體的抗傾覆，分析最上部無拉筋網(wǎng)砌體在內(nèi)部土壓力作用下是否滿足抗傾覆要求。

3.4 擋墻后土體滲透穩(wěn)定分析

擋墻后土體滲透穩(wěn)定分析同土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范中滲透穩(wěn)定分析計(jì)算方法，即分析計(jì)算在水壓力作用下?lián)鯄髩w的滲透穩(wěn)定性。

4 鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）河道岸坡?lián)鯄εc傳統(tǒng)重力式漿砌石及砼結(jié)構(gòu)擋墻的綜合效益比較

（1）相同條件及墻體高度下，采用鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）擋墻，節(jié)省實(shí)質(zhì)性的材料施工時(shí)不受一般的環(huán)境或天氣影響，提高施工工效；擋墻一次性砌筑成型，施工便捷。

（2）相同高度1.7m的每10m長M7.5漿砌石擋墻、C20砼擋墻、魚巢磚擋墻三種不同結(jié)構(gòu)形式的擋墻造價(jià)比較如下表1：比較結(jié)果可以看出，魚巢磚擋墻相對(duì)前兩種分別節(jié)省投資約0.11、0.16萬元，單位投資分別節(jié)約達(dá)14%、20%。

（3）鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）河道岸坡?lián)鯄Φ臄嗝娼Y(jié)構(gòu)型式水下、水上部分分別具有適宜水生動(dòng)、植物繁衍生長的優(yōu)點(diǎn)，且砌體表面富有層次感，能充分營造濱水景觀、增強(qiáng)人與水生態(tài)自然環(huán)境相處和諧性，具有較好的生態(tài)及綜合社會(huì)效益。

5 結(jié)語

鏤空砼預(yù)制構(gòu)件（魚巢磚）砌體岸坡?lián)鯄νㄟ^在南河湘湖街段治理建設(shè)工程上的成功應(yīng)用，促進(jìn)了生態(tài)、和諧水利的建設(shè)發(fā)展，同時(shí)進(jìn)一步開闊了擋土墻結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)應(yīng)用的空間，通過改變砌塊本身的色彩及形狀，將在水利、市政、景觀、交通等工程中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。陜西水利