加筋格賓擋墻在農(nóng)田水利工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

鐘敏青

三門峽市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)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(lǐng)域應(yīng)用漸廣，其柔性、透水、整體性好的優(yōu)點(diǎn)得到發(fā)揮，但作為新型擋墻形式，其設(shè)計(jì)方法并沒有統(tǒng)一規(guī)范，所以本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：加筋格賓擋墻；農(nóng)田水利工程；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

加筋格賓擋墻是一種新式水工擋土墻，由填石的格賓網(wǎng)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(hù)坡、土體支擋、橋臺(tái)修筑、防洪搶險(xiǎn)等場(chǎng)合，與傳統(tǒng)砌石擋墻相比，適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)，而且它的多孔隙結(jié)構(gòu)適合生物棲息和植物種植，所以生態(tài)效果好[1，2]，在農(nóng)田水利工程中應(yīng)用可發(fā)揮施工簡(jiǎn)單、耐久性好、維修方便的特點(diǎn)，易于滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，因此本文對(duì)加筋格賓擋墻在農(nóng)田水利工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《廣東省中小河流治理工程格賓石籠應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》5.1.1要求，格賓石籠防護(hù)工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014）和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2000）的要求。據(jù)GB 50201-2014表4.3.1鄉(xiāng)村防護(hù)區(qū)的防護(hù)等級(jí)和防洪標(biāo)準(zhǔn)，防護(hù)等級(jí)為Ⅳ時(shí)防洪標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期20～10年，再據(jù)表11.6.2引水樞紐、泵站等主要建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)中5級(jí)的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為10年，SL 252-2000的規(guī)定基本相同，這意味著農(nóng)田水利工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)最低不應(yīng)少于重現(xiàn)期10年。只有臨時(shí)水工建筑的防洪標(biāo)準(zhǔn)才能少于重現(xiàn)期10年，如SL 252-2000表3.5.1規(guī)定5級(jí)臨時(shí)水工建筑的防洪標(biāo)準(zhǔn)土石結(jié)構(gòu)為10～5年。如果格賓石籠用于堤防，則應(yīng)按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）規(guī)定，最低5級(jí)防洪標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期20～10年。

2 加筋格賓擋墻選型

應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行選型。例如某農(nóng)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(shù)上看，加筋格賓擋墻比另外3種的優(yōu)勢(shì)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(wǎng)外購，供貨保證性稍差；經(jīng)濟(jì)上比較，以10m墻高為比較基準(zhǔn)，重力式漿砌石擋墻每延米造價(jià)為1.35萬元，加筋格賓擋墻每延米造價(jià)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(dāng)然加筋土擋墻造價(jià)更低，但其整體安全性不能保證；從生態(tài)保護(hù)上看，環(huán)境友好、透水透氣、柔韌性好、適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)、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(yōu)勢(shì)勝出。

3 加筋格賓擋墻穩(wěn)定性分析

圖1 格賓擋墻構(gòu)件與面墻斷面結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)概況

格賓擋墻構(gòu)件與面墻斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1（a）和（b）可見，格賓構(gòu)件由機(jī)編六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)制成的箱形結(jié)構(gòu)，其中鋼絲經(jīng)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(gòu)件由間隔1m的隔板分成數(shù)個(gè)單元（圖1（a）為2個(gè)單元，實(shí)際上可根據(jù)需要選擇單元數(shù)，例如4個(gè)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(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)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(jié)構(gòu)。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(wǎng)長期允許抗拉強(qiáng)度的計(jì)算

六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)的長期允許抗拉強(qiáng)度按計(jì)算，其中為六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)極限抗拉強(qiáng)度，、、分別為受到制造差異、施工損傷和環(huán)境影響而產(chǎn)生的折減系數(shù)，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(wǎng)-土作用系數(shù)的確定

六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)-土之間的相互作用系數(shù)應(yīng)通過抗拔試驗(yàn)確定，但國內(nèi)目前尚無這樣的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，所以可參照土工格柵的抗拔試驗(yàn)方法進(jìn)行確定。根據(jù)不同土質(zhì)，可采用下面的數(shù)據(jù)：內(nèi)摩擦角≥34°的礫石類土，=0.90；內(nèi)摩擦角≥30°的級(jí)配良好的砂土，=0.65；內(nèi)摩擦角≥28°的黏土、細(xì)砂，=0.40。

3.4 加筋格賓擋墻穩(wěn)定性分析

加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析一般分為內(nèi)部穩(wěn)定性分析和整體穩(wěn)定性分析兩部分。內(nèi)部穩(wěn)定性分析可采用極限平衡理論，分析擋墻結(jié)構(gòu)內(nèi)筋材拉斷破壞和筋材抗拔出破壞。整體穩(wěn)定性分析可采用畢肖普法。然后利用加筋土設(shè)計(jì)軟件Macstars進(jìn)行計(jì)算分析。下面以某農(nóng)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(tǒng)重壤土。由于河水沖刷，邊坡不穩(wěn)，易發(fā)生垮塌，整治思路是削坡護(hù)砌處理，河道采用梯形復(fù)式斷面形式，兩級(jí)護(hù)坡坡度均為1：1，下部采用漿砌石擋墻結(jié)構(gòu)，上部采用加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告確定地基承載力為150kPa。經(jīng)Macstars軟件計(jì)算分析，加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)內(nèi)部穩(wěn)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(shù)分別為1.406、1.436、1.412，加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性在三種工況下的安全系數(shù)分別為1.506、1.538、1.511，岸坡整體穩(wěn)定性在三種工況下的安全系數(shù)分別為1.821、3.814、2.296。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）表3.2.3防護(hù)4級(jí)在正常運(yùn)用條件、非常運(yùn)用條件Ⅰ、非常運(yùn)用條件Ⅱ情況下，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)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(shù)都滿足規(guī)范要求。

4 加筋格賓擋墻優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

由圖1（c）可見，加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)承受土壓力的主體就是格賓網(wǎng)箱，所以箱體尺寸影響擋墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和工程投資[3]。不難理解，擋墻厚度越大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(wǎng)用量增加，工程投資也必然增加，所以優(yōu)化箱體尺寸不僅非常必要，而且重要。

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

利用價(jià)值工程選擇性價(jià)比最優(yōu)的方案。根據(jù)價(jià)值工程，當(dāng)采用最低的壽命周期成本能夠?qū)崿F(xiàn)必要的功能，則其價(jià)值最高。以表示能夠滿足需求的功能，表示實(shí)現(xiàn)功能所需成本，那么就稱之為價(jià)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(wǎng)單價(jià)為10元/m2，可根據(jù)8種方案的用網(wǎng)面積算出它們的造價(jià)，如方案1的=1m×0.5m的用網(wǎng)面積為7.5 m2，網(wǎng)價(jià)即75元。再采用加筋土設(shè)計(jì)軟件計(jì)算抗滑安全系數(shù)，如方案1的安全系數(shù)為1.300，總造價(jià)為300元。然后按安全系數(shù)和總造價(jià)算出價(jià)值系數(shù)=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(jié)語

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

參考文獻(xiàn)：

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