石籠結(jié)構(gòu)在草街航電樞紐工程中的應(yīng)用

羊建業(yè)，夏克冰，劉振山

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 工程概況

縱向混凝土圍堰與上下游土石圍堰組合形成了草街航電樞紐的二期圍堰，由于該圍堰的及時形成關(guān)系到整個樞紐本年計劃能否實施，從而導(dǎo)致了圍堰工程工期相當(dāng)緊張?？v向混凝土圍堰全長611 m，采用C25W 6F50混凝土。其中縱向圍堰上游端墻長63 m，縱向圍堰中間段為“U”形結(jié)構(gòu)，長494.79m，下游端墻長53.21 m。一枯期縱向圍堰除17號壩塊之外其余壩塊已澆筑至184 m高程。項目部承建縱向圍堰上游1～16號塊壩體施工，該段全長245 m。主要工程量包括混凝土6.7萬m3、鋼筋制安1 300 t、橡膠止水帶820 m、石碴回填5.5萬m3、植筋1 460m、預(yù)制混凝土聯(lián)系梁53榀，見圖1。

根據(jù)合同工期要求，縱向圍堰從2006年11月初至2007年4月底混凝土澆筑全部結(jié)束，施工總工期為6個月。

2 縱向圍堰結(jié)構(gòu)

縱向圍堰上游1～5號壩體為實體長80m、寬8 m，采用C20混凝土澆筑。中間6～8號塊體為過渡段，長45 m，寬度由13 m過渡到26 m，頂標(biāo)高為212 m，采用混凝土澆筑。下游9～16號塊體為“U”形段，長120 m，左右兩側(cè)分別為6.5 m、8 m厚C25W 6F50混凝土，中間“U”形槽內(nèi)回填石碴[1]。

圖1 縱向圍堰平面布置圖Fig.1 Layoutof longitudinal concrete cofferdam

縱向圍堰地處嘉陵江的中心位置，需在左側(cè)戧堤截流之后現(xiàn)場施工道路才能組織進行施工，而次年4月底整體澆筑至212 m標(biāo)高關(guān)系到擋水圍堰的形成，進而關(guān)系到整個樞紐工程的總體進度。工期緊迫，外界干擾大，外形狹長且不具備布置大量設(shè)備的條件，工期壓力導(dǎo)致施工強度相當(dāng)大。根據(jù)工期要求，縱向圍堰要在6個月完成6.7萬m3混凝土?？紤]工程強度高、作業(yè)面狹窄等因素，結(jié)合圍堰自身的結(jié)構(gòu)特點以及在船閘施工中總結(jié)出的料斗配合挖掘機的混凝土入倉方式，決定采用施工1層回填1層的施工方法以保證施工進度。但17號壩塊因底部錨索施工以及后續(xù)設(shè)計尚未跟上等因素制約，施工進度明顯滯后于其他壩塊，無法同步進行施工，中間的缺口使得“U”形槽內(nèi)回填無法貫通，從而導(dǎo)致與其相鄰的眾多倉面無法澆筑。

鋼筋石籠方案使得該問題迎刃而解，通過鋼筋石籠迅速在17號壩塊上下游側(cè)各筑起1座臨時擋土墻，保證了回填的高度，為縱向圍堰的順利擋水奠定了基礎(chǔ)。

3 鋼筋石籠結(jié)構(gòu)形式

3.1 石籠結(jié)構(gòu)

鋼筋石籠結(jié)構(gòu)主要由框架主筋、加密箍筋組成一個鋼筋籠，再在其內(nèi)部填充塊石以形成一個外形方正、自重較大的石籠，再將石籠逐個碼好就形成了一座穩(wěn)定的臨時擋土墻。

石籠單元的具體尺寸可根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸任意調(diào)整，但過大會對制作搬運造成困難，一般采用2 m×1m×1m的尺寸較為合適，一方面其自重較小可以采用人工進行搬運無需吊裝設(shè)備，另一方面其尺寸較為規(guī)則鋼筋下料后余料較少。

鋼筋籠框架主筋、加密箍筋的鋼筋型號根據(jù)所需壘碼高度確定，高度較低時可采用較小鋼筋，反之采用較大鋼筋。

3.2 鋼筋石籠的結(jié)構(gòu)特性

鋼筋石籠具有就地取材、施工方便、成本低廉、可適性強等優(yōu)點，但存在整體強度不足、易于銹蝕、不利于監(jiān)測、不利于綠化等諸多不足[2-3]。

透水性好：具有良好的滲透性，可大大減小墻背滲透壓力，有利于山坡和岸灘的穩(wěn)定；柔性好：無結(jié)構(gòu)縫，整體結(jié)構(gòu)有延性，可以承受大范圍的變形而仍不坍塌；耐腐蝕：鍍鋅材料有很強的抵御自然破壞及耐腐蝕和抗惡劣氣候影響的能力；抗沖刷：適用于江河、海洋岸灘和護坡等工程；整體性：大面積組裝，不設(shè)縫，有其他材料難以替代的連貫性；施工方便：不需特殊技術(shù)，不用水、水泥和模板，不要電力供應(yīng)；經(jīng)濟：使用當(dāng)?shù)厥模恍鑼⑹^裝入籠子封口即可；保護生態(tài)環(huán)境：植物的根系可以通過石塊之間的土扎入邊坡，形成一個柔性整體護面，滿足水土保護和綠化環(huán)境的需要。

3.3 本項目石籠結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計

本項目石籠單元尺寸采用2 m×1 m×1 m，支擋網(wǎng)片間距0.15 m。縱向圍堰兩側(cè)墻標(biāo)高由183～212m，要求擋土墻頂標(biāo)高至少203m，高度達20 m，同時由于工程進度要求，籠內(nèi)塊石回填采用挖掘機進行施工，對鋼筋籠的整體剛度要求較大，故主筋采用φ25鋼筋焊接而成，為加快施工進度加密箍筋采用φ16鋼筋搭接綁扎。填充材料采用15～40 cm塊石。

縱向圍堰中間“U”形槽寬度13 m，故采用13個鋼筋石籠并排擺放，相鄰兩個之間采用8號鐵絲綁扎連成整體。另外由于墻后回填厚度較高，采用單層石籠結(jié)構(gòu)明顯滿足不了穩(wěn)定性的要求，通過驗算，采用3層石籠的方式進行施工（見圖2）。

4 鋼筋石籠擋墻施工

圖2 石籠碼放示意圖Fig.2 Sketch of stone cage row pattern

先在鋼筋加工場將框架主筋焊接好，形成一個鋼筋骨架，并將加密箍筋在鋼筋加工場下料制作成型。將主筋框架及下好料的箍筋運至施工現(xiàn)場，按要求將主筋框架在正確的位置碼放整齊。在主筋框架內(nèi)綁扎好加密箍筋，并將各個石籠的底邊和前后面綁扎牢固。石籠安裝以后即可進行石籠內(nèi)塊石填塞，石籠內(nèi)填塞塊石要求填滿，并且保證石籠頂面平整。石籠封蓋以后用8號鍍鋅鐵絲將石籠頂蓋四周封閉綁扎牢固。這樣一層鋼筋石籠就施工完成，接著進行下一層的施工。

結(jié)合縱向圍堰兩側(cè)墻每次混凝土的澆筑高度，鋼筋石籠的施工以3層作為1個周期，即完成3層石籠施工后進行石籠擋墻后方回填及下一層混凝土側(cè)墻的施工。

4.1 主筋框架焊接

主筋框架焊接采用搭接雙面焊。前期由于采用人工進行回填，回填時的作用力相對較小，采用單面搭接點焊基本能滿足施工要求。后來由于施工進度的要求，采用挖掘機進行籠內(nèi)塊石回填，施工進度大大加快，但焊接的骨架容易被挖掘機弄散，為保證施工質(zhì)量，骨架主筋全部采用雙面焊，并且保證10 cm的焊縫長度。

4.2 主筋框架碼砌

考慮本工程碼砌高度較大，墻后回填厚度達20余m，通過驗算，采用緊挨著碼砌3層石籠的方式進行加固。主筋框架按縱方向碼放整齊，前后相鄰兩層之間錯縫碼放，以增強其整體性。

4.3 加密箍筋綁扎

從進度方面考慮可在鋼筋加工場將加密箍筋與主筋框架一次加工成型，運到施工現(xiàn)場直接擺放填石即可。但這樣鋼筋籠的裝車、卸車以及碼放都需要用到吊車，從成本方面考慮，可將加密箍筋運到施工現(xiàn)場在主筋框架碼放好之后再進行加密箍筋的綁扎，這樣可節(jié)省吊車的費用。加密箍筋的綁扎采用16號鐵絲，箍筋間距15 cm。如果當(dāng)?shù)氐奶盍狭捷^小，可通過減小箍筋直徑、加密箍筋間距的方法。另外也可以在填料之前在鋼筋籠內(nèi)墊1層土工布，以防止細填料的流失。

4.4 石籠連接

加密箍筋綁扎完成后，用1根鋼筋將各石籠連在一起，形成一個整體?？紤]施工方便，可用8號鐵絲綁扎連接，但綁扎的間距需要加密，如條件具備可用焊接的方式，以提高整體強度。

4.5 填石

石籠安裝以后即可進行石籠內(nèi)塊石填塞。石籠的孔為正方形，邊長為15 cm，對角距離 21 cm，石籠內(nèi)填塊石的尺寸為20～40 cm，如果采用人工填塞可將較大石塊填在石籠的外露側(cè)，較小的石塊填在靠內(nèi)側(cè)，從而防止較小石塊從石籠的空隙中漏出。在施工進度要求較快時，可采用挖掘機直接將塊石往鋼筋籠內(nèi)填充，但這樣無法保證塊石擺放的位置，必須在外露側(cè)設(shè)置安全網(wǎng)以確保施工的安全。

填充塊石采用微風(fēng)化塊石，且塊石強度必須達到設(shè)計要求，片狀的石頭更為好些，石籠不易變形。石籠內(nèi)填塞塊石要求填滿，在封蓋以后，石籠頂面應(yīng)為平面。石籠封蓋以后同樣要用8號鍍鋅鐵絲將石籠頂蓋四周封閉綁扎牢固。

5 結(jié)語

鋼筋石籠擋墻具備便于施工，建設(shè)工期短，使用設(shè)備簡單，材料和用工日少，施工后無需等強度上升時間等優(yōu)點，是一種值得推廣的工藝。

鋼筋石籠擋墻塊石間空隙較大，在墻后為土體等細料回填時，在雨水等作用下細骨料流失較嚴重，為防止其發(fā)生較大沉降可在鋼筋石籠與回填料之間設(shè)置倒濾層和土工布。

鋼筋石籠長期暴露于空氣中容易銹蝕，不適合做永久建筑使用。為延長其使用壽命，可在鋼筋表面進行涂漆等防銹處理。

[1]中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司.重慶市嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐工程施工圖設(shè)計[R].2005.Power China Chengdu Engineering Co.,Ltd.Construction drawing design of Chongqing Jialing River shipping development Caojie navigation-power junction lock project[R].2005.

[2] 夏仲平，劉少林，周良景.水利水電施工手冊：第五卷[M].北京：中國電力出版社，2002.XIA Zhong-ping,LIU Shao-lin,ZHOU Liang-jing.Water conservancy and hydropower constructionmanual:volumeⅤ[M].Beijing:China Electric Power Press,2002.

[3]水利電力部水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊：第三卷[M].北京：中國水利水電出版社，2001.General Administration of Water Resources and Hydropower Development of HHPDI.Construction organization design manual of hydraulic and hydroelectric engineering:volume III[M].Beijing:ChinaWater Power Press,2001.