石笼结构在草街航电枢纽工程中的应用

羊建业，夏克冰，刘振山

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

1 工程概况

纵向混凝土围堰与上下游土石围堰组合形成了草街航电枢纽的二期围堰，由于该围堰的及时形成关系到整个枢纽本年计划能否实施，从而导致了围堰工程工期相当紧张。纵向混凝土围堰全长611 m，采用C25W 6F50混凝土。其中纵向围堰上游端墙长63 m，纵向围堰中间段为“U”形结构，长494.79m，下游端墙长53.21 m。一枯期纵向围堰除17号坝块之外其余坝块已浇筑至184 m高程。项目部承建纵向围堰上游1～16号块坝体施工，该段全长245 m。主要工程量包括混凝土6.7万m3、钢筋制安1 300 t、橡胶止水带820 m、石碴回填5.5万m3、植筋1 460m、预制混凝土联系梁53榀，见图1。

根据合同工期要求，纵向围堰从2006年11月初至2007年4月底混凝土浇筑全部结束，施工总工期为6个月。

2 纵向围堰结构

纵向围堰上游1～5号坝体为实体长80m、宽8 m，采用C20混凝土浇筑。中间6～8号块体为过渡段，长45 m，宽度由13 m过渡到26 m，顶标高为212 m，采用混凝土浇筑。下游9～16号块体为“U”形段，长120 m，左右两侧分别为6.5 m、8 m厚C25W 6F50混凝土，中间“U”形槽内回填石碴[1]。

图1 纵向围堰平面布置图Fig.1 Layoutof longitudinal concrete cofferdam

纵向围堰地处嘉陵江的中心位置，需在左侧戗堤截流之后现场施工道路才能组织进行施工，而次年4月底整体浇筑至212 m标高关系到挡水围堰的形成，进而关系到整个枢纽工程的总体进度。工期紧迫，外界干扰大，外形狭长且不具备布置大量设备的条件，工期压力导致施工强度相当大。根据工期要求，纵向围堰要在6个月完成6.7万m3混凝土。考虑工程强度高、作业面狭窄等因素，结合围堰自身的结构特点以及在船闸施工中总结出的料斗配合挖掘机的混凝土入仓方式，决定采用施工1层回填1层的施工方法以保证施工进度。但17号坝块因底部锚索施工以及后续设计尚未跟上等因素制约，施工进度明显滞后于其他坝块，无法同步进行施工，中间的缺口使得“U”形槽内回填无法贯通，从而导致与其相邻的众多仓面无法浇筑。

钢筋石笼方案使得该问题迎刃而解，通过钢筋石笼迅速在17号坝块上下游侧各筑起1座临时挡土墙，保证了回填的高度，为纵向围堰的顺利挡水奠定了基础。

3 钢筋石笼结构形式

3.1 石笼结构

钢筋石笼结构主要由框架主筋、加密箍筋组成一个钢筋笼，再在其内部填充块石以形成一个外形方正、自重较大的石笼，再将石笼逐个码好就形成了一座稳定的临时挡土墙。

石笼单元的具体尺寸可根据结构尺寸任意调整，但过大会对制作搬运造成困难，一般采用2 m×1m×1m的尺寸较为合适，一方面其自重较小可以采用人工进行搬运无需吊装设备，另一方面其尺寸较为规则钢筋下料后余料较少。

钢筋笼框架主筋、加密箍筋的钢筋型号根据所需垒码高度确定，高度较低时可采用较小钢筋，反之采用较大钢筋。

3.2 钢筋石笼的结构特性

钢筋石笼具有就地取材、施工方便、成本低廉、可适性强等优点，但存在整体强度不足、易于锈蚀、不利于监测、不利于绿化等诸多不足[2-3]。

透水性好：具有良好的渗透性，可大大减小墙背渗透压力，有利于山坡和岸滩的稳定；柔性好：无结构缝，整体结构有延性，可以承受大范围的变形而仍不坍塌；耐腐蚀：镀锌材料有很强的抵御自然破坏及耐腐蚀和抗恶劣气候影响的能力；抗冲刷：适用于江河、海洋岸滩和护坡等工程；整体性：大面积组装，不设缝，有其他材料难以替代的连贯性；施工方便：不需特殊技术，不用水、水泥和模板，不要电力供应；经济：使用当地石材，只需将石头装入笼子封口即可；保护生态环境：植物的根系可以通过石块之间的土扎入边坡，形成一个柔性整体护面，满足水土保护和绿化环境的需要。

3.3 本项目石笼结构特点及设计

本项目石笼单元尺寸采用2 m×1 m×1 m，支挡网片间距0.15 m。纵向围堰两侧墙标高由183～212m，要求挡土墙顶标高至少203m，高度达20 m，同时由于工程进度要求，笼内块石回填采用挖掘机进行施工，对钢筋笼的整体刚度要求较大，故主筋采用φ25钢筋焊接而成，为加快施工进度加密箍筋采用φ16钢筋搭接绑扎。填充材料采用15～40 cm块石。

纵向围堰中间“U”形槽宽度13 m，故采用13个钢筋石笼并排摆放，相邻两个之间采用8号铁丝绑扎连成整体。另外由于墙后回填厚度较高，采用单层石笼结构明显满足不了稳定性的要求，通过验算，采用3层石笼的方式进行施工（见图2）。

4 钢筋石笼挡墙施工

图2 石笼码放示意图Fig.2 Sketch of stone cage row pattern

先在钢筋加工场将框架主筋焊接好，形成一个钢筋骨架，并将加密箍筋在钢筋加工场下料制作成型。将主筋框架及下好料的箍筋运至施工现场，按要求将主筋框架在正确的位置码放整齐。在主筋框架内绑扎好加密箍筋，并将各个石笼的底边和前后面绑扎牢固。石笼安装以后即可进行石笼内块石填塞，石笼内填塞块石要求填满，并且保证石笼顶面平整。石笼封盖以后用8号镀锌铁丝将石笼顶盖四周封闭绑扎牢固。这样一层钢筋石笼就施工完成，接着进行下一层的施工。

结合纵向围堰两侧墙每次混凝土的浇筑高度，钢筋石笼的施工以3层作为1个周期，即完成3层石笼施工后进行石笼挡墙后方回填及下一层混凝土侧墙的施工。

4.1 主筋框架焊接

主筋框架焊接采用搭接双面焊。前期由于采用人工进行回填，回填时的作用力相对较小，采用单面搭接点焊基本能满足施工要求。后来由于施工进度的要求，采用挖掘机进行笼内块石回填，施工进度大大加快，但焊接的骨架容易被挖掘机弄散，为保证施工质量，骨架主筋全部采用双面焊，并且保证10 cm的焊缝长度。

4.2 主筋框架码砌

考虑本工程码砌高度较大，墙后回填厚度达20余m，通过验算，采用紧挨着码砌3层石笼的方式进行加固。主筋框架按纵方向码放整齐，前后相邻两层之间错缝码放，以增强其整体性。

4.3 加密箍筋绑扎

从进度方面考虑可在钢筋加工场将加密箍筋与主筋框架一次加工成型，运到施工现场直接摆放填石即可。但这样钢筋笼的装车、卸车以及码放都需要用到吊车，从成本方面考虑，可将加密箍筋运到施工现场在主筋框架码放好之后再进行加密箍筋的绑扎，这样可节省吊车的费用。加密箍筋的绑扎采用16号铁丝，箍筋间距15 cm。如果当地的填料粒径较小，可通过减小箍筋直径、加密箍筋间距的方法。另外也可以在填料之前在钢筋笼内垫1层土工布，以防止细填料的流失。

4.4 石笼连接

加密箍筋绑扎完成后，用1根钢筋将各石笼连在一起，形成一个整体。考虑施工方便，可用8号铁丝绑扎连接，但绑扎的间距需要加密，如条件具备可用焊接的方式，以提高整体强度。

4.5 填石

石笼安装以后即可进行石笼内块石填塞。石笼的孔为正方形，边长为15 cm，对角距离 21 cm，石笼内填块石的尺寸为20～40 cm，如果采用人工填塞可将较大石块填在石笼的外露侧，较小的石块填在靠内侧，从而防止较小石块从石笼的空隙中漏出。在施工进度要求较快时，可采用挖掘机直接将块石往钢筋笼内填充，但这样无法保证块石摆放的位置，必须在外露侧设置安全网以确保施工的安全。

填充块石采用微风化块石，且块石强度必须达到设计要求，片状的石头更为好些，石笼不易变形。石笼内填塞块石要求填满，在封盖以后，石笼顶面应为平面。石笼封盖以后同样要用8号镀锌铁丝将石笼顶盖四周封闭绑扎牢固。

5 结语

钢筋石笼挡墙具备便于施工，建设工期短，使用设备简单，材料和用工日少，施工后无需等强度上升时间等优点，是一种值得推广的工艺。

钢筋石笼挡墙块石间空隙较大，在墙后为土体等细料回填时，在雨水等作用下细骨料流失较严重，为防止其发生较大沉降可在钢筋石笼与回填料之间设置倒滤层和土工布。

钢筋石笼长期暴露于空气中容易锈蚀，不适合做永久建筑使用。为延长其使用寿命，可在钢筋表面进行涂漆等防锈处理。

[1]中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司.重庆市嘉陵江航运开发草街航电枢纽工程施工图设计[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，刘少林，周良景.水利水电施工手册：第五卷[M].北京：中国电力出版社，2002.XIA Zhong-ping,LIU Shao-lin,ZHOU Liang-jing.Water conservancy and hydropower constructionmanual:volumeⅤ[M].Beijing:China Electric Power Press,2002.

[3]水利电力部水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册：第三卷[M].北京：中国水利水电出版社，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.