石笼灌注混凝土结构技术研究

忽惠卿

（北京市水利规划设计研究，北京 100048）

石笼灌注混凝土结构技术研究

忽惠卿

（北京市水利规划设计研究，北京 100048）

在南水北调中线干线京石段大石河护砌加固工程中，为了充分利用抢险中在河底铺设的2.2万m3铅丝石笼，我院提出的“对铅丝石笼进行混凝土灌注由临时结构变为永久结构”的方案得到了专家认可，并在工程实施中，通过灌注实验得到灌注混凝土的坍落度、灌注量等一些基础数据，对今后的工程实施具有指导性意义。从铅丝石笼灌注技术推广至石笼灌注胶凝材料技术，结构用途从河底护砌推广至挡墙、坝体等，是现有护砌结构的有效补充。

石笼；混凝土灌注；结构；研究

1 研究背景

南水北调中线京石段应急供水工程（北京段）大石河护砌在2012年“7.21大雨”中出现险情，抢险中为防止险情扩大，带水作业在大石河河底铺设了长约50m（顺河向）、宽约366m（垂直河向）的铅丝石笼［1］，石笼厚度1.5～1m， 共约2.2万 m3（如图1～2所示）。洪水过后对大石河护砌进行加固，在方案评审中根据专家意见需要解决如何处理抢险时铺设的2.2万 m3铅丝石笼的问题。反复讨论、研究，是拆除废弃还是加以利用，以及如何利用。我院提出的“对铅丝石笼进行混凝土灌注由临时结构变为永久结构”的方案得到了专家认可。铅丝石笼灌注后形成的结构不管是抗冲性能还是耐久性能都优于浆砌石，能和后续的加固工程（钢筋混凝土消力池结构）形成一体，满足了工程需要。大石河护砌加固方案，如图3所示。

图1 抢险工程中正在水下铺设铅丝石笼

图2 抢险工程铅丝石笼铺设完毕

图3 大石河护砌加固方案简图

2 灌注实验及护砌加固工程施工

在实施过程中，分别用细石混凝土、自密实混凝土、M7.5砂浆对铅丝石笼进行灌注实验，以期得出最佳灌注材料、灌注材料坍落度以及每方铅丝石笼的灌注方量。实验对今后的工程实施具有指导性意义。

在实验中C20自密实混凝土坍落度选取250～260mm［2］， M7.5 砂浆坍落度选取 250 ～260mm，C20细石混凝土坍落度选取160～220mm［3］。灌注前先用水对石笼进行冲洗，达到更好的灌注效果。

经多个混凝土配比灌注实验表明：采用坍落度为250～260mm的C20自密实混凝土或M7.5砂浆进行灌注，每方铅丝石笼灌入量可达到0.44m3，基本满足设计要求。

在实际实施过程中先灌注C20自密实混凝土，当自密实混凝土灌注至铅丝石笼表面以下150mm时灌注C20细石混凝土，铅丝石笼顶部的细石混凝土厚度控制在30～100mm之间。灌注后保证混凝土灌注量达到 35% ～45%［4］，为防止裂缝的产生进行分缝，分缝间距为5m×5m。施工过程及效果如图4～5所示。

图4 加固工程中对铅丝石笼进行灌注

图5 灌注后的铅丝石笼

护砌加固工程于2014年修建完工，经历了2016年的“7.20”大雨，大雨过后护砌情况完好（如图6）。根据水文资料，本次降雨过程约为20年一遇洪水流量，根据水位推算，流速达到3.3m/s。铅丝石笼灌注结构整体性、耐久性、抗冲效果均优于铅丝石笼和浆砌石［5］。

图6 2016年“7.20”大雨后情况

3 石笼灌注结构及推广

对铅丝石笼灌注混凝土结构推而广之至石笼灌注胶凝材料结构，结构组成为：石笼网框架、铺设于石笼底部的透水织物（视需要）、石笼内填充的卵石或块石、向石笼内灌注的胶凝材料，如图7所示。

图7 石笼灌注胶凝材料结构组成

第一步：利用成品网片（常用的一般为镀锌网片或格栅网片）架起笼体，内铺无纺布固定在笼体上（视需要），可人工或利用机械把块石或卵石放入笼体内，封盖［6］。此过程可水下施工，非常适用于抢险工程。第二步：干场情况下，或等汛后水位回落，向石笼内灌注砂浆或自密实混凝土或其它胶凝材料，跳仓浇筑，石笼顶部的胶凝材料厚度控制在30～100mm之间。为防止裂缝的产生，灌注胶凝材料时应分缝，推荐采用5m×5m分缝。

在实际工程应用中石笼结构可进行以下扩展：

（1）石笼材质可为镀锌铅丝、格栅、竹片或其它材质［7］，石笼形状可为立方体、长方体或其它形状。石笼常规尺寸：高度可选用0.5～1.0m，宽度和长度可选用1～2m。

（2）石笼可根据需要选择是否铺设无纺布或其它无纺或有纺织物。

（3）笼体内可填充块石、卵石等石料或其它满足抗压强度要求的块体材料。

（4）灌注材料可为细石混凝土、自密实混凝土、砂浆等水泥类产品。

图8 石笼灌注胶凝材料结构应用示意图

（5）铅丝石笼灌注胶凝材料可用于河道护砌、挡墙、坝体［8］等多种结构形式，如图8所示。

4 石笼灌注结构的优点和积极效果

在城市河道治理中，常见的边坡、河底防护材料有干砌石、石笼、浆砌石、水工砌块、混凝土等，这些护砌型式在耗用人工、施工周期、造价、生态保护等方面各有利弊，有各自的适用条件［9］，见表1。

表1 各种护砌型式对比表

现有的石笼结构笼体材料有格栅、铅丝、钢筋、浸塑钢丝等，填充物有块石、卵石、袋装土等。这些石笼结构耐久性和整体性略差，均为临时结构，一旦笼体破坏，笼内填充物就会散开，失去防护作用。

石笼灌注结构成为现有结构材料的有效补充，它的优点和积极效果：

（1）石笼灌注胶凝材料结构，对于工期比较紧张或汛期抢险工程，石笼结构可水下施工，且施工速度快，石笼结构可率先发挥防护作用，在合适的时间再向笼体灌注胶凝材料，增强整体性和耐久性，由临时结构变为永久结构。

（2）石笼灌注胶凝材料结构相比较素混凝土结构而言，减少了水泥用量，减少支模板和拆模板的工序，加快施工进度、降低造价；石笼的网片及石笼之间的连接，都加强了结构的整体性，提高了抗裂性能，提高了结构的抗冲能力［10］。

（3）石笼灌注胶凝材料结构相比较传统石笼结构、浆砌石、干砌石、水工砌块结构而言，降低了人工用量，可机械化施工，加快了施工速度，并提高了结构的整体性、强度、耐久性、抗冲刷性能、降低河道糙率等。笼体对填充物约束及笼体之间的连接，都加强结构的整体性能。

（4）石笼灌注胶凝材料结构，笼内的填充材料可选择块石或就近取材如河道内的卵石或其它满足抗压强度要求的建筑块材，减少了水泥用量，更加环保。

本项技术于2016年2月向国家知识产权局申请了两项实用新型专利，分别为“石笼及河道护砌结构”、“用于河道的挡墙结构”，并于2016年6月得到了授权。

每种护砌结构都有优缺点，应根据工程实际情况进行选择。例如在地基承载力要求方面，石笼本身为一种柔性护砌结构，对地基承载力要求较低，灌注胶凝材料后成为硬性护砌结构，对地基的要求较高，可参照浆砌石结构对地基承载力的要求。

［1］范惠生.镀层钢丝的格网石笼在河湖治理工程中的适宜性研究［J］.水利规划与设计，2013（04）：40-43.

［2］李克亮，李建平，王永，等.水工自密实混凝土试验［J］.水利水电科技进展，2008，28（02）：65-67.

［3］张英，张辉，刘太乾.灌浆料与细石自密实混凝土配合施工技术应用［J］.建材世界，2013，34（03）：12-14.

［4］俞宏庆，于春生，宛志红.格宾石笼结构力学性能研究［J］.中州煤炭，2015（03）：95-98.

［5］吴继明.浆砌石护坡技术在水利工程施工中的应用［J］.水利技术监督，2011，19（04）：69-71.

［6］张宝森，汪自力，王德智，等.大网笼机械化抢险技术现场试验［J］.水利水电科技进展，2006，26（01）：57-59.

［7］崔建中，张宝森，张喜泉.土工合成材料在黄河河道工程抢险中的应用［J］.人民黄河，2003，25（03）：42-43.

［8］吕德浩，刘树文，周树奎.石笼坝在山区水利工程中的应用［J］.黑龙江水利科技，2007，35（05）：186-188.

［9］阎广聚.洋河中游段防冲护砌工程优化设计［J］.河北水利，2014（03）： 21-21.

［10］李炜.水力计算手册［M］.北京：中国水利水电出版社，2006.

TV331

B

1672-2469（2017）10-0135-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.038

2017-03-02

忽惠卿（1977年-），女，高级工程师。