重力式砼挡墙+格宾石笼在喀普斯浪河防洪堤工程中的应用

徐 恒

（新疆阿克苏地区拜城县水利局水管总站，新疆 拜城 842300）

1 工程概况

拜城县喀普斯浪河铁热克镇及红旗北干渠渠首上下游防洪堤工程位于拜城县铁热克桥至喀普斯浪河老虎口之间。拜城县喀普斯浪河铁热克桥至喀普斯浪河老虎口段均处于不设防状态，不能自保，根据各河段的防护对象，在各河段易发生洪水灾害以及冲刷严重的河段布置护岸工程。通过整治河道长2.32 km，建设永久性防洪堤总长4.225 km，其分为堤防工程和护岸工程两部分，其中左岸为堤防工程，长2.197 km，右岸为护岸工程，长2.028 km，使防洪区防洪标准提高为30 年一遇，使铁热克镇1.3 万人口及0.6 万亩耕地得到保护。根据《防洪标准》（GB 50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000），工程防洪标准为30 年一遇，设计洪峰流量为1012.28 m3/s，工程等别为Ⅲ等，规模均为中型，主要建筑物级别为3 级，次要建筑物级别为4 级。

2 方案比选

基于工程实际情况，提出两种喀普斯浪河铁热克镇及红旗北干渠渠首上下游防洪堤工程铁热克桥至桥后300 m 处堤防加固方案：

方案一是浆砌石护坡加固。为有效解决本防洪堤工程铁热克桥至桥后300 m 处上段堤防水位骤降过程中的排水问题应在迎水面护坡方向宽2 m、水平方向长5 m～6 m 处错缝布置，坡脚处由于死水位以下排水清基存在较大困难，可以考虑利用原坝拆除后的废石堆砌增加平台稳定性。本方案浆砌石工程量为 254.5 m3，单位投资 280 元 /m3，总投资 7.126 万元。

方案二是重力式砼挡墙+格宾石笼加固。由于喀普斯浪河左岸堤防工程上游河段推移质含量较高，粒径大，上段浆砌石护坡很难在洪水期承受大粒径推移质撞击，极易造成护坡破坏。若采用重力式砼挡墙+格宾石笼，按枯水期1.5 m 左右水位确定墙顶高程，则会拦截洪水期大部分推移质[1]，确保浆砌石护坡的稳定。喀普斯浪河左岸堤防工程，铁热克桥至桥后300 m 采用重力式砼挡墙+格宾石笼型式防护，挡墙高4.1 m～5.1 m，墙顶为堤顶，迎水面直立，挡墙前趾格宾石笼固脚厚3 m（三层1.0 m 厚格宾石笼），石笼基础水平向长1.5 m，底部设20 cm 砂垫层及无纺布一层。挡墙断面见图1。

图1 重力式砼挡墙+ 格宾石笼断面图

重力式砼挡墙投资约为140 元/m×工程量300 m=4.2 万元，格宾石笼加固工程量为5.0×1.0×3 m3，单位投资2400 元/m3，总投资3.6 万元。方案二总投资7.8 万元。两者造价相差不大，方案二防护作用更强，故本加固工程采用方案二。

3 重力式砼挡墙+格宾石笼施工重点

3.1 基础测量放线

3.1.1 基础性导线网的布设

施工测量放线依据设计图进行，在场地中布设三个桩位，复测无误后安放龙门桩并形成测量控制网。对于基础施工场地，中央和四周标高必须保持一致，以保证全站仪对中央和四周进行准确的投射。撒灰线分段施工的过程中，加强对开挖断面位置、高程、轴线、截面等尺寸的控制，格宾石笼施工作业面及护坡界线依据设计图与施工规范确定，为保证施工测量的精确性，还应进行局部加密控制与细部放样。

3.1.2 控制桩及投射轴线的布设

针对本工程测量放线施工在完整基岩布设控制点和控制桩，并在四周布设醒目的维护设施。采用钢卷尺和经纬仪进行投测，并结合设计截面标准开始测量放线。

3.2 材料参数的选取

重力式砼挡墙+格宾石笼是由格宾石笼叠砌而成的挡墙结构型式。由专用机械将抗腐蚀、高强度、耐磨性能优越的钢丝材料编织成绞合形状的六边形网片，再通过粗于网片的钢丝加固网片四周，用扎丝连接而成格宾笼后，将事先装配好的格宾笼置于合适的位置形成结构，后填充石料和预制素混凝土块，待下层格宾笼安装完毕，将上层格宾笼与其连接，确保各个单元形成连续整体，形成格宾石笼重力式砼挡墙[2]。材料要求：

（1）考虑到喀普斯浪河防洪堤工程所面临的防洪压力，格宾石笼选用国产热镀10%铝锌土合金钢丝包裹高密度PVC 为原材料，网孔均匀布设，严禁扭曲和变形，网孔尺寸偏差在1/200 范围内，确保网片、钢丝抗拉强度、抗剪强度、耐腐蚀指标等符合标准，本工程格宾笼钢丝抗拉强度为400 MPa～550 MPa，格宾笼编织前钢丝延展率≥10%。

（2）格宾笼采用2 m×1 m×1 m 尺寸，网孔按130 mm×150 mm 和 100 mm×120 mm 设计，D 值公差∈[-4%，+16%]，按3×360°绞制。

（3）按100 mm×120 mm设计的网孔所用钢丝直径2.5 mm，外包PVC 后直径增大为3.5 mm；边丝直径3.5 mm，外包PVC 后直径增加为4.5 mm。按130 mm×150 mm 设计的网孔所用钢丝直径2.8 mm，外包PVC 后直径增大为3.8 mm；边丝直径3.3 mm，外包PVC 后直径增加为4.3 mm。格宾笼结构见图2（a）和图2（b）。

图2 格宾石笼参数示意图

3.3 格宾坡面清基平整与石笼基础施工

在格宾坡面施工之前，依据施工组织设计编写施工指导书，完成安全技术交底及自检报验，以保证施工质量处于控制范围。若施工作业区内开挖断面不符合地质勘查报告，则应立即会同勘察、设计、监理、建设等单位进场，基于工程实际及时做出设计变更，保证格宾坡面平整达到验收标准。

清基结束便进行护坡土方开挖和修整，首先根据设计进行坡度放线，并摊铺平整至设计高程，施工前选择土样并报监理方同意后，开始大规模采购土样进场，回填过程中所使用的原状土指标参数必须符合设计规范。当削坡土回填坡度＞1/3 时，应采用台阶型式分层回填，为保证回填密实度及整坡效果，禁止顺坡摊铺。大面积土方整坡回填和夯实必须分层进行，单层摊铺厚度≤30 cm，对于摊铺机械难以达到的局部区域，运用小型运输车辆运土并配合小型蛙式打夯机进行人工整坡，单层厚度保持在10 cm 以内。待材料检验及重力击实试验均合格后回填，压实机具规格型号根据回填土最佳含水量、干容重等参数确定，压实机械行进方向、压实遍数等依据现场作业面确定。

喀普斯浪河防洪堤工程格宾石笼基础开挖处淤泥多，砂层塌陷风险大，一旦塌陷将导致基础变形、位移和石笼变形。为此，在绑扎好的格宾石笼内侧增设1 cm 厚的同格宾网形状的钢板基础撑箱，先采用人工方式进行格宾石笼固定，再根据基础边线吊起钢板基础撑箱放置于合适位置，待人工砌筑格宾石笼基础达设计高程，解开绑扎并通过挖掘机抽出钢板基础撑箱。

3.4 格宾石笼网箱

格宾石笼网箱层交错布设，交错长度是箱体长度的1/4，见图1，即25 cm，上下连接避免通缝，网箱内按2∶1 的比例混合装入素混凝土块和石块，并平整、碾压碎石垫层面至设计密实度。填充料分二次填至设计高度，当填料达箱体1/2 时，采用小型颗粒级配砂填充，经钢钎振捣后再密实填料孔隙，填充所用石料上部应高出格宾笼网垫4 cm，石笼箱体内填充密度应≥1700 kg/m3。

土工布保护层施工过程中，严禁施工机械在土工织物上通行，土工布铺设结束验收合格后用铲车和挖掘机配合人工铺设砂垫层，整平，确保砂石垫层颗粒均匀，垫层厚度为0.2 cm。网片网体间按“横向→边竖向→底部”顺序经钢丝双股绑扎加固，形成格宾石笼，交角范围必须全数绑扎，相邻网箱结合面至少绑扎2 个点/m2，裸露网片在设计范围内设置拉结筋拉筋固定[3]。

按照《堤防工程施工规范》（SL 260-2014）及《格宾网施工技术规程》，在格宾网上层混凝土石料砌筑平整的基础上才能进行格宾网箱封盖施工，封盖结束后按设计图绑扎格宾笼拐点等相邻部位，进行平面尺寸、高程、平整度、密实度等的验收。

3.5 墙后排水措施

喀普斯浪河防洪堤工程格宾石笼重力式砼挡墙在雨水下渗且排水不良的情况下，地表水必将渗入挡墙后填土，降低填土抗剪强度，增大土压力，影响挡墙的稳定性，为此，挡墙后排水是喀普斯浪河防洪堤工程重力式砼挡墙+格宾石笼施工的重点与技术难点。结合工程实际，在格宾石笼重力式砼挡墙墙身设置一排泄水孔，墙后设滤水层和排水暗沟，墙后土坡设置截水沟，见图3。

图3 墙后排水措施

考虑到工程区降雨情况及工程实际，墙身泄水孔的尺寸确定为直径5 cm～8 cm 的圆孔，孔距50 cm，孔眼呈梅花形交错设置，最下排泄水孔出水口与地面距离30 cm，为防止孔道淤塞，在泄水孔进水口处设置粗粒料反滤层，向外倾斜坡度设置在5°～15°左右。

4 稳定性分析

4.1 加固前的参数

喀普斯浪河防洪堤工程铁热克桥至桥后300 m 处堤防加固施工前堤身土、淤泥和粉质粘土粘聚力、内摩擦角、土层渗透系数等参数取值见表1。

表1 堤防加固前的参数取值

由表1 中数据可知，堤防工程加固前，堤身土、淤泥、粉质粘土粘聚力小、内摩擦角小、土层渗透系数大、重度小，不满足《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）所规定的防洪堤坝工程加固参数等级，加固施工十分必要。

4.2 加固后的参数

喀普斯浪河防洪堤工程铁热克桥至桥后300 m 处堤防加固按4 级设计，根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013），采用三轴压缩试验确定堤防迎水面堤坡加固后的参数。《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）所要求的安全系数应≥1.15，按照正常运行情况下最高洪水位并考虑水位骤降情况，确定一个固定压力值50 kPa，并逐渐增加其轴向压力，直至试样出现破坏。根据以上三轴向加压的剪力试验，并堤防加固后堤防岩土体力学参数见表2。

表2 加固后堤防岩土体力学参数

进行上表堤防加固后岩土力学参数取值与加固前的比较可知，加固后堤防边坡土体岩土力学性能指标均有提高。

4.3 加固后的稳定性分析

运用极限平衡法进行其边坡稳定性的评价，堤防加固后稳定安全系数K 是沿着假定滑裂面的抗滑力与下滑力之比，也是综合反映堤防加固后是否稳定的重要指标。根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013），堤防稳定性安全系数应根据边坡等级、型式及地基强度指标等详细计算，具体如下式：

式中：αi为第i 滑裂面单元法线与竖直线夹角，°；li为第i 滑裂面的弧长，kPa；Wi为第 i 滑裂面土条的重力，kN/m；ci为第 i 滑裂面单元的粘聚力，kPa；φi为第i 滑裂面单元的内摩擦角，°；N 为滑裂面单元数量，个。土条的重力Wi=γbihi中bi为土条宽，hi为土条中心高，m。

堤防滑裂面稳定性分析单元标号为1～7，各标号计算结果见表3。

表3 喀普斯浪河防洪堤工程边坡加固后稳定性计算结果

查《水利水电工程边坡设计规范》(SL 386—2016)，本工程防洪堤加固后安全系数满足稳定性要求。

5 结论

综上所述，重力式砼挡墙+格宾石笼运用于防洪堤工程能充分发挥重力式挡墙型式简便、就地取材、施工方便以及格宾石笼渗透性强、降低墙体压力、确保工程质量、成本低等优势，在喀普斯浪河防洪堤工程施工过程中起到了较好的堤防加固作用。本工程施工实践对于同类型堤防加固工程选择采用重力式砼挡墙+格宾石笼加固型式具有指导借鉴意义。