钢筋骨架卵漂石铅丝石笼在林芝市山区型河流堤防工程中的应用

付少波,王云森,刘 森

(1.广东省水利水电科学研究院，广州 510635;2.广东省水动力学应用研究重点实验室，广州 510635;3.林芝市水利局，西藏 林芝 860000)

1 概述

石笼在水利工程中的应用最早可追溯到秦昭王末年，蜀郡太守李冰父子兴建的都江堰工程。最初是用竹篾编制成笼，内部填满卵石并密封而成。因其坚固耐冲，造价低廉，便于维护等优点，在水利工程中得到广泛的应用。

实际应用和发展中，针对竹石笼编织效率低、竹篾易腐化失效等缺点，制笼工艺由手工编织变为机械编制，制笼材料由竹篾变为低碳钢丝或浸塑钢丝，逐步形成由钢丝编制而成的双绞六角形网箱的铅丝石笼。

在部分山区型河流中，由于河道比降大，流速快，推移质多，普通的铅丝石笼时常有被冲淘，甚至被冲毁等情况，造成基础淘空，堤防塌陷，对堤防造成严重的破坏。为进一步提高堤防抗冲能力，保障堤防安全，在林芝市山区型河流堤防工程实际应用中，常采用钢筋骨架卵漂石铅丝石笼的设计方案，取得良好的效果。

2 石笼介绍

2.1 铅丝石笼

铅丝石笼也叫铅丝笼、格宾网，是由金属线材编制而成的双绞六角形网箱。一般采用直径2～4 mm低碳钢丝，表面采用热镀锌或浸塑等防锈手段，经机械编制成双绞六角形网，经绑扎并填筑块石而成。网眼尺寸一般为有60 mm×80 mm，80 mm×100 mm，80 mm×120 mm，100 mm×120 mm，120 mm×150 mm等[1]，也可根据实际要求调整定制。填充石料一般以大致方正，上下面大致平行，厚度不小于200 mm的块石料为主，石料强度应满足《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》堆石料原岩技术指标[2]。

2.2 钢筋骨架卵漂石铅丝石笼

钢筋骨架卵漂石铅丝石笼是由铅丝石笼在实际应用中发展而来(以下简称钢筋石笼)。一般采用8～16 mm HRB335钢筋，经焊接而成的金属网箱骨架，再用铅丝网绑扎形成网箱，网箱内填筑卵漂石而成(见图1)。钢筋间距一般要求装填后能够保持钢筋石笼外形为宜，实际应用中一般采用间距0.5 m，部分尺寸较大的石笼，则需加密或设置拉筋等方式，增加石笼强度。填充石料一般以粒径在60～200 mm卵石和大于200 mm的漂石为主，石料强度应满足《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》堆石料原岩技术指标。

图1 钢筋石笼立视示意

3 钢筋石笼特点

钢筋石笼相对于铅丝石笼在山区型河流堤防工程应用中优势明显，主要体现为稳定性好、抗冲性强、施工便捷等。采用卵漂石填充，充分利用河道内天然石料，材料易获取，造价低廉[3]，施工速度快。钢筋骨架弥补了天然卵漂石较块石不易堆叠成型，保持形状的特点，提高了工程耐久性和抗冲能力。

3.1 稳定性

稳定性主要体现在石笼本身稳定性与石笼间连接的稳定性。钢筋骨架为网箱提供更强的支撑力和网箱间连接力，强度相对较弱的低碳钢丝网则主要用来保持填充石料不被冲淘。卵漂石透水性较强，渗透系数一般为2.5×10-1cm/s，在水位降落期，稳定渗流期等工况下，受渗透压力影响更小，石笼的稳定性和整体性进一步得到增强，特别适用于峰值高、历时短、水位暴涨暴跌的山区型河流。

3.2 抗冲性

钢筋骨架可减少石笼网被推移质和水流拉扯破损的情况，而卵漂石相对块石外形圆润，水流阻力较小，更不易被冲淘破坏。根据《水工设计手册》可知，天然卵砾石不冲流速经验值V允=0.75～1.2 m/s，铅丝石笼V允=2.1～2.8 m/s[4]，根据《林芝市波密县古乡松绕村水毁修复工程报告》，钢筋石笼堤防抗冲行近流速可达5 m/s，特别适用于河道比降大、流速快的山区型河流。

3.3 施工性

在施工现场钢筋制安区将钢筋骨架焊接成型，并用铅丝网统一绑扎至所需尺寸网箱，转运吊装至施工面，网箱之间用连接钢筋焊接形成整体，并用机械填充、整理、封口即可。施工速度快，受气候干扰小，对施工条件要求低，施工人员经过简单培训即可完成，可以通过以工代赈，促进当地藏区人员收入水平。特别适用于交通不便，材料运输困难的山区型河流。

3.4 缺点和不足

和传统挡墙相比抗渗能力较差，河道水位高时容易出现堤身渗水等情况。堤身背水侧常常设置土工布等反滤层，以减少堤身背水侧渗透破坏。因此不适用于城区段等对堤防渗透要求高的河段。

4 工程应用实例

钢筋石笼在林芝市山区型河流堤防工程中应用较为广泛，主要用于墙式护岸、坝式护岸、护脚和堤防抢险中，以重力式钢筋石笼挡墙为主，兼以护脚、丁坝和堤防抢险等方面应用，均取得了良好的效果。

4.1 重力式堤防应用实例

重力式钢筋石笼挡墙堤防多用在天然河床较宽、河槽高差较小、河床比降大、近岸流速较大的河流当中[5]。在林芝市实际应用中钢筋石笼单层网箱高度一般小于2 m，堆叠高度一般小于6 m，基础埋深根据冲刷深度计算结果选取，埋深多为1～2 m。

4.1.1工程背景

本次以波密县某防洪工程为例：项目区域所在河流为易贡藏布，是雅鲁藏布江的二级支流，帕隆藏布的最大支流，全长为295 km。堤防工程位于中高山河谷地貌，地形起伏较大，地势由北西向南东倾斜，平均海拔为3 200 m左右。河谷呈“U”字型，河床宽平，两岸阶地发育，植被较发育，两岸斜坡自然坡度为15°～50°，项目区段河道平均比降为18.5‰，属于典型的山区型河流。

4.1.2结构形式

经过相关计算论证及综合比选，最终采用重力式钢筋石笼堤防结构形式[6](见图2)，石笼结构尺寸从下到上分别为3.0 m×1.5 m×1.5 m(长×宽×高)、3.0 m×1.0 m×1.0 m(长×宽×高)、3.0 m×0.6 m×0.5 m(长×宽×高)。石笼内填充卵漂石，钢筋石笼错缝堆放，背水侧设置无纺布反滤层[7-8]。

图2 重力式堤防横断面示意

4.2 钢筋石笼护脚应用实例

钢筋石笼护脚多用在岸边抗冲能力较弱、河床堆积层厚、河床比降大、流速较快的河流当中。在林芝市实际应用中钢筋石笼单层网箱高度一般为0.5～1 m，堆叠高度一般小于3 m，水流顶冲段网箱钢筋加密处理。

4.2.1工程背景

本次以林芝市八一镇某堤防除险加固工程为例：项目区域所在河流为尼洋河，位于雅鲁藏布江中下游左岸，是雅鲁藏布江流域的五大支流之一。尼洋河流域面积为1.78万km2，干流全长为286 km，总落差为2 080 m，平均坡降为7‰。多年平均水资源量为174亿m3，河口多年平均流量为550 m3/s，水量居雅鲁藏布江流域五大支流第2位。

自2004年以来，已建成的堤防位于顶冲河段的护脚铅丝笼装块石被冲毁，混凝土脚槽不断受洪水淘刷，堤脚最大淘刷深度达3 m以上，位于顶冲河段堤脚受淘刷后发生明显的断裂和损毁，堤身浆砌石护坡垮塌，堤防破坏[9]。

4.2.2结构形式

经过相关计算论证和综合比选，最终采用桩连梁钢筋石笼护脚加固方案[10]，即保留原混凝土护脚，清理被冲毁的铅丝石笼，在距原堤脚约3.5 m处设置1 m×2.5 m(宽×高)防冲梁。在防冲梁和原堤脚之间设置两层0.6 m厚钢筋石笼，并在防冲梁临河侧设置5 m长钢筋石笼，钢筋石笼层与原护脚顶高程相同。防冲梁每间隔6 m设置混凝土方桩进行固定，在迎水易冲段加密至3 m。方桩采用0.5 m×0.5 m规格，深度采用7 m，具体布置形式见图3。

图3 桩连梁钢筋石笼护脚横断面示意

4.3 钢筋石笼丁坝应用实例

钢筋石笼丁坝多用于主流摆动较大、天然河床宽、河槽高差较大、河床比降大、岸边抗冲能力弱的河流当中。在林芝市实际应用中钢筋石笼丁坝单层网箱高度一般为0.5～1 m，堆叠高度一般小于4 m[11]，基础埋深根据冲刷深度计算结果选取。

4.3.1工程背景

本次以林芝市朗县拉多乡某堤防工程为例：工程治理河段为雅鲁藏布江右岸支流谱曲河，工程河段末端控制集雨面积为498.6 km2，河道长度为30.0 km，河道平均比降为33.0‰，该段河床组成为卵石、漂石及少量粗砂，河道宽浅散乱，心滩发育，河道主流频繁摆动，没有相对稳定的主河槽。稳定河势，使主流归槽迫在眉睫。

4.3.2结构形式

根据相关计算论证及同类工程经验，最终采用淹没式丁坝的设计方案，即在堤防迎冲段，设置丁坝，坝体采用钢筋石笼网结构，坝轴线于水流方向夹角采用60°，坝长为25 m，坝底宽为5 m，坝顶宽为3 m，层高为0.6 m，同段相邻丁坝间距100 m[12]。丁坝断面形式见图4。

图4 钢筋石笼丁坝横断面示意

5 钢筋石笼应用注意事项

5.1 水质类型

设计时需要注意对工程区环境水质类型化验分析。钢筋石笼作用场地毗邻河岸，有干湿交替作用的湿润地区，多属于三类环境条件，应根据环境水腐蚀程度，按照需求采取表面涂层、浸塑、阴极保护等措施。根据林芝市山区型河流工程施工经验，河流水质类型主要为HCO3--Ca2+型，属溶出型无腐蚀或弱腐蚀淡水，加之高海拔含氧量较沿海地区低7%左右，钢筋石笼锈蚀速度一般较慢，部分地区钢筋石笼工程运用10 a以上，未有明显锈蚀失效现象。

5.2 焊接方式

钢筋骨架焊接时要注意焊接方式和搭接长度满足相关要求。根据施工现场情况，钢筋骨架焊接方式多采用搭接焊双面焊接或者单面焊接，但是搭接长度应注意区别。双面焊接搭接长度不应小于5d，单面焊接搭接长度不应小于10d，在实际应用施工中，常常忽略搭接长度要求，而造成钢筋骨架焊接强度不足，应引起注意。

5.3 施工次序

钢筋石笼要注意沉放次序和错缝摆放。根据地区经验，多采用起吊设备沉放石笼，使用辅助吊具(吊运钢筋及吊环)将扎好的石笼吊装安置。石笼以伸缩缝间距为单元由上游侧向下游侧逐个靠接，垂直水流方向由江中向岸边逐个贴靠。局部脚槽底在枯水期水面下，可安排在最枯水的期间吊运石笼，施工时地面水深不超过0.5 m,槽底水深不超过1 m，起吊设备可布置在岸坡。土工布位于开挖沟槽低于枯水期水位的部位，铺设时可结合钢筋石笼沉放进行，利用钢筋石笼压入水底。局部水深较深的部位采用浮船结合钢桩在水中定位土工布的一端，然后向岸坡铺设。

6 结语

钢筋骨架卵漂石铅丝石笼由于其诸多优良特性在林芝市山区型河流堤防工程中应用广泛并取得良好的效果。在高海拔地区堤防工程设计方案中宜综合考虑，充分发挥材料的优点，避开缺点，优先使用或结合其他工程措施综合使用。本文主要从钢筋石笼的发展过程、特点分析、典型实例和注意事项四个层次进行探讨，为高海拔地区山区型河流堤防工程设计思路提供参考，为高原地区乡村振兴发挥积极作用。