加筋格宾挡墙在农田水利工程中的设计应用

加筋格宾挡墙在农田水利工程中的设计应用

发表时间：2016-08-10T17:14:09.410Z 来源：《基层建设》2015年30期作者：钟敏青

[导读] 近年来，加筋格宾挡墙在水利、公路、市政等工程领域应用渐广，其柔性、透水、整体性好的优点得到发挥，但作为新型挡墙形式.三门峡市水利勘测设计有限责任公司中山分公司 528400

摘要：近年来，加筋格宾挡墙在水利、公路、市政等工程领域应用渐广，其柔性、透水、整体性好的优点得到发挥，但作为新型挡墙形式，其设计方法并没有统一规范，所以本文结合实际应用对其进行了探讨。

关键词：加筋格宾挡墙；农田水利工程；设计；应用

加筋格宾挡墙是一种新式水工挡土墙，由填石的格宾网箱笼堆砌而成，具有柔性和透水性，耐冲刷，整体性好，目前已用于河道护坡、土体支挡、桥台修筑、防洪抢险等场合，与传统砌石挡墙相比，适应地基变形能力强，而且它的多孔隙结构适合生物栖息和植物种植，所以生态效果好[1，2]，在农田水利工程中应用可发挥施工简单、耐久性好、维修方便的特点，易于满足农业生产需要，因此本文对加筋格宾挡墙在农田水利工程中的设计应用进行了探讨。

1 防洪设计标准

根据《广东省中小河流治理工程格宾石笼应用技术要求（试行）》5.1.1要求，格宾石笼防护工程的防洪标准应满足《防洪标准》（GB 50201-2014）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）的要求。据GB 50201-2014表4.3.1乡村防护区的防护等级和防洪标准，防护等级为Ⅳ时防洪标准为重现期20～10年，再据表11.6.2引水枢纽、泵站等主要建筑物的防洪标准中5级的防洪设计标准重现期为10年，SL 252-2000的规定基本相同，这意味着农田水利工程的防洪标准最低不应少于重现期10年。只有临时水工建筑的防洪标准才能少于重现期10年，如SL 252-2000表3.5.1规定5级临时水工建筑的防洪标准土石结构为10～5年。如果格宾石笼用于堤防，则应按《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）规定，最低5级防洪标准为重现期20～10年。

2 加筋格宾挡墙选型

应根据技术经济性能进行选型。例如某农田水利工程初定加筋土挡墙、重力式浆砌石挡墙、钢筋石笼挡墙和加筋格宾挡墙4种挡墙形式。从技术上看，加筋格宾挡墙比另外3种的优势是墙后压力小、整体安全性好、耐久性好、便于施工，不足之处是格宾网外购，供货保证性稍差；经济上比较，以10m墙高为比较基准，重力式浆砌石挡墙每延米造价为1.35万元，加筋格宾挡墙每延米造价为1.26万元；钢筋石笼挡墙180元/m3，而加筋格宾挡墙为130元/m3。当然加筋土挡墙造价更低，但其整体安全性不能保证；从生态保护上看，环境友好、透水透气、柔韧性好、适应河床变形能力强、取材方便、无污染；因此，综合上述性能，加筋格宾挡墙以明显优势胜出。

3 加筋格宾挡墙稳定性分析

图1 格宾挡墙构件与面墙断面结构示意图

3.1 加筋格宾挡墙结构概况

格宾挡墙构件与面墙断面结构如图1所示。由图1（a）和（b）可见，格宾构件由机编六边形双绞合钢丝网制成的箱形结构，其中钢丝经厚镀高尔凡（5%铝锌合金+稀土元素）覆塑（PVC）处理，所以在水下的防腐性能极佳，耐久性非常出色。格宾构件由间隔1m的隔板分成数个单元（图1（a）为2个单元，实际上可根据需要选择单元数，例如4个单元）。面板边框选用更粗的钢丝（见图1（a）中粉红色线所示），运输到施工现场以后填充100～300mm石料（空隙率不少于30%），堆砌成图1（c）的样式，就成为透水、柔性、整体性的结构。一般情况下，宽度 =1m，高度 =0.5m或1m，长度 =2～6m。

3.2 六边形双绞合钢丝网长期允许抗拉强度的计算

六边形双绞合钢丝网的长期允许抗拉强度按计算，其中为六边形双绞合钢丝网极限抗拉强度，、、分别为受到制造差异、施工损伤和环境影响而产生的折减系数，一般 =51kN/m， =1.2， =1.05（砂土与粉砂黏土）或1.25（砾石土）， =1.10（土壤pH=4～9）。

3.3 六边形双绞合钢丝网-土作用系数的确定

六边形双绞合钢丝网-土之间的相互作用系数应通过抗拔试验确定，但国内目前尚无这样的试验标准，所以可参照土工格栅的抗拔试验方法进行确定。根据不同土质，可采用下面的数据：内摩擦角≥34°的砾石类土， =0.90；内摩擦角≥30°的级配良好的砂土， =0.65；内摩擦角≥28°的黏土、细砂， =0.40。

3.4 加筋格宾挡墙稳定性分析

加筋格宾挡墙结构稳定性分析一般分为内部稳定性分析和整体稳定性分析两部分。内部稳定性分析可采用极限平衡理论，分析挡墙结构内筋材拉断破坏和筋材抗拔出破坏。整体稳定性分析可采用毕肖普法。然后利用加筋土设计软件Macstars进行计算分析。下面以某农田水利河道岸坡整治工程为例说明。

河道水深0.5～1.5m，宽约20m，岸坡高2.0～4.0m，岸坡坡度20～30°。岸坡下部为砾石砂土，上部为第四系上更新统重壤土。由于河水冲刷，边坡不稳，易发生垮塌，整治思路是削坡护砌处理，河道采用梯形复式断面形式，两级护坡坡度均为1：1，下部采用浆砌石挡墙结构，上部采用加筋格宾挡墙结构。根据地质勘查报告确定地基承载力为150kPa。经Macstars软件计算分析，加筋格宾挡墙结构内部稳定性在施工期水位、正常蓄水位、洪水位三种工况下的安全系数分别为1.406、1.436、1.412，加筋格宾挡墙结构整体稳定性在三种工况下

的安全系数分别为1.506、1.538、1.511，岸坡整体稳定性在三种工况下的安全系数分别为1.821、3.814、2.296。根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）表3.2.3防护4级在正常运用条件、非常运用条件Ⅰ、非常运用条件Ⅱ情况下，边坡抗滑稳定安全系数允许值分别为1.25、1.15和1.10，可见该工程在三种工况下的安全系数都满足规范要求。

4 加筋格宾挡墙优化设计

4.1 优化设计的必要性

由图1（c）可见，加筋格宾挡墙结构承受土压力的主体就是格宾网箱，所以箱体尺寸影响挡墙结构的稳定性和工程投资[3]。不难理解，挡墙厚度越大，结构稳定性和安全性越好，而且挡墙变形程度也越小，但这样一来格宾网用量增加，工程投资也必然增加，所以优化箱体尺寸不仅非常必要，而且重要。

4.2 优化设计方法

利用价值工程选择性价比最优的方案。根据价值工程，当采用最低的寿命周期成本能够实现必要的功能，则其价值最高。以表示能够满足需求的功能，表示实现功能所需成本，那么就称之为价值。例如拟定 =1m和0.5m， =0.5m、1.0m、1.5m和2.0m，可得到8种尺寸组合。假定六边形双绞合镀锌覆塑格宾网单价为10元/m2，可根据8种方案的用网面积算出它们的造价，如方案1的 =1m×0.5m的用网面积为7.5 m2，网价即75元。再采用加筋土设计软件计算抗滑安全系数，如方案1的安全系数为1.300，总造价为300元。然后按安全系数和总造价算出价值系数 =0.0043。该方案并非最佳，但已满足功能需要，而更高的方案存在功能过剩问题，所以最终选择该方案。

5 结语

加筋格宾挡墙不同于传统挡墙，具有较好的柔性，所以能适应各种地基条件，而且具透水性，又能适应水下施工，这些特点决定了它用于农田水利工程效果非常好，因此加筋格宾挡墙应用前景广阔，值得在农田水利工程中推广应用。

参考文献：

[1] 程燕. 浅谈水工挡土墙在工程设计中的应用[J]. 水利科技与经济，2012，18（2）：33-34.

[2] 张慧霞，王建平. 加筋格宾挡墙在黄金坪砂石系统防护工程设计中的应用[J]. 水电站设计，2011，27（3）：41-45.

[3] 朱宏伟，项琴. 格宾挡墙的变形控制对策及尺寸优化设计[J]. 水文地质工程地质，2015，42（4）：85-89.