淺析大凌河石籠護(hù)岸工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用

胡 艷

（沈陽順源德工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110000）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，加速農(nóng)村中小河流綜合治理，對(duì)推動(dòng)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)具有重要意義。十九大報(bào)告中重點(diǎn)關(guān)注農(nóng)村發(fā)展、農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)，堅(jiān)定走生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)、生活環(huán)境。因此，針對(duì)農(nóng)村河道岸坡受水流沖刷破壞的問題，通過建設(shè)生態(tài)護(hù)岸，保護(hù)岸坡，保證河道原有的行洪斷面，恢復(fù)河道生態(tài)功能，通過農(nóng)村河道治理與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)有機(jī)結(jié)合，加速社會(huì)主義新農(nóng)村的建設(shè)。本文以大凌河支流農(nóng)村段河道治理為背景，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)生態(tài)護(hù)岸方案及石籠型式進(jìn)行對(duì)比。

1 工程概況

大凌河是遼寧省西部地區(qū)最大的河流，上游分南、西兩支，南支發(fā)源于遼寧省建昌縣要路溝鄉(xiāng)水泉溝，西支發(fā)源于河北省平泉縣宋營(yíng)子鄉(xiāng)泉子溝，兩支在喀左縣大城子鎮(zhèn)東南匯合后，流經(jīng)朝陽縣、朝陽市區(qū)、北票市、義縣、凌海市，于盤錦市與凌海市交界處注入渤海。大凌河在遼寧省境內(nèi)面積為19998 km2，占全流域面積的86%，大凌干流（含源頭區(qū)）河道全長(zhǎng)522 km（南支河長(zhǎng)108 km，西支省內(nèi)河長(zhǎng)75 km，南、西支匯合口至入?？诤娱L(zhǎng) 339 km）[1]。

大凌河流域涉及遼西5市10縣7區(qū)，中上游以險(xiǎn)工治理為主，規(guī)劃既要滿足防洪減災(zāi)的需求，也要滿足維護(hù)河流健康的要求。項(xiàng)目區(qū)基本情況見表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)基本情況表

2 護(hù)岸型式比選

2.1 方案比選

結(jié)合目前常用的護(hù)砌材料和工程的具體情況，對(duì)石籠護(hù)岸、生態(tài)混凝土、植草磚這三種護(hù)岸型式進(jìn)行方案比選[2]，見表2。

表2 生態(tài)護(hù)岸形式比選

由于工程所在地施工基礎(chǔ)條件差，項(xiàng)目資金有限，故選擇石籠護(hù)岸。

2.2 石籠護(hù)岸型式

結(jié)合四個(gè)項(xiàng)目區(qū)的不同情況，提出四種不同型式的護(hù)岸石籠。具體為：下三家河的貼坡石籠直立基礎(chǔ)（圖1）、顧洞河的直立式擋墻（圖2）、滲津河的直立式石籠水平防護(hù)（圖3）、滲津河的貼坡石籠水平防護(hù)（圖4）、細(xì)河的貼坡石籠水平防護(hù)（圖5）。

圖1 下三家河貼坡式石籠直立基礎(chǔ)

圖2 顧洞河直立式擋墻

圖3 滲津河直立式石籠水平防護(hù)

圖4 滲津河貼坡式石籠水平防護(hù)

圖5 細(xì)河貼坡式石籠水平防護(hù)

通過多年大凌河支流工程治理實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出：岸坡陡峭、空間不足處選用直立式石籠，坡緩、空間充足處選用貼坡式石籠，而石籠岸坎后是允許淹沒過水，但不允許破壞，故防護(hù)高度可根據(jù)具體現(xiàn)狀實(shí)際岸坎高度確定。

3 石籠護(hù)岸設(shè)計(jì)

3.1 沖刷深度計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）的沖刷計(jì)算公式確定石籠的埋深，四種形式?jīng)_刷分別見表3。分別計(jì)算項(xiàng)目中險(xiǎn)工段各斷面沖刷深度，確定平均沖刷深度，綜合考慮項(xiàng)目區(qū)情況確定取值[3]。考慮施工工藝要求，采用水平石籠防護(hù)取代垂直埋深的，水平防護(hù)寬度為3倍沖刷深度。局部沖刷深度計(jì)算公式為：

式中：hs為局部沖刷深度，m；Ucp為近岸垂線平均流速，m/s；Uc為泥沙的啟動(dòng)流速，m/s；Hp為沖刷處的水深，m；n為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取1/4～1/6。

表3 沖刷計(jì)算表

由表3可知：四條河道典型局部沖刷深度，分別取多處位置計(jì)算平均沖刷深度，綜合考慮顧洞河石籠工程埋深取1.3 m，下三家河石籠工程埋深取1.5 m；滲津河、細(xì)河埋深均取2.0 m，水平石籠防護(hù)長(zhǎng)取6 m。

3.2 護(hù)岸設(shè)計(jì)

石籠網(wǎng)箱采用直徑10號(hào)鍍鋅鐵絲線編制而成（其中邊絲和揪子裸線直徑3.2 mm，網(wǎng)絲裸線直徑2.7 mm），項(xiàng)目不同石籠網(wǎng)箱具體尺寸不同，石籠之間應(yīng)縱橫交錯(cuò)避免出現(xiàn)“通縫”，同時(shí)采用揪子雙線綁扎。網(wǎng)箱內(nèi)塊石由人工砌筑，塊石粒徑介于15 cm～30 cm，粒徑較小的塊石擺放在網(wǎng)箱中部，網(wǎng)箱空隙率不大于30%，塊石強(qiáng)度不小于30 MPa。貼坡式石籠坡比不宜大于1∶2，直立式石籠錯(cuò)臺(tái)不宜小于0.3 m。

（1）護(hù)坡石籠防護(hù)厚度計(jì)算

以滲津河坡式石籠水平防護(hù)為例，根據(jù)下列公式計(jì)算石籠防護(hù)工程中填石的平均粒徑Dm，當(dāng)用于河道轉(zhuǎn)彎處外側(cè)填石Dm乘以系數(shù)1.2[4]。

式中：Dm為填石的中值粒徑，50%的填石粒徑超過該值；S0為粒徑安全系數(shù)，本次取1.5；CS為填石穩(wěn)定系數(shù)，大多數(shù)情況為0.1；Cv為流速分布系數(shù)，Cv≥1.0，在堤和混凝土渠道的端部一般為1.25；d為流速V處局部水深（m），本次取4.80；γS為填石的重度，kN/m3，本次取 25 kN/m3；γw為水的重度，kN/m3，本次取9.8 kN/m3；V為斷面評(píng)價(jià)流速，m/s，通常取水面以下0.6倍水深處流速，或者取0.2倍、0.8倍水深處流速平均值，本次取3.2；g為重力加速度，為9.81 m/s2；K1為邊坡修正因子，坡度1∶1 取 0.46，1∶1.5 取 0.71，1∶2 取 0.88，1∶3 取 0.98，1∶4以上取1.0。

經(jīng)上式計(jì)算后，所用的填石中值粒徑為0.1 m，根據(jù)實(shí)際情況，填石粒徑采用15 cm～30 cm之間，網(wǎng)孔尺寸為11 cm×13 cm。填石粒徑確定后，確定護(hù)坡厚度。

式中：t為護(hù)坡的最小厚度。實(shí)際使用中應(yīng)選用厚度不小于t的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格防護(hù)網(wǎng)墊。

經(jīng)計(jì)算，t為0.2 m，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、防護(hù)安全和施工等因素的影響，確定護(hù)坡厚度為0.4 m。

（2）護(hù)岸工程穩(wěn)定計(jì)算

對(duì)照土壤類型，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）中的規(guī)定，在正常運(yùn)用條件下，土坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取1.10。計(jì)算以瑞典條分法（即圓弧法）為原理，使用理正5.1版邊坡穩(wěn)定分析軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 護(hù)岸抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算表

由表4可知，上述石籠型式均滿足穩(wěn)定性要求。貼坡式坡比大于1∶2及直立式錯(cuò)臺(tái)大于0.3 m的情況下，所求得的最小安全系數(shù)Ks大于最小安全系數(shù)1.10。

（3）綠化工程

貼坡式石籠坡面可覆蓋種植土，厚度大于0.5 m，種植植物，利用綠色植物根系與石籠空隙土壤相結(jié)合，起到防洪固坡的作用，可有效增大綠化面積。綠化工程既能防止河岸坍塌和水土流失，還能使水域、岸坡與土壤之間相互結(jié)合，凈化水質(zhì)，為不同的動(dòng)植物棲息營(yíng)造出適宜的環(huán)境條件，形成豐富、穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。

4 結(jié)語

大凌河支流河流水量較少，季節(jié)性特點(diǎn)突出，彎曲河段汛期沖刷嚴(yán)重，其中支流更為明顯，而石籠護(hù)岸主要應(yīng)用在河道險(xiǎn)工中。隨著技術(shù)的不斷成熟，石籠應(yīng)用型式也逐漸變化。在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，農(nóng)村河道護(hù)岸工程中石籠基礎(chǔ)部分水平式較直立式更為適用，同時(shí)石籠護(hù)岸工程與綠化工程可結(jié)合應(yīng)用。以接近自然、模擬自然為建設(shè)理念，充分考慮動(dòng)植物的生存環(huán)境，護(hù)岸工程與生態(tài)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，對(duì)建設(shè)“水清、灘綠、岸穩(wěn)、景美”的生態(tài)自然河道及實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略具有重要意義。