中小河流治理中賓格石籠護(hù)坡技術(shù)研究

鄭 麗

(沈陽市康平縣自然資源保護(hù)與行政執(zhí)法中心，遼寧 康平 110500)

混凝土擋墻、漿砌石擋墻等為傳統(tǒng)的確保中小河流行洪安全的護(hù)岸形式，這種護(hù)岸具有較高的成本，可對(duì)河流的系統(tǒng)循環(huán)和生態(tài)環(huán)境造成一定破壞，從而引發(fā)一系列的生態(tài)問題。護(hù)岸工程應(yīng)考慮使用要求、施工條件以及地形地質(zhì)等因素，結(jié)合波浪、潮汐、水流特性選用墻式、坡式或其它護(hù)岸形式。在滿足防洪與結(jié)構(gòu)安全的條件下，充分利用當(dāng)?shù)夭牧线x擇生態(tài)護(hù)岸，以達(dá)到美化環(huán)境、降低成本和維護(hù)水系統(tǒng)循環(huán)的要求[1-3]。所以，中小河流治理工程要盡量選用生態(tài)護(hù)岸形式，在達(dá)到防洪要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)人水和諧、固腳護(hù)岸、生態(tài)景觀效果和抗沖刷能力顯著增強(qiáng)的目的[4]。

新型生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)能夠提供一定的景觀觀賞價(jià)值，并為生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)創(chuàng)設(shè)適宜的條件，這充分體現(xiàn)了水生態(tài)文明和人類“返璞歸真、回歸自然”的治理理念。將格賓石籠護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用于中小河流治理工程，有利于水生植物的生長繁衍、物種多樣性的增加、河流系統(tǒng)與周邊環(huán)境的信息交流，以及形成良好的水生態(tài)景觀[5-6]。

1 賓石籠護(hù)坡技術(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)形式

格賓石籠護(hù)坡以古代筑龍結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將符合功能要求的塊體材料填充至網(wǎng)格組成的箱體內(nèi)，以此形成兼具環(huán)境效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)以及傳統(tǒng)安全性、耐久性的新型柔性結(jié)構(gòu)。

1.2 特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)(如漿砌石、混凝土等)多存在施工質(zhì)量難以控制、施工速度慢、生態(tài)不友好以及無法適應(yīng)較大地基變形等特點(diǎn)，對(duì)此格賓石籠具有以下優(yōu)勢(shì)：

1)生態(tài)環(huán)保性：格賓石籠結(jié)構(gòu)存在高透水性、高孔隙率的典型特征，水流、土壤與生物之間相互涵養(yǎng)，工程建設(shè)對(duì)原生物棲息環(huán)境的影響較低，本土生物可以較好的生存于建后的環(huán)境；同時(shí)，坡上植綠能夠有效防治土壤侵蝕，減少對(duì)土體的干擾，且充分利用河內(nèi)塊石，便于就地取材[7]。

2)投資成本低：格賓網(wǎng)、石塊等為構(gòu)成格賓石籠擋墻的主要工程量，在石料豐富地區(qū)相比同類產(chǎn)品其造價(jià)更低；此外，人工機(jī)械相配合開展大規(guī)模施工的格賓網(wǎng)工程，較傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)其施工效率更高，有利于降低人力成本[8]。

3)施工方便：格賓石籠存在施工速度快、操作簡單、抗沖刷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且完工后無需專門的養(yǎng)護(hù)。

4)安全可靠：以鋼絲網(wǎng)箱為主體的格賓石籠柔性結(jié)構(gòu)，其具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)變形適應(yīng)性、柔韌性，可以形成有效護(hù)坡、固坡的整體透水結(jié)構(gòu)，在一定程度上抵抗沖刷與風(fēng)浪沖擊。

5)整體性好：采用絞合鋼絲將相鄰雙絞網(wǎng)格連成一體組成的格賓石籠蜂巢狀網(wǎng)格，其連接緊密且整體穩(wěn)定性較強(qiáng)。

1.3 施工工藝

根據(jù)以下流程完成格賓石籠施工，開挖基槽、地基處理、鋪設(shè)網(wǎng)墊、測(cè)量放線、鋪設(shè)格賓網(wǎng)、填充石料、箱體封蓋、植被施工，該過程要配合人工輔助施工，并確?；恋拿軐?shí)度及其質(zhì)量。為了達(dá)到預(yù)期的防護(hù)效果以及保證石籠網(wǎng)箱牢固的被石塊填充，施工時(shí)石籠網(wǎng)的網(wǎng)孔不應(yīng)超過塊石直徑，否則極易引起塊石掉落、網(wǎng)箱變形坍塌等問題[9-10]。

2 實(shí)例應(yīng)用

文章以遼河蘭家街險(xiǎn)工治理工程為例，蘭家街險(xiǎn)工位于康平縣兩家子鄉(xiāng)境內(nèi)，遼河康平段右岸、遼河大斷面L202-L203之間。受近幾年洪水淘刷影響，蘭家街險(xiǎn)工發(fā)生大面積兌岸嚴(yán)重等險(xiǎn)情。根據(jù)現(xiàn)狀險(xiǎn)工存在問題，本工程擬對(duì)遼河干流康平段蘭家街險(xiǎn)工進(jìn)行治理，險(xiǎn)工治理共計(jì)710m， 主要建設(shè)內(nèi)容為新建平順護(hù)岸710m，新建石籠丁壩7座。

2.1 方案比選

目前，護(hù)岸型式主要有墻式、坡式兩類。由于治理河段比降大，水流流速大，兩岸沖刷岸坎均為直立岸坎，從工程的角度分析，坡式較墻式護(hù)岸存在挖填土方量大、工程投資多、整體作業(yè)面積大等不利因素；從生態(tài)環(huán)境角度分析，坡式護(hù)岸對(duì)現(xiàn)狀地形擾動(dòng)面大，在挖填土方里相同的前提下，坡式護(hù)岸與墻式護(hù)岸相比，其工程的永久占地、臨時(shí)占地更多。

考慮到遼河康平段比降大、水流流速大的特點(diǎn)，墻式護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式選取要充分考慮抗沖刷的特點(diǎn)，因此選取固濱籠擋墻、漿砌石擋墻、機(jī)織土石籠袋擋墻進(jìn)行比選，如表1所示。

表1 護(hù)岸形式比選

續(xù)表1 護(hù)岸形式比選

方案一：固濱籠護(hù)岸。格賓石籠護(hù)岸能夠承受較大的變形而保持穩(wěn)定，其滲透性良好，能夠有效減少流體靜力造成的損害；此外，節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用，運(yùn)輸過程中可以折疊起來，運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)裝配，施工簡便，不需特殊技術(shù)；抗惡劣氣候影響、耐腐蝕及抵御自然破壞能力極強(qiáng)，石頭與籠子間隙中的淤泥為植物生長提供有利條件，并與周邊環(huán)境有機(jī)融合，但對(duì)裝填石料有粒徑要求，中部厚度≥15cm，該方案每公里建筑工程投資約56萬元，如圖1所示。

圖1 格賓石籠護(hù)岸

方案二：垂直土石籠袋護(hù)岸。這種護(hù)岸屬于生態(tài)工法，其綠化植生及穩(wěn)定性較鉛絲石籠更好，較好的滲透性可以實(shí)現(xiàn)自由排水，能夠減少或排除土壤不穩(wěn)定的可能；此外，其變形能力或柔軟度較好，可以承受地面沉陷而保證整體安全；本材質(zhì)的耐久性、抗老化及抗凍性良好，在惡劣環(huán)境條件下提高工程的適用性和耐久性；可就地取材，對(duì)裝填料無粒徑要求，有利于舒緩河道淤積量、減少土方外運(yùn)引起的污染，通過搭配綠化植生有可促進(jìn)人文與自然景觀互動(dòng)，對(duì)改善通水?dāng)嗝姘l(fā)揮著積極作用，可大幅減少水泥叢林沖擊環(huán)境。施工現(xiàn)場(chǎng)組立簡單迅速，可適應(yīng)偏僻窄道，無須鋪設(shè)大型便道，施工對(duì)環(huán)境沖擊??；另以機(jī)械填放填料，快速、安全性高，方案每公里建筑工程投資約87萬元，如圖2所示。

圖2 土石籠袋護(hù)岸

方案三：漿砌石墻護(hù)岸。漿砌石墻護(hù)岸具有整體性好，抗沖抗壓強(qiáng)度高特點(diǎn)，耐久性好，但易產(chǎn)生跨塌，斷裂等破壞，對(duì)基礎(chǔ)要求較高，需布設(shè)排水孔，對(duì)基礎(chǔ)、施工技術(shù)、砌筑塊石粒徑、強(qiáng)度要求較高，該方案每公里建筑工程投資約75萬元，如圖3所示。

圖3 漿砌石墻護(hù)岸

結(jié)合以上方案比較結(jié)果以及工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從工程角度分析固濱籠方案優(yōu)點(diǎn)較多，抗沖性好，不易產(chǎn)生跨塌、斷裂等破壞，對(duì)基礎(chǔ)要求較小、耐久性好、對(duì)施工人員要求不高，在河道的上中下游中適用范圍較廣；從改善生態(tài)環(huán)境角度分析，固濱籠方案都有易于植被生長，因此選擇固濱籠方案。

2.2 參數(shù)設(shè)計(jì)

1)護(hù)頂寬度：護(hù)頂寬度是指從護(hù)坡頂部沿垂直河岸方向向河岸灘延伸的長度。為保證護(hù)岸工程安全穩(wěn)定，護(hù)坡與河岸灘應(yīng)牢固緊密結(jié)合。按照《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求，確定石籠尺寸。護(hù)坡頂高程的確定，當(dāng)現(xiàn)狀灘頂高程低于5a設(shè)計(jì)水位時(shí)，直接護(hù)至岸坡頂部；當(dāng)現(xiàn)狀灘頂高程高于5a設(shè)計(jì)水位時(shí)，護(hù)至5a設(shè)計(jì)水位上0.5m，同時(shí)還應(yīng)綜合考慮岸坎上下高度關(guān)系、布置岸線的防護(hù)高度，使工程防護(hù)措施更經(jīng)濟(jì)、更合理。

2)護(hù)腳寬度確定：無直接計(jì)算公式，結(jié)合東北地區(qū)長期應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，取3-5倍的斜沖的沖刷深度。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，按照以下公式確定防護(hù)工程產(chǎn)生的沖刷深度：

(1)

式中：α為岸坡與水流流向的交角，°；△hp為局部沖刷深度，m；m為迎水面邊坡系數(shù)；d為坡腳處土壤計(jì)算粒徑，m；g為重力加速度，m/s2；Vj為水流的局部沖刷流速，m/s，結(jié)果如表2所示。

表2 沖刷深度統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)沖刷深的計(jì)算結(jié)果確定各段護(hù)岸護(hù)腳的水平防護(hù)寬度為5m。綜上分析，工程布置中，河道臨近主槽側(cè)的岸坡選定固濱籠方案防護(hù)至現(xiàn)狀岸頂。河道臨近右岸管理路側(cè)的岸坡選定固濱籠與生態(tài)護(hù)坡相結(jié)合的方案，岸坡防護(hù)至常水位(常水位流量選取70m3/s，通過水位流量關(guān)系確定常水位為設(shè)計(jì)河底以上1m)，常水位以上岸坡防護(hù)采用生態(tài)護(hù)坡，防護(hù)至現(xiàn)狀岸頂，如圖4所示。

固濱籠擋墻背水側(cè)鋪設(shè)400g/m2的土工布進(jìn)行反濾，固濱籠擋墻基礎(chǔ)下設(shè)100mm砂墊層，固濱籠網(wǎng)箱單體規(guī)格為2.0m×1.0m×1.0m，網(wǎng)箱沿水流方向上每隔1.0m設(shè)置一道隔片。網(wǎng)箱采用機(jī)械編制網(wǎng)籠，網(wǎng)孔尺寸130mm×150mm。護(hù)腳防護(hù)型式采用綠濱墊水平防護(hù)，水平防護(hù)寬度為5m。綠濱墊水平防護(hù)網(wǎng)箱單體規(guī)格分別為5.0m×2.0m×0.45m，網(wǎng)箱沿水流方向上每隔1.0m設(shè)置一道隔片，下設(shè)400g/m2的土工布進(jìn)行反濾、100mm砂墊層。

圖4 岸坡防護(hù)橫斷面圖

2.3 施工要求

1)降排水施工：結(jié)合工程實(shí)際，雖然將治理河段采用圍堰阻水，但是建設(shè)過程中仍存在積水的問題，為有效防止因人為干擾致使地基承載力不符合要求的情況，基礎(chǔ)開挖過程中就要處理好降排水問題。

2)錯(cuò)峰搭接：在土工布鋪設(shè)完成后，采用人工鋪設(shè)石籠網(wǎng)，人工選石、修石、砌筑、填縫、找平及封口；石料由石料場(chǎng)購進(jìn)，場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸采用膠輪車。石籠網(wǎng)為熱鍍鋅低碳鋼絲涂塑成品，由廠家直接購進(jìn)，人工進(jìn)行網(wǎng)箱內(nèi)塊石砌筑及封口，要求塊石砌筑整齊、密實(shí)，錯(cuò)縫無通縫。

3)生態(tài)網(wǎng)箱：網(wǎng)箱隔網(wǎng)為單層，隔網(wǎng)沿長度方向布置，間距1.0m。網(wǎng)片網(wǎng)孔為13cm×15cm，采用鋅-5%鋁-混合稀土合金鋼絲，網(wǎng)面鋼絲直徑2.5mm，邊絲直徑3.0mm，扎絲直徑2.2mm；鋼絲直徑2.2m、2.5m、3.0m鍍層重量≥215g/m2、230g/m2、245g/m2。

4)外觀要求：格賓石籠砌體要符合外露面平整美觀、線性設(shè)計(jì)合理等要求，特別注意曲線段的施工控制以保證線形美觀。

5) 苗木栽植：選用適合當(dāng)?shù)厣L的灌木品種紫穗槐，人工進(jìn)行挖樹坑、栽植、澆水、覆土保墑、清理雜物等工作，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，提高成活率，為保證植草綠化面積及效果，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)植，并做好防病害處理。

3 結(jié) 論

格賓石籠具有生態(tài)環(huán)保、適應(yīng)性強(qiáng)、便于施工、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、防洪安全等工程中發(fā)揮著巨大作用，且符合水生態(tài)文明建設(shè)以及人們對(duì)水清、岸綠、景美、河暢的景觀要求。工程實(shí)際中，格賓石籠規(guī)格尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮不同地質(zhì)、地形條件，充分利用當(dāng)?shù)夭牧霞皽p少投資成本。

遼河蘭家街險(xiǎn)工治理工程的實(shí)施有效的控制了河勢(shì)，有利于加大河道行洪斷面，平順河勢(shì)，確保了水文斷面所監(jiān)測(cè)和收集水文數(shù)據(jù)及成果準(zhǔn)確性、合理性；同時(shí)，有利于防護(hù)兩岸耕地、林地、植被灘地岸坎，保護(hù)生物多樣性的植被緩沖帶不被侵蝕，為減少水土流失、防止河床沖刷，穩(wěn)定河流流域內(nèi)良好的生態(tài)系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。