高寒地區石籠護岸破壞形式及機理

馬玉軍 張勇 李俊 李鵬飛

摘 ?要：近年來，鉛絲石籠、格賓石籠作為生態型材料，因其適應變形能力強、可冬季施工、可采用沉排方式對水下岸坡進行護砌、綠色環保等優點，已廣泛應用于北方高寒地區的護岸工程。但因高寒地區護岸基礎凍融、石籠受冰推、冰拔、冰切、水流沖刷等原因，產生不同形式的破壞，根據其破壞形式分析破壞原因，提出預防補強措施，以供類似工作參考。

關鍵詞：高寒地區;石籠護岸;破壞

中圖分類號：TV49 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）02-0041-02

Abstract： In recent years， as ecological materials， lead wire stone cage and Gebin stone cage have been widely used in bank revetment projects in northern alpine areas because of their strong ability to adapt to deformation， construction in winter， protection of underwater bank slope by sunk row， green environmental protection and so on. However， due to the freezing and thawing of the revetment foundation in the alpine area， the stone cage is pushed by ice， ice pull-out， ice cutting， water erosion and other reasons， there are different forms of damage. According to the failure forms， the damage causes are analyzed， and the preventive and reinforcement measures are put forward， which can be used as a reference for relevant work.

Keywords： high and cold area; stone cage revetment; damage

引言

石籠護砌結構最早起源于2000多年前的竹籠，李冰父子在都江堰工程中首次應用，16世紀歐洲工程師采用意大利石籠（柳條籃）加強軍事炮臺和加固河堤，鋼筋材料廣泛應用后，鋼筋石籠被應用在工程中，隨著現在化工業技術發展，新工藝、新技術、新材料取代竹子、柳條和鋼筋，發展成為新型生態格網結構，主要有鉛絲石籠、格賓石籠。20世紀90年代末至21世紀初，我國南方地區江河堤防和水庫護坡、護岸工程開始使用，并逐步推廣。近年來，鉛絲石籠、格賓石籠作為生態型材料，逐漸應用于北方高寒地區的護坡、護岸工程，并在黑龍江三江治理工程、界河護岸工程中得到廣泛應用。

1 石籠結構型式

石籠結構主要包括網箱和填充石料兩部分，網箱為格網綁扎組成的箱型結構，格網為金屬線材采用機械編織成六絞狀、六邊形網孔的片狀結構。金屬線材為抗腐蝕、耐磨損、高強度的低碳熱鍍鋅鋼絲、鋁鋅混合稀土合金鍍層鋼絲，包覆PVC或經高抗腐處理的以上同質鋼絲。填充石料就地取材，常見的有鵝卵石，碎石等，填充石料要滿足一定強度，同時保證填充密實度。石籠鋪設完成后，可在石籠表面覆蓋一層土壤或者待自然沉積形成土壤，就可以生長草等綠色植物，這樣不僅達到防護功效，而且綠化環境。

2 主要破壞形式

對黑龍江現狀護岸工程調查，總結發現石籠護岸破壞形式主要有3種。

2.1 護岸基礎破壞，石籠移位，整體穩定破壞

護岸基礎破壞形式主要為凍脹破壞，護岸基礎破壞后，岸坡產生坍塌和滑坡，導致石籠整體塌陷或向河道方向滑動，整體受力平衡狀態被破壞，石籠結構隨著岸坡變形、坍塌。

2.2 石籠網箱破壞，填充石料被水流沖散

石籠網箱破壞主要為格網本身破壞和格網連接破壞，高寒地區，冬季河道表面形成深厚的冰蓋，冰蓋形成過程中，對石籠護岸產生冰推作用，當溫度連續升高時，冰蓋膨脹，擠壓石籠結構，產生較大或壞應力。

石籠護岸與冰蓋凍結在一起形成一定凍結強度后，氣溫驟降或河道水位上升或下降時，冰體收縮，冰蓋上移或下沉，對護岸產生強大的冰拔力，解凍期，由于河道中心水流流速大，河道中心處冰蓋較岸坡處冰蓋先融化，岸坡處冰蓋有隨水流流動的趨勢，同樣會產生強大的冰拔力。

待冰蓋融化一定程度后，石籠護岸與冰蓋分離，但冰蓋由于風浪作用，會破碎形成冰凌塊，冰塊隨風浪飄動，直接撞擊護岸，造成撞擊切割破壞。

在各種破壞應力的作用下，石籠網箱箱體金屬絲或綁扎金屬絲斷裂，石籠網箱解體，填充石料被水流沖散，整個石籠護砌結構破壞。

2.3 填充石料流失

石籠結構在外力長期的作用下，雖然格網金屬線材沒有產生斷裂破斷，但石籠格網發生變形，部分網孔變大，同時填充石料在水流沖刷和冰凍的作用下逐漸崩解、塊徑變小，經風浪淘刷部分填充石料鉆出格網，被水流帶走，石籠內填充石料體積逐漸減少，石籠塌陷，進而破壞。

3 破壞機理

針對以上提出的三種破壞形式，分別分析其破壞機理，總結如下：

3.1 護岸基礎破壞機理

護岸岸坡土體含水率達到一定比例時，在負氣溫作用下，土體中水分變成冰的過程中，體積膨脹而使土體產生凍脹現象，經反復凍融，部分岸坡土體出現隆起塌陷，甚至內部結構破壞，整個岸坡出現滑動、坍塌。

3.2 石籠網箱破壞機理

石籠網箱破壞機理主要為石籠護岸在冰蓋及流冰的作用下，受到冰蓋的擠壓力、冰拔力及冰塊的切割力。前兩種破壞力主要對石籠結構的整體性，石籠在冰蓋的擠壓力和冰拔力作用下，局部石籠發生相對基礎面的滑動，出現局部隆起或塌陷。加大網箱之間的作用力，當網箱之間的連接結構損壞后，整個石籠結構解體。

當作用在鋼絲上的切應力大于其抗沖剪強度時，鋼絲被切壞，網箱損壞，填充石料流失，護岸結構破壞。

3.3 填充石料流失破壞機理

填充石料流失一方面是因為石籠結構在外力長期的作用下，雖然格網金屬線材沒有產生斷裂破斷，但部分石籠格網發生變形，致使部分網孔變大。同時填充石料質地不夠堅硬或體積較小，在高速水流沖刷和冰凍的作用下，塊石之間不斷摩擦，水流不斷沖蝕，石料體積不斷減小，經風浪淘刷部分填充石料鉆出格網，被水流帶走，石籠內填充石料體積逐漸減少，石籠塌陷，進而破壞。

4 結束語

（1）石籠結構適應變形能力強，可冬季施工，可采用沉排方式對水下岸坡進行護砌，其上可以覆土長草，具有綠色環保等優點，適合應用于北方高寒地區的護岸工程。

（2）石籠護岸雖然會產生各種形式的破壞，但可以通過采用相應措施進行補強。

a.護岸基礎破壞補強措施

采取適當的排水措施，降低岸坡土體含水量，使其在進入凍結期前，土體中含水率低于起始凍脹含水濾。在護岸基礎和石籠護岸之間設置過渡層，避免岸坡土體流失。

b.石籠網箱破壞補強措施

通過一定錨固措施，增加石籠護岸和岸坡基礎的整體，削弱冰蓋擠壓及冰拔力引起的局部石籠發生相對基礎面的滑動，降低網箱之間的作用力。適當增加網箱網面鋼絲、邊絲及綁扎鋼絲直徑，增加石籠網箱之間的連接力和格網抗剪切破壞強度。

c.填充石料流失補強措施

一方面可以通過嚴格控制填充石料質地及體積，增加其抗沖蝕和冰凍強度，一方面可以在石籠上覆土，待其形成植被，避免水流直接沖刷。

（3）綜上所述，石籠結構是一種實用的護砌形式，通過采取一定措施補強后，可以防止各種冰凍荷載，適合高寒地區護岸工程。

參考文獻：

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