石籠網技術在河道攔水壩建設中的應用

周連兄

(北京林豐源生態環境規劃設計院有限公司，北京 100083)

1 石籠網技術簡介

石籠網最早起源于中國。早在2000多年前，我國勞動人民在修筑都江堰時就使用了大量竹編石籠擋水筑壩，這也是世界上已知最早的石籠網雛形。16世紀英國出現裝滿泥土的柳條筐，主要用于炮兵陣地掩體；17世紀日本首次將石籠網應用于防洪除險工程；18世紀初，意大利出現袋狀石籠網，用于修補和加固河堤。

現代石籠網技術在國外廣泛應用于河道護坡、橋臺修筑、土體支撐、海洋工程防護等。國內對于石籠網技術的應用與研究目前處于初步階段，在河道治理、邊坡支護、基坑支護、山體掛網噴漿、道路隔離護欄、景觀綠化等領域均有應用。與砌石、素混凝土等不能承擔拉應力的圬工工程比較，柔性的石籠結構具有發生彎曲變形而不致脆性斷裂的優點，可承受一定拉力并能防止結構性失效失穩，變形后結構可自行調整平衡，避免出現裂縫[1-2]。在河道治理中采用石籠網護岸，不但能滿足常水位基礎防沖和設計洪水不越堤的要求，提高堤壩穩定性，而且可以保留河道水體和周邊環境的物質交換，為動植物提供生存空間，凈化水質、防止水土流失，保護周圍生態環境[3-4]，具有良好的生態性。此外，石籠網還具有施工簡易、運費少、對周圍環境要求不高、適應性強等優點[5]。

現代石籠網一般為熱鍍鋅低碳鋼絲、鋅鋁合金鍍層低碳鋼絲、鋅鋁混合稀土合金鍍層低碳鋼絲，或經高抗腐處理的以上同質鋼絲等，使用機械編織而成，鋼絲表面可采用PVC覆塑層進行保護[6]。根據ASTM標準和EN標準，使用的低碳鋼絲直徑根據工程設計要求而不同，一般介于2.0～4.0 mm之間，抗拉強度不少于38 kg/m2，金屬鍍層質量一般高于245 g/m2。石籠網片的邊緣線直徑一般要大于網線直徑，其雙線絞合部分的長度不得小于50 mm，以保證絞合部分鋼絲的金屬鍍層和PVC鍍層不受破壞。

2 石籠網技術優點分析

2.1 石籠網優點

石籠網具有諸多優點：一是具有良好的透水性，對地下水及地表水具有過濾作用，可截留土壤等沉積物，為植物生長提供良好生態環境。二是高耐腐蝕性和耐久性，熱鍍鋁鋅工藝使鋼絲表面鍍層更加穩定，減少了網絲氧化作用；石籠網絲涂樹脂或包塑后具有防腐耐蝕、抗氧化、抗老化的作用，進一步延長了石籠網使用壽命。三是柔韌性好，對地基承載力要求低，可抵抗地基不均勻沉降，避免硬質材料冬季凍脹問題等。四是擁有極佳的整體性和穩定性。石籠網材可以形成一個整體，適度變形和局部損壞不會破壞石籠網工程的整體結構，也不會因地基不均勻沉降產生裂縫或其他嚴重問題。五是具有較好的景觀效果。石籠網結構易組合且顏色多樣，可提供不同結構造型，滿足不同區域景觀需求，景觀見效快，效果自然、豐富。六是施工方法簡單，只需將規定尺寸的石塊裝入籠內封口即可，不需特殊技術，對填充石材要求不高，可就地取材，且受氣候、溫度等自然因素影響較小，適宜機械化操作，既能保證施工質量，又可加快工程進度。七是費用低廉。八是使用壽命長。由于耐腐蝕、抗氧化、抗老化的特點，石籠網使用壽命可達幾十年，且基本不用維修。

2.2 石籠網攔水壩與其他常見結構形式壩體對比分析

與漿砌石壩、橡膠壩相比，石籠網攔水壩具有施工簡單、耐腐蝕、對地基承載力要求低、使用壽命長、維護簡單及對河道生態環境影響小等優點(具體見表1)。

表1 石籠網攔水壩與其他常見結構形式壩體對比分析

漿砌石攔水壩是采用漿砌石修筑的擋水建筑物，小型漿砌石攔水壩一般為重力式擋水壩，依靠壩體自重產生抗滑力來滿足穩定性要求，同時依靠自身產生的壓應力來抵消由水壓力所引起的拉應力。漿砌石攔水壩攔水效果好、施工簡單、便于機械化施工、對不同的地形地質適應性較強，但其為不透水結構，會破壞河水的自然流態，切斷河道上下游生態系統的連通性，不利于河道生態系統的可持續發展，同時漿砌石材料與周邊環境不協調，影響景觀的整體性。

橡膠壩又稱橡膠水閘，是用高強度合成纖維織物做受力骨架，內外涂敷橡膠作為保護層，加工成膠布，再將其錨固于底板上，成為封閉的壩袋，通過充排管路用水(氣)將其充脹形成的袋式攔水壩。橡膠壩具有施工速度快、抗震能力強、汛期不阻水且維修方便、使用壽命長等優點。但橡膠壩采用高強度合成纖維織物及橡膠作為材料，材料本身不具有生態性，與周邊生態環境不協調；運營管理難度較大，壩袋充脹和排放不宜過于頻繁，不宜建設在水位變化頻繁的河道上；河道漂浮物不宜過多，山區大的推移質可能會損壞壩袋。

3 石籠網攔水壩施工方法

3.1 施工導流

作為河道橫向攔水建筑物，為保障作業安全，石籠網攔水壩建設應避開汛期，選擇一年中徑流相對較小的時段進行施工。根據河道水文資料推算施工期洪峰流量，施工時對作業區域按照設計流量進行施工導流，確保干場作業。

3.2 放線清基

石籠網攔水壩施工前，應先按照設計圖紙現場測量確定壩址，再按照設計壩軸線、外邊線放線，然后根據設計開挖線開挖基礎，并對基礎底部進行適當清理和平整。對河底淤泥較多、地基軟的河段，還應進行基礎換填。

3.3 基礎施工

根據設計尺寸，在開挖基槽內鋪設相應規格的石籠網片，然后裝填規定尺寸石材。石塊裝填過程中要求大面朝下，保證其穩定，石料間搭接緊密，頂面填充石料高出2～3 mm。石料裝填完畢后，用網片蓋上頂部并用綁線將頂部和側面網片綁緊，綁扎時綁線需圍繞兩條重合的框線(縫合邊棱時)或框線與網籠的雙扭結邊綁緊，并避免鍍鋅層損傷，螺距不大于500 mm。

3.4 護坦和齒墻施工

上游護坦長度不小于3 m，下游護坦長度不小于4 m，厚度均為0.5 m；齒墻頂寬1 m，埋深1.5 m。護坦、齒墻石籠施工方法同壩體基礎。最后將護坦與基礎、齒墻相鄰部分采用綁線進行連接和固定。

3.5 壩體施工

壩體迎水面為直墻，背水面坡比1∶6，高度根據河流水文數據計算結果調整。壩體施工時首先鋪設底層網片，并用綁線將其與基礎、護坦進行連接，隨后按設計尺寸要求折成所需形狀，折疊時需將石籠網面板及隔板豎起，預留出足夠尺寸的網片以便最終封蓋。石籠網折疊完成后依次分批向石籠網箱內裝填石料，石料裝填完畢后應保證高出箱體約25 mm。裝滿后將網蓋向下折，并用綁線和螺旋固定絲將其與石籠網側面、隔板連接絞合在一起，一般25～30 cm使用一根綁線，綁線時應避免鍍鋅層損傷，綁扎完畢后使用螺旋固定絲收緊。

壩體石籠施工結束后，在壩前按設計要求填充砂礫石等材料，坡比為1∶3。

4 應用示例

4.1 灤平縣伊遜河河道生態治理工程概況

灤平縣伊遜河河道生態治理工程位于河北省灤平縣東北部，治理長度31 km，治理內容包括河道清淤、堤岸修復、生態護岸、石籠網攔水壩建設、景觀綠化和濕地恢復等。治理前河道水質差、泥沙含量高，整體景觀較差。為達到生態治理效果，滿足景觀需求，攔水壩采用具有良好生態性的石籠網攔水壩形式，在對河道進行清淤之后，建設石籠網攔水壩44座，壩體采用石籠網和石塊作為材料，間距150～250 m不等，每3～4座為一組，形成多級壩系。

4.2 石籠網技術參數與要求

石籠網攔水壩采用鉛絲石籠和自然石塊修筑。鉛絲石籠網目160 mm×160 mm，網面絲徑φ2.7 mm，邊絲φ3.2 mm，鍍鋅層≥260 g/m2；鉛絲石籠內裝填當地石材，石材直徑25～30 cm，石材應無風化脫落層或裂紋，表面無污垢、水銹等雜質，嚴禁使用風化石、垃圾石。壩面自然石直徑20～30 cm不等，石材選擇應富有美感，自然石擺放也應富有變化，盡量接近自然形態。

4.3 石籠網攔水壩結構設計

透水壩長度65～182 m不等，基礎寬1.5 m，埋深1.5 m，基礎以上高0.5～1.0 m，頂寬1.5 m，基礎和基礎以上主壩體包成一體。齒墻單獨包成一個整體，頂寬1.0 m，埋深1.5 m，背水坡坡比1∶6，迎水坡為直墻，回填砂礫石料坡比為1∶3。壩體、坡面和齒墻均在橫向上每隔4 m單獨包一個鉛絲石籠。石籠網攔水壩典型斷面見圖1。

圖1 石籠網攔水壩典型斷面(單位：mm)

5 石籠網攔水壩對河道生態的影響分析

5.1 攔截上游泥沙

石籠網攔水壩內部填充石塊，孔隙較多，本身具有透水性，每道壩都是一個過濾器，在允許水流穿過的同時，不同粒徑的石塊對上游泥沙起到過濾作用。在河水泥沙含量較高的河道中建設多座石籠網攔水壩，形成多級壩系組成的過濾系統，可以層層過濾上游泥沙，同時石籠網攔水壩具有一定的阻水作用，可以減緩水流速度，為河水泥沙沉淀提供先決條件。

5.2 增加生物多樣性

石籠網攔水壩采用鉛絲石籠和自然石塊作為建筑材料，由于石塊與石塊之間存在孔隙，每塊石塊的表面都有機會接觸水流及微生物等，因此整個壩體石塊的表面積很大并且得以充分利用，微生物、浮游生物等可附著于石塊表面，石塊之間的孔隙也可為水生動植物提供庇護所和生存空間。另一方面，石籠網攔水壩可以減緩上游水流流速，為水生動植物生長提供相對平緩的水面。相比于硬質的漿砌石攔水壩和傳統的橡膠壩，石籠網攔水壩依靠其透水、石塊表面積大、存在孔隙、減緩流速等特性，可以很好地增加生物多樣性，使河道生態系統更加完善。

5.3 改善河流水質

多級石籠網攔水壩一方面可攔截泥沙，減少河水泥沙含量，另一方面可調節水流速度，形成水流落差，使壩前水流速度減緩，而經過壩體時水流速度急劇增加，河水與空氣充分接觸，獲得充分的溶解氧，促進水中微生物對有機物的分解。水流經過多級壩系產生多級曝氣，逐步凈化河道水質。

5.4 提升河道沿線景觀

景觀環境的提升也是河道生態系統改善的一方面。石籠網攔水壩能在一定程度上壅高水面，減緩水流速度，在壩與壩之間形成景觀水面，進而在多級壩系之間形成多級連續水面，提高河道的觀賞性；同時水流速度降低，為水生動植物生長提供了條件，增加了生物多樣性，使河道景觀進一步提升；河道水面的增加也改善了周邊小氣候，對于河道生態環境的改善和景觀環境的提升具有極大的促進作用。

6 結 論

石籠網技術在攔水壩建設中應用具有透水性好、柔韌性好、耐腐蝕、整體性好、景觀效果好、施工簡單等優點，通過石籠網攔水壩的建設可以有效攔截河流泥沙，改善河道水質，增加生物多樣性，改善河道生態環境，同時提升河道景觀格局，適合在河道生態治理中廣泛應用。