格賓石籠在某泄洪河道治理中的應用

潘玉坤

（清遠市清新區城區防汛工程管理所，廣東 清遠 511500）

0 引言

格賓石籠護坡工程是一種新技術應用蜂窩狀石籠網形成箱形籠，加入石料等填充物后，可作為護岸的新技術。根據結構力學的特點，格賓石籠的雙向收縮最大值較高，因此穩定性指標較高，可靠性也有顯著增強。與此同時，石籠所具有的結構加固效果，不會受到河岸傾斜度所帶來的影響，所以，有著較高的安全系數。石籠自身的設計方案價格較低，可以充分滿足硬度不同的路堤承載力，而且有著良好的變形回彈性。石籠應用于河岸護坡的結構加固，可以提高河岸護坡可靠性，實現對結構進行加固的重要目的。

1 工程概況

泄洪安全通道的左岸堤防，是從洗沙閘出入口至水平頭核心區管網段交界處長約800 m，也是淠河干渠左岸的大堤。堤頂標高是51.50～54.10 m，堤頂的上下游最淺處15 m，中下游寬度在200 m 左右。堤防坡的底部河槽的高程為40.32～43 m，原灘地的高程是在45.50～46 m。在一側的泄洪安全通道，堤頂與沙灘坡度比為1：3，沙灘與河岸坡角坡度比為1：2。由于路堤體斷面薄弱，路堤體回填質量差，在閘門出入口中下游的路堤長度約100 m，但是較為薄，質量也不行。但2002 年結構加固后，壩頭核心區溢流壩與壩體防滲墻連成一體。堤岸兩側、臨河邊的壩坡進行相應的安全防護，始終在安全的運行當中。

2 格賓石籠護岸在泄洪河道治理中的設計分析

2.1 對比河道堤身的加固形式

按照石籠的用途進行分類，所用的原材料也各不相同。通常情況下，石籠原材料均選用熱鍍鋅鋼絲，使用環氧樹脂膠進行保養，具有超耐磨、高塑性、耐腐蝕等特點，可提高結構加固的預期目標。文章采用石籠結構對壩基的護坡結構進行加固，選擇使用的材料是高壓聚乙烯材料、鋅和鋼絲來緩解壩基護坡的侵蝕，延長其使用壽命。此外，文章設計的路堤體結構加固方法為較為柔韌的格賓石籠。石籠的應用，不僅可以應對河岸護坡的透水性和坡度，還可以保證河岸邊坡的安全可靠。同時保證結構加固包括維護壩基護坡的實際效果，既能應對壩基護坡的維護和路堤的透水性，又能更好地結合壩基護坡的變形與回彈。進一步降低工程項目造價，提高結構加固效果。此研究從施工的難易度、加固效果、護坡特點、傳統混凝土加筋護坡、砌體結構加筋護坡、石籠網結構加固護坡等方面進行了比較。根據具體情況，對比了文章設計方案中石籠網結構加固的優勢。詳見表1。

表1 三種護岸加固比較表

2.2 繪制格賓石籠加固護岸形式圖

根據河岸堤體的結構加固方法，石籠結構加固的實際效果較好。采用當前護坡的右河堤，壩基與水平面間的坡度系數比為1：3，之后對石籠進行鋪設。為確保石籠可靠性，此研究應用的是雙層400 g/m2無紡土工布覆蓋，厚度約1.50 m。沿上游方向每隔15 m安裝C20混凝土密封膠條，總寬0.50 m，深1.50 m。期間，石籠尺寸控制在4.50 m（4.00 m/3.50 m/3 m）×1.50 m×1 m，直徑：8.50 cm×12.50 cm。鋼絲的直徑約3.90 mm，其上面的鋁型材是由5.50%的鋁鋅合金材料和稀土層制成，其中鋁含量超過4.70%。石籠絲熱鍍鋅設計方案中鋅含量必須高于或等于260 g/m2，表層采用高壓聚乙烯原料拉絲。石籠與鋼絲的抗拉強度以及石籠變形率使與國家規定的標準相符。在現場的設計中，施工人員務必使用設備把鋼絲繞于石籠的四周，且纏繞的頻率在3 次以上，其作用是使鋼絲抗拉強度提高，損傷程度降低，確保取得良好的結構加固效果。在石籠結構加固中，網片中間應無縫拼接，石籠的一般采用與鋼絲相同的材料制成，提高了連接的阻力，采用雙單絞置換的無接縫方式，使上下距離在100～150 mm 之間。另外，在石籠中，填料的最大密度應為18～19 kN/m3，硬巖或是礫石的抗壓強度超過MU30，最佳的粒度分布是100～250 mm，結構加固法如圖1。

圖1 格賓石籠加固護岸形式圖

如圖1 所示，在制定加固石籠結構的護坡方法時，選擇用工業設備代替荷載的方法。先用人力在石籠的周圍擺放石塊，之后再使用挖掘機，石材使用人工進行搬運及放置，確保表面的平整與密封，相比于傳統的壩基護坡結構加固法，此次設計的石籠施工箱簡單簡便，無復雜的技術標準。此外，石籠的高吸水率有利于少量水分的消化吸收，從而避免潮汐和洪水的褪色，有利于人類發展歷史的全面發展。此外，石籠在施工現場折疊運輸組裝，節省運輸成本。

2.3 制定格賓網箱加固流程

在寬平壩基邊坡防護中，選擇石籠擴地之后，有3 個竣工驗收方對工程進行驗收，并對結構進行加固。結構加固應該保證質量，同時出具與設計要求相符的檢驗報告。此外，在加固壩基結構中，需要按照設計的標準進行加固，確保壩基的平整、密實且無廢料。在結構加固全過程中，如發現不符合生態環境保護調查研究報告的，應立即通知有關部門對河流進行科學研究。用無紡土工布和建筑鋼材縫制的土工布覆蓋鋼筋連接處，建筑鋼材的長度多為1 m。在對石籠網進行加固的整個過程當中，設置出默認及需要維護的位置，并使用定位設備根據室內空間總平面圖的X、Y坐標建立坐標的位置。 之后按照剖面圖，對壩基結構加固的建筑標高與總的寬度進行明確，并按照工程施工勘察線進行樁身鋪裝。一般情況下，壩基中的碎石可以就近進行堆放；作為石籠加固的填充物，未使用的礫石需要回填到壩基當中。在加固的全過程中，對土層的質量實時監測，若是發生變動，需及時通知相關的監理人員。另外，當底端凹槽用結構加固時，必須手動調整底槽的厚度，如果基礎墊的底部有尖銳的物體、突起和凹坑，將直接影響實際效果，且路堤邊坡的護岸加厚底部凹槽非常關鍵；或是在基墊層鋪設無紡土工布，以免破壞河岸護坡的效果，其在生成濾體的同時，也會將殘渣濾除，提高結構加固的實際效果。

2.4 計算格賓石籠加固的河道護岸穩定系數

根據文章制定的石籠結構加固處理工藝，將計算結構加固后岸坡護坡的可靠性指標值。由于河岸護坡可靠性的初步科學研究大多是在河岸上進行的，因此對河道土層和水體的定量分析會導致結果略有不同。文章基于洪澇災害的相關資料，深入研究工程項目當中的邊坡防護可靠性，并采用圓弧法，其基本的原理是通過多次精確測量，找到圓弧面的最佳位置，進而得到風險較大的旋轉面位置。在大壩基礎護坡加固改造中，經過多次計算，發現有部分大壩基礎護坡缺失，對集中結構部分進行了結構加固。當壩基周圍的土層被破壞時，旋轉表面非常接近大多數螺旋，弧形回轉面的基本理論可能不大，但能有效地反映出回轉面的特征。所以，其能夠在具體的項目建設當中得到應用。

通常情況下，石籠有兩種尺寸，200 cm和150 cm。文章采用200 cm高的石籠對三層的石籠網結構進行測算。第一層寬高：100 cm×100 cm；第二層：150 cm×150 cm；第三層：150 cm×100 cm。因為石籠的上層是綠色生態土堤，河堤的比例為1：1.5。其計算示意圖如圖2所示。

圖2 格賓石籠計算簡圖

文中根據庫侖土壓力的計算公式，得到路堤周圍土層的工作壓力指標，如公式（1）為護坡斷面計算方式：

式中：Ka—代表的是河岸附近的土質壓力的系數；φ—代表的是土質的交叉角（°）；α—代表的是護岸的墻背和河道之間的夾角（°）；β—代表的是護岸墻之后的填土面與河道之間的傾角（°）；δ—代表的是護岸墻背與河道間存在的夾角（°）。這個時候，運用滑動穩定安全系數的計算公式，可以計算出石籠的加固安全穩定系數，如下。

式中：Sa—代表河道護岸的穩定系數；γ代表的是河道土壤的最大容重（kN/m3）；H—代表室的是石籠墻的高度（單位：m）。

2.5 應用效果

根據上述分析可以知道，不同的河坡，其所具有的安全穩定系數，也各不相同。按照國家的行業標準規定，河流的穩定系數為1.20，此方法設計的系數，是在隨機坡度上計算的。根據式（1），河道與土層的夾角φ取18°；護岸的墻背面和河道夾角α取值0°；護岸的墻后所回填的土面和河道之間的傾角β是0°；背面與河道中間的夾角δ是23°；通過計算得出：Ka=0.52。而按照公式（2），河流土層的最大密度γ為18 kN/m3；石籠墻的相對高度H為2 m；則石籠網加固河岸防護的石籠網結構穩定系數Sa=1.48＞1.20。此外，按照以上公式，當坡度分別是：25°、30°、35°、40°、45°、55°、60°、65°、70°的時候，傳統混凝土所具有的穩定系數與此研究設計的系數比較，見表2。

如表2 所示，傳統砌體結構加筋護岸穩定性系數不大于40°時，分辨率指標值高，超過國家行業標準1.20，壩基護坡穩定性強。大于40°后，可靠性指標值較低，均在1.20 以下。此時，大壩基礎安全防護的穩定性相對較弱，不能合理抵御抗洪救災和抗震救災。但文中設計的石籠網狀結構加固邊坡防護的穩定性和可靠性指標值，從25°～70°，均高于國家行業標準1.20。根據這一發展趨勢，在安全穩定的情況下，安全性是穩定的。而且系數也會在1.20以上，屬于高度穩定的河岸護岸，可以合理抗洪，符合文章的目的。

表2 不同坡度的安全穩定系表

3 結語

綜上所述，石籠在泄洪治河工程當中的有效應用，不但充分地保留了河流原有的綠色生態結構，又將生態廊道的功能充分地發揮出來。與傳統河堤護岸相比，施工簡單，造價低，加固的實際效果更好。經測試，石籠護岸的穩定性指標長期保持在1.20 以上，證實了石籠加固護岸的安全系數和可靠性，主要表現出良好的經濟發展、社會發展和環境效益。