格賓石籠生態(tài)護(hù)岸在河道治理中的應(yīng)用

劉 芳

（海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200）

1 工程概況

大遼河位于海城市境內(nèi)，系渾河、太子河匯合后，流經(jīng)的北海青灣、南海青灣、劉家、耿隆、下坎子、前剪村，流入營(yíng)口縣境內(nèi)，經(jīng)營(yíng)口市流入渤海，過(guò)境河長(zhǎng)27.5km，境內(nèi)堤防長(zhǎng)度16km。大遼河防洪堤防是在原防洪堤的基礎(chǔ)上，經(jīng)1995 年防汛整治后初具規(guī)模，現(xiàn)防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50a 一遇，設(shè)計(jì)流量8795m3/s，左岸超高1.7m。

大遼河地處遼河流域下游的沖積平原，河流彎曲，地勢(shì)平坦，河面較寬，洪峰落差較小，當(dāng)汛期渾、太兩河洪峰同時(shí)匯流后峰量較大，加之下游潮水頂托，洪水下泄速度很慢，對(duì)堤防的質(zhì)量要求極高，一旦出險(xiǎn)必然會(huì)造成嚴(yán)重后果。因此，為創(chuàng)造一個(gè)和諧安定的環(huán)境，加快推進(jìn)水生態(tài)文明建設(shè)，有效解決河流侵蝕沖刷、防洪能力不足的問(wèn)題，大遼河左岸南海套堤護(hù)岸工程的實(shí)施勢(shì)在必行。

2 格賓石籠生態(tài)護(hù)岸

2.1 常用護(hù)岸方式

保證防洪功能和岸坡穩(wěn)定性是實(shí)施護(hù)岸工程的基本要求，本文結(jié)合相關(guān)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)收集整理現(xiàn)階段較常用的護(hù)岸形式及其優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 常用護(hù)岸技術(shù)特點(diǎn)

綜合考慮工程造價(jià)、后期管護(hù)、施工難度、材料供應(yīng)、耐久性能、環(huán)境適應(yīng)性、適應(yīng)地基能力和抗沖刷能力等因素，本次大遼河南海段護(hù)岸工程采用格賓石籠護(hù)岸進(jìn)行生態(tài)治理，治理長(zhǎng)度400m。

2.2 格賓石籠護(hù)岸

格賓石籠主要是由鍍鋅網(wǎng)片或鉛絲組裝而成的類(lèi)似蜂巢狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部可以填充卵石或石塊等塊狀材料，故又稱(chēng)石籠網(wǎng)或格賓網(wǎng)如圖1 所示。

圖1 坡式格賓石籠護(hù)岸圖

實(shí)踐表明，格賓石籠能夠充分發(fā)揮柔性與剛性，變形適應(yīng)能力突出。當(dāng)周邊填土發(fā)生變化時(shí)，為適應(yīng)新的基礎(chǔ)狀態(tài)能夠充分利用自身柔性與耐磨性進(jìn)行一定調(diào)整，從而避免坍塌的出現(xiàn)[6]。格賓石籠具有較好的穩(wěn)定性與整體性，實(shí)際使用時(shí)出現(xiàn)個(gè)別鋼絲斷裂也能夠保證籠體整體穩(wěn)定，不會(huì)引起塊體外漏、使用年限縮短和結(jié)構(gòu)破壞。另外，格賓石籠填充材料之間存在一定孔隙且外圍屬于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)水體的自由排泄，具有較強(qiáng)透水性，創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件，有利于提高河岸生物多樣性[7]。從施工工藝上，格賓石籠無(wú)需特殊技術(shù)或大型設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，成本造價(jià)低且施工速度快。

2.3 結(jié)構(gòu)性能測(cè)試

對(duì)于采用鍍鋅網(wǎng)片組裝而成的格賓石籠，其施工與驗(yàn)收的主要對(duì)象就是網(wǎng)箱及網(wǎng)片材料能夠合理選擇，這也是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵[8-10]。所以，應(yīng)采用科學(xué)的網(wǎng)片及網(wǎng)箱測(cè)試方法保證結(jié)構(gòu)性能。

2.3.1 格賓網(wǎng)片

1）網(wǎng)片材料性能。采用雙絞的方式把高強(qiáng)度鋼絲或鉛絲編織成網(wǎng)片狀并用于大遼河南海段護(hù)岸工程，對(duì)于不同類(lèi)型網(wǎng)片材料的要求如表2 所示。

表2 不同類(lèi)型網(wǎng)片材料的規(guī)格

2）抗拉試驗(yàn)。從網(wǎng)片上裁剪出尺寸1m×1m的試樣，采用試驗(yàn)機(jī)加緊鋼絲網(wǎng)，該過(guò)程中盡可能維持其原始幾何特征不變，測(cè)出初始數(shù)據(jù)；控制試驗(yàn)裝置加載速度50mm/s，逐級(jí)加荷指導(dǎo)單絲發(fā)生斷裂，記錄此時(shí)的生產(chǎn)率、抗拉強(qiáng)度及斷裂方式見(jiàn)表2。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絲直徑、網(wǎng)目尺寸越大則網(wǎng)片抗拉強(qiáng)度越高，網(wǎng)目類(lèi)型不同的試樣其伸長(zhǎng)率相近，其變化范圍為9%～14%。

2.3.2 格賓網(wǎng)箱

1）網(wǎng)箱材料性能。采用綁扎拼接的方式，將網(wǎng)片組合形成蜂巢狀網(wǎng)箱，然后采用材質(zhì)相同的網(wǎng)箱拼裝成整體，用隔片每隔1m 劃分成相應(yīng)的格室，不同規(guī)格的材料性能如表3 所示。

表3 不同規(guī)格的網(wǎng)箱材料性能

3）抗壓試驗(yàn)。對(duì)不同規(guī)格網(wǎng)箱利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試抗壓強(qiáng)度，設(shè)定加載速率5mm/min，網(wǎng)箱達(dá)到最大承載力時(shí)發(fā)生破壞，此時(shí)停止加載，測(cè)試試驗(yàn)后最大斷口長(zhǎng)度、壓前后周長(zhǎng)比、網(wǎng)箱試件的峰值強(qiáng)度及網(wǎng)箱加載變形特征，見(jiàn)表3。結(jié)果顯示，不同規(guī)格網(wǎng)箱的峰值強(qiáng)度均能夠達(dá)到河岸承載力要求。在受壓過(guò)程中網(wǎng)箱形狀發(fā)生明顯變化，受壓初期內(nèi)部的填石分布有所調(diào)整，網(wǎng)片產(chǎn)生變形；進(jìn)一步加載使得網(wǎng)片發(fā)揮抗力作用，整體密實(shí)變硬，內(nèi)部填石達(dá)到抗力峰值后發(fā)生破壞，破壞區(qū)域逐步擴(kuò)大且單絲破壞；最后網(wǎng)片斷裂無(wú)法繼續(xù)承受荷載，石塊散落發(fā)生破壞。

3 施工技術(shù)及實(shí)用效果

3.1 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)不同規(guī)格的網(wǎng)片、網(wǎng)箱性能測(cè)試結(jié)果及大遼河南海段護(hù)岸工程實(shí)際情況，采用網(wǎng)目100mm×80mm、長(zhǎng)2.0m×寬1.0m×高0.3m（規(guī)格一），網(wǎng)目120mm×100mm、長(zhǎng)2.0m×寬1.0m×0.5m（規(guī)格二）兩種網(wǎng)箱；石籠網(wǎng)箱利用鍍鋅鉛絲（鍍鋅量≥250g/m）制作而成，控制2.2mm、2.7mm 和3.4mm 作為石籠扎絲、網(wǎng)絲、邊絲直徑，控制主槽深（0.8m）相較于槽頂高出0.5m。

石料質(zhì)量直接關(guān)系著石籠的耐久性能，實(shí)際工程中對(duì)填石的要求有質(zhì)地堅(jiān)硬、表面干凈、級(jí)配均勻、比重≥2.4t/m3、無(wú)風(fēng)華現(xiàn)象以及填后孔隙率處于30%以?xún)?nèi)。為了避免石塊散落，一般以網(wǎng)目的1.5～2.0 倍作為填石尺寸。

該工程選用雜質(zhì)含量、耐久性能和強(qiáng)度等符合使用要求的MU40 塊石為填充材料，粒徑處于100～150mm 之間，其中80%以上的塊石大小大于網(wǎng)目尺寸，其它用細(xì)碎石填充，質(zhì)量≥30kg，孔隙率≤30%。

3.2 施工順序

1）步驟1：基面處理。施工前按照現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)石籠基面做壓實(shí)處理，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)入下一工序。

2）步驟2：鋪設(shè)土工布。工程選用規(guī)格300g/m2的土工布，土面與鋪設(shè)土工布層面不緊繃，接觸牢固，搭接過(guò)程中保證縫線規(guī)則無(wú)雜物，坡面搭接寬度≥0.3m。根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋪設(shè)施工，保證土工布鋪設(shè)驗(yàn)收合格。

3）步驟3：施工要點(diǎn)。采用符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求的格賓網(wǎng)，由廠家輸送到施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)合理拼裝將前后網(wǎng)片、鎘片構(gòu)成整體，間隔網(wǎng)面與盡量相垂直，近進(jìn)一步組裝綁扎形成網(wǎng)箱。

采用不低于兩股的同質(zhì)鍍鋅鉛絲將相鄰格賓網(wǎng)箱每隔15～20cm 連接成整體。完成安裝后填充石塊，采用挖掘機(jī)將符合要求的石料放入格賓網(wǎng)，一般選用機(jī)械或人工的方式壓實(shí)整理。每次應(yīng)按照20～30cm 的填筑厚度逐層對(duì)各個(gè)網(wǎng)箱填筑石塊，對(duì)縫隙處使用細(xì)碎石進(jìn)行填塞，同時(shí)保證外部裸露石料的美觀整體性。為保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，以正反八字形對(duì)石籠布設(shè)4 個(gè)拉筋，每一拉筋都要絞緊，控制間距為兩網(wǎng)目。

3.3 實(shí)用效果

從防洪效益上，自2015 年完工以來(lái)，大遼河南海段護(hù)岸工程已安全度過(guò)6a 主汛期(7～8 月)，經(jīng)滑坡、傾斜、沉降等變形觀測(cè)均未發(fā)現(xiàn)格賓石籠護(hù)岸存在安全隱患和質(zhì)量問(wèn)題。

從景觀生態(tài)效益上，經(jīng)過(guò)后期養(yǎng)護(hù)及綠化栽植，格賓石籠護(hù)岸綠化覆蓋達(dá)到50%以上，整體景觀效果與自然環(huán)境相得益彰，現(xiàn)已成為海城市大遼河南海段一道亮麗的風(fēng)景線。格賓石籠護(hù)岸的孔隙為小動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)創(chuàng)造了棲息場(chǎng)所，明顯改善了河流水質(zhì)，基本實(shí)現(xiàn)了改善、美化和融入環(huán)境的目標(biāo)[11-12]。

從經(jīng)濟(jì)效益上，格賓石籠護(hù)岸施工速度快、便于就地取材，實(shí)際工期較計(jì)劃工期提前1 個(gè)月，工程總投資195.66 萬(wàn)元，參照建筑工程信息價(jià)比漿砌塊石護(hù)岸節(jié)約8%的投資成本，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

1）文章比選了漿砌石塊、生態(tài)袋、自嵌式塊體、格賓石籠、混凝土等護(hù)岸技術(shù)，通過(guò)測(cè)試不同規(guī)格的格賓石籠性能，提出有效測(cè)試網(wǎng)箱及網(wǎng)片的方法，格賓石籠相較于傳統(tǒng)的混凝土等硬質(zhì)結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的條件適應(yīng)性和抗變形能力。

2）將格賓石籠應(yīng)用于大遼河南海段護(hù)岸工程，基本解決了生態(tài)環(huán)境差、工程成本高的問(wèn)題，有利于促進(jìn)河流與生態(tài)系統(tǒng)之間的物質(zhì)信息交換，保證了施工進(jìn)度、工程質(zhì)量以及河流生物多樣性。為了進(jìn)一步加強(qiáng)格賓石籠的推廣應(yīng)用，在實(shí)際工程中還需充分考慮實(shí)際情況選用合適的施工技術(shù)工藝和更優(yōu)質(zhì)的材料。