清河防洪工程格賓石籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)應(yīng)用

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摘要:為解決撫順市清原縣清河段河岸侵蝕沖刷、防洪能力不足等問題，通過比選漿砌石塊、混凝土、生態(tài)袋、自嵌式塊體和格賓石籠護(hù)等常見護(hù)岸技術(shù)，最終確定格賓石籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)，并深入探討了格賓網(wǎng)片、網(wǎng)箱性能、施工技術(shù)及其實用效果。結(jié)果表明:在河道防洪治理工程中格賓石籠具有生態(tài)效益好、成本低、抗變性能力強(qiáng)等優(yōu)勢，可以為格賓石籠技術(shù)的推廣應(yīng)用提供一定技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞:防洪治理;格賓石籠;結(jié)構(gòu)性能;實用效果

由于特殊的地理環(huán)境及氣候條件，我國北方河流易受水結(jié)冰壓力作用、流冰撞擊、水流沖刷破壞以及護(hù)岸材料凍脹等因素影響。因此，為保證河岸的長效穩(wěn)定必須選用更加優(yōu)質(zhì)的護(hù)岸材料，因滲透性能良好多孔生態(tài)型護(hù)岸可以有效解決以上問題，其中生態(tài)網(wǎng)格格賓護(hù)岸已廣泛應(yīng)用于水利工程、交通航運(yùn)和水土保持等領(lǐng)域［1－3］。為解決傳統(tǒng)護(hù)岸形式存在的質(zhì)量控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計和穩(wěn)定性差等問題，文章結(jié)合撫順市清原縣清河防洪工程現(xiàn)狀，提出適用性良好的格賓石籠護(hù)岸技術(shù)，并進(jìn)一步探討了結(jié)構(gòu)性能及其實用效果，為加強(qiáng)河流防洪治理及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1工程概況

1.1工程現(xiàn)狀清河是遼河左岸的較大支流，全長159km，流域面積5150km2，比降1.58‰。地勢特征呈東高西低，東部為低山丘陵區(qū)，地勢相對陡峭，地面比降大，如發(fā)生集中暴雨極易產(chǎn)生急流;西部為平原，地勢平坦。整個流域山地面積占85%，植被較好，上游山地海拔高程400～800m，巖石多露頭，山坡較陡，一般在30°～45°。經(jīng)現(xiàn)場查勘，河道現(xiàn)存問題如下:①防洪工程標(biāo)準(zhǔn)低、抗沖能力差:為了抵御洪水侵襲，1995～1996年在清河兩岸修筑了土坎，由于資金不足，土坎未經(jīng)碾壓壓實，且大部分都缺少坡面防護(hù)工程。填筑材料均來源于河道，抗沖能力差，很難抵御洪水的侵襲，汛期時常發(fā)生淘刷、脫坡、塌岸現(xiàn)象，2005年、2013年洪水后部分土坎已被沖毀，未被沖毀的土坎也存在老化、風(fēng)化剝蝕現(xiàn)象，成為防洪安全的隱患。②河道淤積，岸坎缺少防護(hù):部分挖沙嚴(yán)重河段，河道內(nèi)砂坑縱橫，殘砂土堆積雜亂無序，河床底部凸凹不平，枯水期在原有的邊灘上形成水坑，水流不暢，而汛期泄洪水流流向紊亂，加速了河流對河底的侵蝕，嚴(yán)重影響河道安全泄洪;此外，河道泥沙淤積較為嚴(yán)重，給防洪安全帶來一定的隱患，也影響農(nóng)田灌溉和排水。因此，為保護(hù)沿岸的農(nóng)田免受洪澇災(zāi)害的威脅，緩解防洪壓力，有效解決河流侵蝕沖刷問題，進(jìn)一步促進(jìn)河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)，必須對該河段實施防洪治理。文章充分考慮投資成本、施工技術(shù)、地基條件、占地面積等因素，最終選擇格賓石籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)，對無坡面防護(hù)或防護(hù)破損段的土坎、河道沖刷嚴(yán)重的陡坎和側(cè)蝕強(qiáng)烈的淺灘進(jìn)行治理，護(hù)岸工程結(jié)合河道走勢、歷年險情，合理布置平順護(hù)岸23處，總長34857m。

1.2河道護(hù)岸技術(shù)河道護(hù)岸必須滿足岸坡穩(wěn)定性和防洪要求，結(jié)合相關(guān)資料和實踐經(jīng)驗總結(jié)出常見的護(hù)岸技術(shù)及其適用條件［4－8］，如表1所示。

1.3格賓石籠的特點格賓石籠主要是將延性較好的低碳鋼絲按機(jī)械編制的方式組裝而成的六角形格賓網(wǎng)或石籠網(wǎng)，因具有施工迅速便捷、易于維護(hù)、透水性好、可變更性強(qiáng)、穩(wěn)定性和整體性優(yōu)特點被廣泛應(yīng)用于河道治理工程［9］。一般地，即使格賓石籠網(wǎng)箱出現(xiàn)局部破壞，通過專用機(jī)械編制成的雙絞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)整體性也不會發(fā)生明顯改變。這是因為將全部工程利用適度變形的低碳鋼絲連接成一個整體，結(jié)構(gòu)整體無需分縫，即使出現(xiàn)不均勻沉降也不會引起嚴(yán)重問題或出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。另外，擋墻砌體后填土中的水能夠通過填充料內(nèi)部孔隙排出，將滲入填土中的地表水快速排出，有利于降低墻后地下水壓力。依據(jù)工程設(shè)計資料，可以先工廠化制成網(wǎng)箱體半成品，再現(xiàn)場定型組裝成符合設(shè)計要求的網(wǎng)箱，該過程存在施工簡便、可機(jī)械化操作及受氣候條件干擾低等特點，既能確保施工質(zhì)量又能加快工程進(jìn)度。實際工程中，沿著原有的護(hù)腳方向，新的格賓石籠護(hù)岸工程可以繼續(xù)安裝箱籠，其墻身長度可以任意的延長;在≤地基承載力和墻身受力極限情況下，可以在原墻身上疊砌，考慮工程實際需求適當(dāng)增大墻高。為形成獨(dú)立的立方體，通常沿順長方向增設(shè)隔板網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)格破壞受水流沖刷立方體內(nèi)石塊被沖走時，這只是一個局部有限的缺口，加之雙向交織的鐵絲網(wǎng)不易擴(kuò)展，只要修鋪好局部破壞的網(wǎng)格并重新填滿石料即可繼續(xù)使用，所以后期維護(hù)較為簡便，無需特殊的技術(shù)和大型設(shè)備，既能節(jié)省維修成本又能加快施工進(jìn)度。

2格賓石籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)性能

實際工程中，合理選擇網(wǎng)片和網(wǎng)箱材料是格賓石籠護(hù)岸施工及驗收的重要依據(jù)，這也是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，必須測試研究格賓石籠性能，通過不同的方法測試網(wǎng)片及網(wǎng)箱性能。

2.1格賓網(wǎng)片性能1)網(wǎng)片規(guī)格。本工程所使用的格賓網(wǎng)主要是將強(qiáng)度較高的鉛絲或鐵絲，以雙絞的方式編制成網(wǎng)片，對網(wǎng)片規(guī)格和材料性能具有較高的要求，如表2所示。2)網(wǎng)片抗拉試驗。從格賓石籠網(wǎng)片上剪下尺寸1.0m×1.0m的試樣，然后利用試驗機(jī)夾緊鐵絲網(wǎng)，保持網(wǎng)片試樣的初始特征，并記錄初始幾何尺寸;設(shè)定試驗機(jī)加載速率為50mm/s，勻速加載直至鋼絲出現(xiàn)斷裂，記錄試樣的抗拉強(qiáng)度、斷裂方式和伸長率等信息，如表2所示。結(jié)果顯示，格賓網(wǎng)片的抗拉強(qiáng)度隨著網(wǎng)絲直徑和網(wǎng)目尺寸的增加而增強(qiáng)，不同類型網(wǎng)目的伸長率相差不大，總體處于9.0%～13.0%之間。

2.2格賓網(wǎng)箱性能1)網(wǎng)箱規(guī)格。格賓網(wǎng)箱是通過拼接綁扎的方式將網(wǎng)片組裝成蜂巢狀的箱體結(jié)構(gòu)，然后利用相同材質(zhì)把數(shù)個格賓網(wǎng)箱緊密綁扎連續(xù)拼裝形成整體，現(xiàn)場將網(wǎng)箱用隔片分隔成間距1m的格室，規(guī)格尺寸如表3所示。3)網(wǎng)箱抗壓試驗。對不同規(guī)格的網(wǎng)箱利用萬能試驗機(jī)測試抗壓強(qiáng)度，試驗過程中設(shè)定加載速率5mm/min，不斷加載直至網(wǎng)箱出現(xiàn)破壞停止試驗，記錄并計算網(wǎng)箱的峰值強(qiáng)度、承載力峰值、網(wǎng)箱逐漸變形過程、最大裂口長度以及壓后壓前的周長比，見表3。結(jié)果表明，不同類型網(wǎng)箱的峰值強(qiáng)度能夠達(dá)到護(hù)岸承載力要求。受壓力作用時網(wǎng)箱發(fā)生變形，起初網(wǎng)箱變形會對填石發(fā)揮一定的調(diào)整作用，該過程中網(wǎng)片也會發(fā)生相應(yīng)的變形;隨后網(wǎng)片逐漸產(chǎn)生抵抗力，網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)更加堅硬，抵抗力達(dá)到峰值后填石逐漸破壞并進(jìn)一步擴(kuò)大，網(wǎng)絲開始出現(xiàn)單根破裂現(xiàn)象;隨著壓力的不斷增大整個網(wǎng)片出現(xiàn)斷裂，內(nèi)部石塊散落，試件無法承受荷載而發(fā)生破壞。

2.3格賓石籠施工技術(shù)近年來，我國越來越多的河道護(hù)岸或支擋防護(hù)工程都應(yīng)用了格賓石籠技術(shù)，但由于相關(guān)設(shè)計和施工規(guī)范還不完善，在一定程度上制約了治河工程中格賓石籠技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此，文章結(jié)合撫順市清原縣清河防洪工程，全面探討了格賓石籠施工技術(shù)［10－12］。步驟1:施工準(zhǔn)備。正式開工前，施工單位必須做好設(shè)計文件會審、施工組織設(shè)計變質(zhì)、施工現(xiàn)場“三通一平”、施工測量及資料復(fù)核、建立質(zhì)量保證體系等各項準(zhǔn)備工作。步驟2:格賓網(wǎng)箱的選擇。根據(jù)不同規(guī)格的網(wǎng)片、網(wǎng)箱測試結(jié)果以及清河防洪工程實際情況，擬選用長2.0m×寬1.0m×高2.0m(網(wǎng)目100×80mm)、長0.5m×1.0m×2.0m(網(wǎng)目120m×100mm)兩種規(guī)格的格賓石籠網(wǎng)箱。采用鍍鋅鉛絲制成厚0.5m或0.m的網(wǎng)箱，控制鍍鋅量不低于250g/m。鉛絲石籠的扎絲、網(wǎng)絲、邊絲直徑為2.0mmm、2.5mm和3.2mm。主槽深度0.8m，護(hù)岸底較主槽頂高出0.5m，典型斷面形式如圖1所示。步驟3:石塊的選擇。裝入的石料質(zhì)量在一定程度上決定了格賓石籠的耐久性能，填石應(yīng)符合以下基本要求:填石后孔隙率≤30%、比重≥2.4t/m3、級配良好、質(zhì)地堅硬、表面干凈、無風(fēng)化現(xiàn)象。另外，為防止從網(wǎng)箱內(nèi)散落，一般以網(wǎng)目中心間距的1.0～1.5倍作為填石尺寸。本工程利用MU40塊石作為石籠填充材料，所用塊石粒徑100～150mm，雜質(zhì)含量少、耐久性好且強(qiáng)度高，能夠達(dá)到工程質(zhì)量要求。經(jīng)檢測，有80%的塊石粒徑＞網(wǎng)目尺寸，孔隙率在30%以內(nèi)。步驟4:施工控制。①基面處理:根據(jù)施工規(guī)范和相應(yīng)的設(shè)計圖紙，對基面進(jìn)行壓實處理確保其平整密實度達(dá)到工程驗收標(biāo)準(zhǔn)。②土工布鋪設(shè):結(jié)合實際情況選用規(guī)格300g/m2的土工布進(jìn)行鋪設(shè)，施工時控制面層不緊繃，土面與土工布接觸緊密，搭接時確保線縫無雜物、規(guī)則整潔且搭接寬度不低于0.3m，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行鋪設(shè)施工，經(jīng)驗收合格后才能進(jìn)行后續(xù)施工。③格賓石籠施工:依據(jù)相關(guān)施工規(guī)范及設(shè)計圖紙，向格賓石籠生產(chǎn)廠家定制格賓網(wǎng)，折疊運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后拼裝隔片和前、后網(wǎng)片等各個構(gòu)件，網(wǎng)身應(yīng)與間隔網(wǎng)片成90°，然后綁扎組裝成矩形網(wǎng)箱，將組合好的相鄰格賓網(wǎng)箱用雙股以上的同質(zhì)鍍鋅鉛絲每隔15～20cm連接成一個整體。④塊石的填充:完成格賓網(wǎng)組裝后填充石塊，將抗風(fēng)化、堅硬、密實的石料用挖掘機(jī)投放到格賓網(wǎng)內(nèi)，經(jīng)人工或機(jī)械整理壓實;同時向每個格賓網(wǎng)箱逐層均勻填充石塊，每次的填充厚度約20～30cm;最后，對網(wǎng)箱中的縫隙部位用細(xì)碎石填充塞滿，并保證外部坦露部位的石料美觀整齊。另外，為了保證護(hù)岸穩(wěn)定性，每m2內(nèi)按正反八字形布設(shè)4處水平拉筋，每隔25～30cm沿高度方向設(shè)置一道內(nèi)向拉筋，以兩網(wǎng)目為基準(zhǔn)將每一拉筋絞緊。

2.4實用效果分析本工程選擇格賓石籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)，對無坡面防護(hù)或防護(hù)破損段的土坎、河道沖刷嚴(yán)重的陡坎和側(cè)蝕強(qiáng)烈的淺灘進(jìn)行治理，結(jié)合河道走勢、歷年險情，該護(hù)岸工程合理布置平順護(hù)岸23處。經(jīng)對比分析，采用格賓石籠護(hù)岸較其它護(hù)岸形式可以縮短工期10d，節(jié)省投資成本30%，投入使用6個月后，格賓石籠護(hù)岸整體穩(wěn)定性強(qiáng)，效果良好，岸坡形式完好。因此，格賓石籠護(hù)岸技術(shù)既達(dá)到了河道生態(tài)美觀要求，還增強(qiáng)了河岸抗沖刷能力，實用效果良好。

3結(jié)論

通過對比分析和性能測試發(fā)現(xiàn)，格賓石籠護(hù)岸相較于傳統(tǒng)的漿砌石、混凝土硬質(zhì)護(hù)岸能夠更好地適應(yīng)河流環(huán)境變化，具有較強(qiáng)的抗變形能力。將格賓石籠技術(shù)應(yīng)用于撫順市清原縣清河防洪工程，有效解決生態(tài)環(huán)境差、防洪能力低、投資成本高的問題，有利于促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)與河流系統(tǒng)之間的能量物質(zhì)交換，改善河流生物多樣性，在保證工程質(zhì)量的同時加快工程進(jìn)度。為充分發(fā)揮河道治理工程中格賓石籠的功能作用，在實際工程中還需要進(jìn)一步優(yōu)化施工方案、選用質(zhì)量良好的原材料和工藝技術(shù)。

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作者:劉英民 單位:大孤家鎮(zhèn)事業(yè)服務(wù)中心