生态格网结构技术在宁夏清水河防洪治理工程中的应用

孙志瑞

（宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司 宁夏银川 750004）

生态格网结构技术在宁夏清水河防洪治理工程中的应用

孙志瑞

（宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司 宁夏银川 750004）

生态格网作为一种新型砌护材料，将抗腐蚀、耐磨损、高强度的低碳热镀锌钢丝、锌铝混合稀土合金镀层钢丝，包覆PVC或经高抗腐蚀处理的以上同质钢丝，采用机械铰合编制成的六铰状、六边形网孔的网片结构。具有环保性、经济性及施工便捷性等诸多优势，目前已在国内工程中得到了广泛的应用。本文结合生态格网的特点，介绍其在宁夏清水河防洪治理工程建设中的应用。

清水河 护岸工程 生态网格技术

1 引言

生态格网技术起源于欧洲，距今100多年历史，在20世纪70年代在工程领域各行业得到不断的发展和创新。我国于1979年在云南修筑了第一座加筋挡土墙，全国相继在公路、铁路、水利、城市建设等得到推广应用。近年来，一些永久性工程已经开始引进和使用生态格网技术，宁夏清水河防洪工程也取得了良好的治理效果。

2 工程概况

清水河是黄河重要的一级支流，发源于六盘山东北麓的宁夏回族自治区固原市原州区的黑刺沟，由南向北纵贯宁夏南部山区和中部干旱带的大部分地区，于中宁县泉眼山入黄河，干流总长320km，流域面积14481km2，其中，宁夏境内13511 km2，占宁夏国土面积5.18万km2的26.06%，是宁夏生态环境最脆弱、资源开发利用效率最低、经济发展最落后、回族人口最集中、贫困人口最多的地区。

3 护岸结构设计

清水河防洪治理工程整治方案是根据弯曲型河道演变规律，以维护、稳定现有河型、河势为主，采用防护工程控制凹岸发展，仅在凹岸弯道修建工程，以护岸守弯，以弯导流，强化河湾边界条件，控导主流，归顺流路，改善河势，以满足防洪、排涝、取水等各方面的要求。护岸工程结构内容包括护坡及护脚，采用石料填充格网，护坡迎水及背水面坡比均为1:2，迎水坡底铺设土工布，护坡高度采用设计水位+0.5m超高。

3.1 材料选择21

清水河以防冲、治理塌岸为主，治理以强化河岸边界条件为目的，护岸材料要求具有一定的强度，由于清水河洪水流速较大，干砌石整体性及防冲稳定性差，混凝土抗变形能力差且不能满足河道岸坡渗水要求，本工程选用生态格网内填块石结构。

清水河岸线地下水化学类型为SO42--CL--Na+型水，矿化度6.2～12.4g/L，PH值7.8～8.0，硫酸根离子含量1690.66～5655.53mg/L，对混凝土具有硫酸盐型强腐蚀性，对混凝土中的钢筋和钢结构具有中等腐蚀性。针对上述水质条件，清水河宁夏海原县以上段落采用锌-5%铝混合稀土合金镀层钢丝，宁夏海原县以下段落采用锌-10%铝混合稀土合金镀层钢丝，镀层重量均为245g/m2。

整治河段内沿线分布石料场较少，粒径为10cm～30cm，石料粒径一般为生态格网网孔的1.5～2.0倍，本工程选用网孔尺寸8*10cm。

3.2 抗滑稳定计算

据《堤防工程设计规范》（GB 50286-98），水位骤降期迎水坡的抗滑稳定安全系数可按瑞典圆弧总应力法计算，公式如下：

式中：

b—土条宽度（m）；

W—条块重力（kN）；

W1—在堤坡外水位以上的条块重力（kN）；

W2—在堤坡外水位以下的条块重力（kN）；

Z—堤坡外水位高出条块底面中点的距离（m）；

ui—水位降落前堤身的孔隙压力（kPa）

β—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角（度）；

γW—水的重度（kN/m3）；

Ccu、φcu—土的抗剪强度指标（kPa）、（度）。

经计算，设计所采用结构稳定安全系数满足《堤防工程设计规范》要求。

3.3 护坡厚度计算

表1 护垫系列防护与流速关系表

图1 不同流速对应铺设面厚度关系曲线图

清水河沿线流速3～4m/s较多，个别达到5m/s，根据以上试验结果，清水河护坡厚度在0.23～0.40m应基本满足要求。

3.4 局部冲刷深度计算

局部冲刷深度指护岸工程修建后，在经受设计洪水条件水流（洪水流量）淘冲下，工程头部河床冲刷深度，用于确定工程基础深度。

护岸冲刷深度参考《堤防工程设计规范》中的水流斜冲防护岸坡产生的冲刷深度计算公式计算。

式中：

△h—自河底算起的局部冲刷深度 (m)；

α—水流流向与坡岸的交角（度），10°～60°；

d—坡脚处土壤计算粒径，河床均为粘性土，根据规范查表采用当量粒径值，统一取d=0.005m；

m—防护建筑物迎水面边坡系数，0.3～1.5；

Vj—水流的局部冲刷流速（m/s），2 m/s～6 m/s。

根据上述公式计算，段落内局部冲刷深度△h为4～5m，护脚深度为冲刷深度的1.5～2.0倍，即清水河沿线护脚深度h(取1.5倍)为6～7.5m。考虑清水河流速较大，不同于南方的缓坡河道，故将清水河护脚结构设计为两层，单层长度为0.5h，见图2、图3。

图2 清水河护岸工程典型结构图

图3 较缓河道护岸工程典型结构图

4 生态格网的技术优势

本次河道治理过程中，与传统技术相比，生态格网技术在高流速、冲蚀严重的河岸治理中具备以下优点：（1）施工简便，不需特殊技术；（2）具有很强的抵御自然破坏能力及耐磨腐蚀和抗恶劣气候影响的能力；（3）可以承受大范围的变形而不坍塌；（4）格网石料之间的缝隙有利于植物生长，与周围环境融为一体；（5）具有良好的渗透性，可以防止由流体静力造成的损害；（6）可就地取材，填放块石、卵石、碎石等。

5 结语

清水河治理工程采用生态格网技术，不但满足了防护岸坡的特性，而且能产生生态效益。作为一种新型的砌护材料，生态格网可以根据实际需要加工成各种规格的网笼，砌筑十分方便，广泛用于护堤、护岸等，可保护河岸防止水土流失的目的，在河道治理中应大力推广使用。

1. 《堤防工程设计规范》(GB 50286-98).中国计划出版社.

2. 《河道整治设计规范》(GB 50707-2011).中国计划出版社.

3. 《渗流计算原理及应用》(中国建材工业出版社 2000)

4. 《土力学》(中国水利水电出版社 2002)

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.08.021

TV87

B

1672-2469（2014）08-0066-03

21作者简介：孙志瑞（1984年—），男，助理工程师。