格宾垫结构在伊川滨河工程中的应用

□戴翠琴（黄河勘测规划设计有限公司）

□吴均平（马克菲尔（长沙）新型支档科技开发有限公司）

□何 楠（黄河勘测规划设计有限公司）

0 引言

随着我国经济的发展和环保意识的增长，人们对水利工程的环保要求逐步提高。混凝土、浆砌石等传统的河岸护坡形式由于结构本身生态属性的缺陷，已经越来越不能满足人们日益增长的环保需求。一方面传统护坡形式隔绝了两岸的自由水交换，难以补给地下水或者被地下水补给，降低了河流自身的净化能力，破坏了动植物微生物的生存平台；另一方面水泥工业对环境破坏力大，破坏后难以修复，不具备可持续发展性。针对该严峻形势，亟待在水利工程中开发或引入新型生态护坡形式，以弥补传统护坡形式在生态环保方面的不足。

格宾垫是一种在国外成熟应用上百年的生态护坡形式，具有良好的柔性、透水性、整体性和环保性，近年被引入国内后迅速得到了业界的广泛认可和采用，伊川滨河工程便是其中的一则典型应用实例。

1 工程背景

伊川滨河工程为伊河堤岸的防护工程。工程范围内河道长6.40km，堤岸均为土堤，缺口较多，连续性较差；堤顶狭窄，沙石路面凸凹不平，难以通行防汛车辆；堤身断面形式为单一梯形，迎水面边坡1：2，背水面边坡1：2.50，筑堤材料大量采用沙石料，粘土和壤土含量偏低，且背侧堤脚附近有大量的洼地和坑塘，堤身稳定存在严重的安全隐患。由于没有防护，水流常年淘刷致使堤脚坍塌，加上年久失修和长期的河道采砂，堤坡破坏非常严重。

其中的滨河公园段堤岸，虽已采用现浇混凝土护坡和混凝土预制块体防护，但使得边坡生态系统与河槽水生态系统完全被割裂，水生动植物的岸边栖息地荡然无存，不利于河流生态系统的可持续发展。

因此，在对伊河进行改造时，借鉴国内外成功的工程案例，采用格宾垫对坡岸进行生态防护，取得了较好的应用效果。

原无防护段的典型设计断面如图1所示，堤身采用0.50m厚格宾垫防护，坡比1：3，铺设高度为50年一遇洪水位以上0.30m。平台以上格宾上部覆土种植，覆土厚度为0.15m。格宾下设0.20m厚砂砾石垫层和土工布作为反滤层。堤脚采用双层0.50m厚格宾石笼防护，防护深度1.00m，宽度为4.00m。

图1 原无防护段典型设计断面图

滨河公园段的典型设计断面如图2所示。护坡采用0.50m厚格宾防护至设计洪水位以上0.30m，坡比为1：3，为施工方便、减少原堤身开挖，采用土工膜防渗方式。

由于格宾垫不同于传统的生态护坡形式，因此在工程应用时必须熟悉其特性及设计方法，下文将对其作较详细的介绍。

2 格宾垫及其设计原理

图2 伊河公园段典型设计断面

格宾垫是将低碳钢丝经机器编制而成的双绞合六边形金属网格组合的工程构件，在构件中填石构成主要用于冲刷防护的结构。当格宾垫的抗冲流速大于水流的冲刷流速时，格宾垫不会在水流的冲刷下发生位移，从而起到抑制冲刷发生、保护基层稳定的作用，达到维持堤岸（坝体）稳定的工程目的。

图3 格宾垫结构示意图

格宾垫的抗冲能力主要来源于两个方面：一方面为格宾垫内部填充石料的抗冲能力，另一方面为钢丝网箱提供的限制填充石料位移的能力。在工程设计中通常不将两者分开考虑，而是综合考虑格宾垫的整体力学性能，即在不同格宾垫厚度、填充石料粒径情况下格宾垫的抗冲能力。目前，主要有两种方法来确定格宾垫的整体性能是否满足工程的实际需求：牵引剪切力法和抗冲流速法。

牵引剪切力法即通过计算河道中的牵引剪切力以及格宾垫的允许牵引剪切力，来判断格宾垫能否满足防护需求。抗冲流速法是一种基于试验数据的经验方法。1983年，马克菲尔公司和美国科罗拉多大学做了详尽的格宾垫的抗冲刷模型和原型试验，试验得到的抗冲流速表如表1所示。利用抗冲流速表进行格宾垫的设计，这种方法更加直观实用。

表1 抗冲流速表

3 施工工艺流程

在格宾垫的工程应用中，施工工艺和质量尤为重要，不规范的施工往往影响最终的工程效果，令实际与设计发生偏差。格宾垫的施工一般工序包括装配、摆放、填充和安装盖板等步骤，具体方法和要求如下：

装配：格宾垫单元以折叠打包方式供货，方便安装和运输。在现场摆放之前，需要进行装配。装配过程很简单，就是将网面展开，将端板和隔板的竖边与长边绞接。格宾垫单元应在离最终位置一定距离的平地上进行装配，其一是为了便于装配，其二是为了避免破坏已整平的边坡或地基。

摆放：将组装好的格宾垫单元摆放在施工现场并将其临边相互绞合，使其形成一个整体。其绞合程序是用钢丝依次穿过连续的网格并在每第二个网格绕两圈。应在格宾垫单元内未填充时进行，填充后则很难处理。

填充：格宾垫的填充非常简单，可根据不同施工场地使用任何机械工具。如果填充石的尺寸过小，则需少量的人工施工。填充物可为任何坚硬、耐久的石料，能够抗风化，比重≥2000kg/m3(容积密度1300kg/m3)。

表2 格宾垫与其他护岸结构对比表

封盖：在格宾垫填充后即将网盖与边板和隔板的顶端用钢丝连接。建议首先将两个长边绞合，然后绞合端板和隔板。

4 与其他结构形式的对比

护岸起着稳定岸线、防冲刷、防风浪的作用，要求护岸材料具有如下特性：

耐久性：永久工程要求护岸材料具有自身稳定性，在水的作用下具有长期的强度，能够抗冲刷、防风浪淘刷，不被水流带走，能够起到稳定岸线的作用，要求护岸材料具有耐久性。

生态性：“生态治理、人水和谐”是当今河湖治理的趋势，护岸工程不应成为割裂水陆的隔离带，在保证安全的前提下，尽量采用透水的多孔隙的材料，为植物、水生动物提供生长、生存的空间。

美观性：护岸材料应具有美观性，与周围景观的协调性，不能成为仅服务于功能要求的“孤立的防护”。

根据前述要求，将格宾垫与干砌石、水工连锁砖以及生态混凝土等材料进行对比。具体见表2。

以上比较表明，干砌石景观效果较差，水工连锁砖厚度不足，对预制质量要求高，生态混凝土柔性不足，适应变形能力较差，格宾垫在强度、外观效果、整体性、柔性、生态性等方面都能符合要求，为较好的护坡材料，可在水利护坡工程中应用。

5 结语

针对水利工程中凸显的人们日益增长的环保要求与传统护坡形式生态性欠缺之间的矛盾，以伊川滨河工程为背景，介绍了格宾垫这种在国外运用成熟的生态护坡形式及其设计原理和方法，并将其与传统的护坡形式进行了多方面的对比，对比结果表明格宾垫在强度、外观效果、整体性、柔性、生态性等方面都能符合生态护坡材料的要求，从而为我国水利护坡工程提供了一种较好的新选择方案。

[1]陈茜.洛阳新区伊河滨水景观规划研究[D].东北林业大学,2012.

[2]闫大鹏,李德营,张琳,等.伊川县滨河新区水系景观工程研究[J].河南水利与南水北调,2012,20:043.