浅谈生态宾格网在护坡设计中的选择与应用

刘立桥

（无锡市泓利工程监理有限公司，江苏无锡 214000）

1 问题的提出

随着宾格网在河道生态护坡中的应用越来越广泛，宾格网应用于河道生态护坡的设计理论越来越值得设计者关注。笔者根据近几年对宾格网在河道护坡应用中的监理实践，从不同的工程设计图纸可看出，对河相关系相近的河道，宾格网护坡的设计也存在很大不同，说明其在设计理念上存有差异。大多数的设计者往往依据宾格网的规格和技术指标直接进行河道护坡设计，而不是根据河道的特性有针对性地计算得出的技术指标来选择宾格网，这样的设计往往会出现宾格网的规格和技术指标不能满足河道要求，或出现宾格网的规格和技术指标大于根据河道所计算出的技术指标。笔者根据软体排石笼护坡设计理论并结合宾格网的特性，提出宾格网应用于河道护坡的设计理论，以供参考。

2 宾格网的特性

宾格网是一种柔性结构，是由特定的金属线材箱体内填卵石或碎石材料而成的组合体，是由多绞的、六边形网目的网片或加筋网片结合建筑物的尺寸将网片裁剪后组装成绿滨垫、固滨笼等结构单元的新型护挡结构（如图1）。

宾格网体（宾格网内填卵石或碎石材料，实际是石笼）应用到河道或湖泊的护岸工程中，主要具有以下特点：

2.1 柔性好

宾格网体能够靠自身的重力适应河道岸坡的变形，即随着岸坡面的变形而变形，使得宾格网体能够与岸坡面紧密接触。

2.2 整体性好

宾格网由前后端板、盖板、底板、隔板、边板组成，形成封闭的腔体。宾格网是用抗腐蚀、耐磨损、高强度的热镀锌、锌-5%铝-混合稀土合金、锌-10%铝-混合稀土合金或者包覆PVC 的以上同质钢丝，采用机械铰合编织成的多铰状、六边形网孔的网片。内装填卵石或碎石后，形成一定长宽高的石笼体，使得网片和碎石形成一体，其整体性大大高于散堆的卵石或碎石。

图1 新型护挡结构图

2.3 节省投资

由于宾格网内填充的主要是卵石或碎石，其来源广泛，多数是块石或料石的边角废料，往往可就地取材，因此价格便宜。

2.4 适于水陆交换

采用宾格网体护坡，能够保证岸坡的水陆交换条件，以达到一种土体和生物相互涵养、适合生物生长的仿自然状态，且景观性好。

3 宾格网护坡的设计步骤

3.1 计算河道护坡的技术参数

河道护坡主要参数是岸坡长度L护坡，护底长度L护底，护坡石块的尺寸d。

3.1.1 护坡长度L护坡和护底长度L护底的计算

岸坡长度L护坡可以直接从设计河道横断面图上截取（如图2），而护底长度L护底的计算则是根据护岸处的冲刷坑△hp确定，护底长度必须达到L护底≥△hp才能满足护坡的抗冲刷效果。冲刷坑的计算公式有着不同的适用条件，如：水流平行岸坡产生的冲刷坑计算、水流斜冲防护岸坡产生的冲刷坑计算等。笔者以水流斜冲防护岸坡产生的冲刷坑为示例。

冲刷坑计算公式：

式中：

△hp—从河底算起的局部冲深，m；

α—水流流向与岸坡的交角，°；

m—防护建筑物迎水面的边坡系数；

d—坡脚处土壤计算粒径，cm；

vj—水流偏斜时，水流的局部冲刷流速，m/s。

计算vj时，分为有滩地河床和无滩地河床的计算，现仅计算无滩地河床vj。其计算公式：

式中：

Q—设计流量，m3/s；

ω—原河道过水断面积，m2；

ωp—河道缩窄部分的断面积，m2。

根据计算出的△hp值，再依据护坡的边坡系数m 确定护底长度L护底。

3.1.2 护坡石块的尺寸d 的计算

护坡石块尺寸的确定，按其折算直径考虑，具体计算公式为：

图2 设计河道示意图

式中：

d—石块的折算直径，m（取d=0.85dM）；

m—边坡系数；

rs、r—分别为石块及水的重率；

hB—波高，m；

A—系数（堆石护坡A=0.80，砌石护坡A=0.64，方块石的铺石护坡A=0.54）。

系数A 与边坡系数m 有关，如表1 所示。

表1 A 与m 的关系表

式中：

ω风速—风速，m/s；

S—吹程，km。

式（4）在S≤10 km、ω风速=10～20 m/s 时，最符合实测值。

由于计算块石的平均折算直径dM时，通常不考虑宾格网的作用，只考虑由块石组成的护坡防护体中单块块石的稳定即可。平均折算直径dM的大小主要由堆石形态、风速、边坡系数及吹程等因素决定，故只要计算出dM值就可以计算出平均折算直径dM。护坡所选的块石平均直径一定要大于计算出的平均折算直径dM，这样单个块石才稳定，单个块石稳定了，由块石组成的护坡体也就稳定了。

3.2 宾格网规格的选择

本着小于1.5 倍的平均折算直径dM的标准，确定宾格网的孔径；以大于1.5～2.0 倍的平均折算直径dM的标准，确定宾格网的高（厚）度。

通过以上阐述，完全可以计算出宾格网在河道生态护坡的技术指标，即河道护坡主要参数：岸坡长度L护坡、护底长度L护底、护坡石块的尺寸d、宾格网规格、宾格网的高（厚）度。

4 计算实例

某蜿蜒性河流凹向河岸采用宾格网护坡（如图2），50年一遇的河道设计流量为450 m3/s，吹程为2.5 km，河道过水断面面积ω=180 m2，河道缩窄部分的断面面积ωp=0.0 m2。水流流向与岸坡的交角α=30°，边坡系数m=2.0，风速级别为7 级，相应风速为17 m/s，坡脚处土壤计算粒径d土壤=2.0 cm，块石的重率rs=2.65 kg/m3，水的重率r=1 kg/m3。

4.1 计算河道护坡的技术参数

4.1.1 岸坡长度L护坡

取定AB 长度为岸坡长度L护坡，L护坡=9 m。

4.1.2 护底长度L护底

（1）首先计算波高hB，由（4）式可得：

（2）计算水流的局部冲刷流速vj，由（2）式可得：

（3）冲刷坑深度计算，由（1）式可得：

（4）最后确定护底长度L护底为：

L护底=m△hp=2×112=224 cm。考虑不确定的安全因素，取定护底长度BC=L护底=300 cm 为设计长度。

从图2 可知，BC 段是设计护底长度，该段通过设计流量Q设计时，水流对河底的下切，多次冲刷形成冲刷坑△hp并淤积。BC 段受重力作用，从C 端开始逐步随冲刷坑的形成而逐步下沉。经过多次的冲刷和淤积使得BC 段逐步变成BD 段，从而使护底L护底的空间位置发生了变化。这样，护坡体ABD 像帷幕一样承受着河水的冲刷，并牢牢保护着岸坡体不崩塌。

4.1.3 护坡石块的尺寸d 的计算

根据设计类型分析，宾格网护坡可视为干砌石护坡，可取A=0.64，由表1 可知，当m=2.0 时，K=1.2。

由式（3）可得：

故块石平均折算直径dM≥0.299 m。

4.2 确认宾格网河道生态护坡的技术指标

4.2.1 河道护坡的主要参数

岸坡长度L护坡=9m，护底长度L护底=3 m，护坡石块的尺寸d≥0.299 m。

4.2.2 确认宾格网规格和厚度

根据计算出来的块石平均折算直径dM≥0.299 m，即只要块石或卵石平均折算直径大于0.299 m，均可作为碎料填空隙，宾格网厚度为0.3 m。

宾格网的材质、长度、宽度等指标可根据生产厂家的具体情况而定。

5 结束语

依据河道冲刷理论，阐述宾格网应用于河道生态护坡的设计理论，该理论是建立在软体排石笼护坡设计理论基础上并结合宾格网的特性提出的。在计算护坡石块（稳定）的尺寸（d）时，未考虑宾格网的作用，主要原因是考虑宾格网在受到最不利破坏的情况下，洪水对岸坡（或河底）冲刷时块石的稳定性。在块石稳定的前提下，选择稳定的块石尺寸，以确定宾格网的规格，做到最为经济合理地选择宾格网。