格宾石笼护脚在甘州区黄水沟河道治理中的应用

冲爱国

（甘州区盈科水利管理所，甘肃 张掖 734000）

1 工程概况

黄水沟起源于甘州区盈科灌区上秦水管站西侧芦苇池，主要承担沿途和企事业单位的生活污水、养殖污水、灌溉回归水、地下泉水和雨水的排放任务。工程利用0+000 处分水闸从盈科干渠二分干引清水至沟道内，确保沟道内清水补给，按照黄水沟近年来的运行状况，通过每年的实测数据和经验，综合确定黄水沟引水流量为1.0 m3/s。甘州区黑臭水体治理黄水沟整治工程共治理长度15.5 km，其中衬砌护坡10.38 km（左岸5.19 km，右岸5.19 km）[1]。根据地质勘察，河道沿线河堤地表多为粉砂质粘土、碎石土及河床漂石、砂卵砾石层。冲积阶地为0.5 m～3.0 m不等厚的灰褐、褐红色粉砂质粘土层，稍湿～湿，结构松散～稍密，呈可塑状态。局部夹粉砂层，灰褐色，稍湿，结构松散～稍密状态。下部为河床冲积层灰褐色、灰白色卵砾石，砾径2 mm 以上颗粒含量占40%～50%，由粉砂土、细砂充填，砾径20 mm～60 mm 的卵砾石，砾石呈亚圆型，磨圆度、分选性好，结构稍密实。卵砾石成份主要为石英砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩及泥岩。本次护坡断面形式采用复式断面为主，护脚主要采用格宾石笼护脚。本文主要从河道治理的断面形式、护脚型式比选以及格宾石笼护脚的施工工艺及方法出发，进行河道治理中衬砌护坡的设计施工方法研究。

2 护坡设计

2.1 堤身剖面型式比选

从节约投资、合理利用土地、防洪工程必须从经济效益和社会效益等角度出发，本工程河道的纵、横断面按“利用现状，综合考虑，分段确定”的原则，对本次治理河段进行多方面比较，最后选定行洪断面。河堤横断面形式常采用矩形断面、梯形断面以及复式断面，一般而言，矩形断面占地少，但墙体断面大，砌体工程量大，投资大；梯形断面砌体工程量小，投资少，但占地多，由于黄水沟两岸企事业单位、养殖场和农田沿河分布，土地资源宝贵，故该堤型不适用于当地情况；复式断面介于矩形断面和梯形断面之间，占地较梯形断面少，投资较矩形断面少，故本次河道治理横断面型式采用复式断面为主，5 a 一遇洪水位以下分别采用浆砌石挡墙及格宾石笼护脚，5 a 一遇洪水至堤顶为土堤，采用开挖料回填，土堤迎水面滨河景观带采用联锁式护坡，其余河段采用框格梁草皮护坡，背水面均采用草皮护坡[2]。

本次黄水沟治理河段河堤回填料主要采用开挖料回填，而开挖料中以砂卵砾石居多，因此，考虑到河堤的防渗等，河堤填筑时，迎水面1.0 m 采用土料场外拉粉质粘土回填，其余堤身采用开挖料回填。治理横断面比较见图1。断面单位长度主要工程量及投资比较见表1。

图1 治理横断面比较图

表1 断面综合比较

2.2 护脚型式比选

现状堤防地基土主要为砂卵砾石层，抗冲刷能力稍差，洪水期易对堤脚形成冲刷破坏，建议适当加宽基础及加深基础埋深或采取其它抗冲刷措施（如采用格宾石笼护脚等），以减弱河水对堤脚的冲刷破坏作用。根据甘州区多年来河道治理经验，常用的护脚有浆砌石护脚及格宾石笼护脚，结合本次治理河段所在地情况，本次河堤护脚考虑对浆砌石及格宾笼进行比较，护脚型式比较见表2[3]。

表2 护脚型式比较

由表2 可知，浆砌石护脚与格宾笼护脚相比，单位治理长度内价格相差不大，但浆砌石属于硬性材料，对于山区河道来说，生态性能差，不利于生态循环。格宾石笼生态性能好，易生长植物。同时结合新会上段治理效果，采用生态格宾石笼护脚，更适用于本段山区河道。因此，本次设计采用格宾石笼护脚。

2.3 格宾石笼稳定计算

黄水沟河道治理格宾石笼有2.0 m、1.5 m，本文采用2.0 m 高格宾石笼进行计算，结构分三层设计，第一层1.0 m×1.0 m（宽×高），第二层1.5 m×1.0 m（宽×高），第三层2.0 m×1 m（宽×高），格宾石笼墙顶以上为生态土堤，填土坡比为1∶1.5。计算简图见图2。

图2 格宾石笼护脚计算简图（尺寸单位：cm）

（1）主动土压力系数Ka

根据水工设计断面形式，采用库仑土压力理论进行计算，计算公式如下：

式中：Ka为库仑主动土压力系数；φ 土体内摩擦角，取值为18°；α 为挡墙墙背与竖直面间夹角，按几何尺寸选取0°；β为墙后填土面的倾角，取值为0°；δ 为墙背与填土之间内摩擦角，δ 取值为23°（砌体砌筑的阶梯形墙背）；

经计算得：Ka=0.528。

（2）滑动稳定校核

抗滑稳定安全系数计算公式为：

式中：Sa为主动土压力，kN；γ 为土壤容重，18 kN/m3；H 为格宾石笼墙高度，m。

经计算得：Sa=1.47≥1.20。

综上可知，本次河道治理格宾石笼护脚计算得到的抗滑稳定安全系数满足规范要求，格宾石笼护脚是稳定的。

3 格宾笼设计施工工艺

3.1 格宾网设计要求

本次治理河段格宾笼采用锌-10%铝混合稀土合金镀层钢丝三铰网，网孔8 cm×10 cm，网丝规格见表3。网孔的允许偏差为±5%。箱体尺寸为2.5 m×1 m×1 m、2.0 m×1 m×1 m、1.5 m×1 m×1 m 三种，长度、宽、高度允许偏差为±5%，内部隔片间隔1 m 布置。钢丝铰制长度是保证钢丝铰合时不被过度拉伸，金属防腐层不被过度挤压造成破损的重要保证，因此铰制长度必须≥55 mm，否则为不合格产品。

表3 网丝规格表

3.2 填充料石要求

格宾笼填充材料一般按就近原则选取块石和碎石[4]，填充比例为8∶2，块石饱和抗压强度40 MPa 以上，粒径在8 cm～25 cm，碎石应级配良好，格宾笼外露面应木棒(或模板)以保持平整，再填充石料，填充厚度不大于30 cm，严禁一次投满，网箱填充石料的整体重度宜在15 kN/m3～20 kN/m3。

3.3 格宾笼施工工艺

格宾笼施工工艺及方法简单，将砂石料、钢丝网及辅助材料等运输至施工场地后，一般由人工操作完成，不需要大型机械设备施工，格宾笼护脚的安装、施工一般包括材料运输、测量放线、地基处理、格宾网安装、石料充填、扎封箱盖等施工工序，具体施工工序见图3。结合本工程格宾笼护脚设计，在施工过程中提出如下几个施工要点：

图3 格宾笼护脚施工工序示意图

（1）格宾网箱组装

格宾网箱组装，根据河道地形和设计图纸要求，将格宾网组装成长方体或者正方体形状，中间应绑扎间隔网，以人工掀开格宾笼大约成90°，绑扎间隔网成箱形，绑扎材料采用材质为钢丝，双股以上绑扎并拧紧，间隔网先上下四处固定拧紧成箱形，在于网身绑扎固定，绑扎间距25 cm，完成网箱组装后置于平整坚硬的基础上，再将相邻网箱进行绑扎，绑扎方法相同。

（2）填充卵石

本工程块石料场距离项目区较远，河道河床及附近卵石储量多，材质较好，首先用脚手架固定格宾钢丝网，以免其变形，采用机械或人工进行卵石填装，填充石料应分层填充，分层厚度不大于25 cm，严禁一次填满一格，每组格宾网箱须同时均匀投料，确保格宾笼形状完整、方正[5]。石料投入时，先在层箱底用粒径70 mm～100 mm 的卵石均匀摆设，再开始从箱笼的四个角隅处码砌粒径100 mm 左右的卵石，然后再用级配合适的石料分层摆设，当石料填充高度在箱体一般设计范围时，用比例20%的颗粒级配良好砂砾进行填充，使其充分将填料空隙填实，外部裸露部位改用人工捡拾平整，整齐密实，以求外观美观。

（3）扎封箱盖

格宾网上层石料摆放平整后进行格宾网箱封盖，防止格宾网因上层石料突出或不平整而发生变形现象。封盖后按照设计图纸就格宾网的拐点及相邻部位进行加固绑扎，以确保封盖牢固可靠，并对网箱平面平整度、位置和高程等进行严格验收，满足格宾网的设计要求[6]。

4 结论及建议

甘州区黑臭水体治理黄水沟整治工程采用宾格笼衬砌对植被保护有一定的好处，作为河道护坡的衬砌部分，既能节约资金，又能节约材料、人工和机械，并且环保，对施工周边无污染，是目前河道治理的环保材料。按1+200～1+460 段河道治理途经居民点的地形来讲，具体表现以下几点：一是居民点周围环境得到了彻底改善，脏乱差现象得到了控制；二是河道水清，无污染物入河；三是河道衬砌使居民点附近增加了一道亮丽的风景线，人居环境得到提升，河道治理于2017 年完工至今，护脚结构稳定，未出现水流冲刷破坏，格宾笼护脚效果良好。