中小河流治理中宾格石笼护坡技术研究

郑 丽

(沈阳市康平县自然资源保护与行政执法中心，辽宁 康平 110500)

混凝土挡墙、浆砌石挡墙等为传统的确保中小河流行洪安全的护岸形式，这种护岸具有较高的成本，可对河流的系统循环和生态环境造成一定破坏，从而引发一系列的生态问题。护岸工程应考虑使用要求、施工条件以及地形地质等因素，结合波浪、潮汐、水流特性选用墙式、坡式或其它护岸形式。在满足防洪与结构安全的条件下，充分利用当地材料选择生态护岸，以达到美化环境、降低成本和维护水系统循环的要求[1-3]。所以，中小河流治理工程要尽量选用生态护岸形式，在达到防洪要求的基础上，实现人水和谐、固脚护岸、生态景观效果和抗冲刷能力显著增强的目的[4]。

新型生态护坡结构能够提供一定的景观观赏价值，并为生态系统循环创设适宜的条件，这充分体现了水生态文明和人类“返璞归真、回归自然”的治理理念。将格宾石笼护坡技术应用于中小河流治理工程，有利于水生植物的生长繁衍、物种多样性的增加、河流系统与周边环境的信息交流，以及形成良好的水生态景观[5-6]。

1 宾石笼护坡技术

1.1 结构形式

格宾石笼护坡以古代筑龙结构为基础，将符合功能要求的块体材料填充至网格组成的箱体内，以此形成兼具环境效应、生态效应以及传统安全性、耐久性的新型柔性结构。

1.2 特点优势

传统的刚性结构(如浆砌石、混凝土等)多存在施工质量难以控制、施工速度慢、生态不友好以及无法适应较大地基变形等特点，对此格宾石笼具有以下优势：

1)生态环保性：格宾石笼结构存在高透水性、高孔隙率的典型特征，水流、土壤与生物之间相互涵养，工程建设对原生物栖息环境的影响较低，本土生物可以较好的生存于建后的环境；同时，坡上植绿能够有效防治土壤侵蚀，减少对土体的干扰，且充分利用河内块石，便于就地取材[7]。

2)投资成本低：格宾网、石块等为构成格宾石笼挡墙的主要工程量，在石料丰富地区相比同类产品其造价更低；此外，人工机械相配合开展大规模施工的格宾网工程，较传统的刚性结构其施工效率更高，有利于降低人力成本[8]。

3)施工方便：格宾石笼存在施工速度快、操作简单、抗冲刷能力强等优点，且完工后无需专门的养护。

4)安全可靠：以钢丝网箱为主体的格宾石笼柔性结构，其具有较强的基础变形适应性、柔韧性，可以形成有效护坡、固坡的整体透水结构，在一定程度上抵抗冲刷与风浪冲击。

5)整体性好：采用绞合钢丝将相邻双绞网格连成一体组成的格宾石笼蜂巢状网格，其连接紧密且整体稳定性较强。

1.3 施工工艺

根据以下流程完成格宾石笼施工，开挖基槽、地基处理、铺设网垫、测量放线、铺设格宾网、填充石料、箱体封盖、植被施工，该过程要配合人工辅助施工，并确保基土的密实度及其质量。为了达到预期的防护效果以及保证石笼网箱牢固的被石块填充，施工时石笼网的网孔不应超过块石直径，否则极易引起块石掉落、网箱变形坍塌等问题[9-10]。

2 实例应用

文章以辽河兰家街险工治理工程为例，兰家街险工位于康平县两家子乡境内，辽河康平段右岸、辽河大断面L202-L203之间。受近几年洪水淘刷影响，兰家街险工发生大面积兑岸严重等险情。根据现状险工存在问题，本工程拟对辽河干流康平段兰家街险工进行治理，险工治理共计710m， 主要建设内容为新建平顺护岸710m，新建石笼丁坝7座。

2.1 方案比选

目前，护岸型式主要有墙式、坡式两类。由于治理河段比降大，水流流速大，两岸冲刷岸坎均为直立岸坎，从工程的角度分析，坡式较墙式护岸存在挖填土方量大、工程投资多、整体作业面积大等不利因素；从生态环境角度分析，坡式护岸对现状地形扰动面大，在挖填土方里相同的前提下，坡式护岸与墙式护岸相比，其工程的永久占地、临时占地更多。

考虑到辽河康平段比降大、水流流速大的特点，墙式护岸结构型式选取要充分考虑抗冲刷的特点，因此选取固滨笼挡墙、浆砌石挡墙、机织土石笼袋挡墙进行比选，如表1所示。

表1 护岸形式比选

续表1 护岸形式比选

方案一：固滨笼护岸。格宾石笼护岸能够承受较大的变形而保持稳定，其渗透性良好，能够有效减少流体静力造成的损害；此外，节约运输费用，运输过程中可以折叠起来，运往施工现场装配，施工简便，不需特殊技术；抗恶劣气候影响、耐腐蚀及抵御自然破坏能力极强，石头与笼子间隙中的淤泥为植物生长提供有利条件，并与周边环境有机融合，但对装填石料有粒径要求，中部厚度≥15cm，该方案每公里建筑工程投资约56万元，如图1所示。

图1 格宾石笼护岸

方案二：垂直土石笼袋护岸。这种护岸属于生态工法，其绿化植生及稳定性较铅丝石笼更好，较好的渗透性可以实现自由排水，能够减少或排除土壤不稳定的可能；此外，其变形能力或柔软度较好，可以承受地面沉陷而保证整体安全；本材质的耐久性、抗老化及抗冻性良好，在恶劣环境条件下提高工程的适用性和耐久性；可就地取材，对装填料无粒径要求，有利于舒缓河道淤积量、减少土方外运引起的污染，通过搭配绿化植生有可促进人文与自然景观互动，对改善通水断面发挥着积极作用，可大幅减少水泥丛林冲击环境。施工现场组立简单迅速，可适应偏僻窄道，无须铺设大型便道，施工对环境冲击小；另以机械填放填料，快速、安全性高，方案每公里建筑工程投资约87万元，如图2所示。

图2 土石笼袋护岸

方案三：浆砌石墙护岸。浆砌石墙护岸具有整体性好，抗冲抗压强度高特点，耐久性好，但易产生跨塌，断裂等破坏，对基础要求较高，需布设排水孔，对基础、施工技术、砌筑块石粒径、强度要求较高，该方案每公里建筑工程投资约75万元，如图3所示。

图3 浆砌石墙护岸

结合以上方案比较结果以及工程现场实际情况，从工程角度分析固滨笼方案优点较多，抗冲性好，不易产生跨塌、断裂等破坏，对基础要求较小、耐久性好、对施工人员要求不高，在河道的上中下游中适用范围较广；从改善生态环境角度分析，固滨笼方案都有易于植被生长，因此选择固滨笼方案。

2.2 参数设计

1)护顶宽度：护顶宽度是指从护坡顶部沿垂直河岸方向向河岸滩延伸的长度。为保证护岸工程安全稳定，护坡与河岸滩应牢固紧密结合。按照《生态格网结构技术规程》要求，确定石笼尺寸。护坡顶高程的确定，当现状滩顶高程低于5a设计水位时，直接护至岸坡顶部；当现状滩顶高程高于5a设计水位时，护至5a设计水位上0.5m，同时还应综合考虑岸坎上下高度关系、布置岸线的防护高度，使工程防护措施更经济、更合理。

2)护脚宽度确定：无直接计算公式，结合东北地区长期应用经验，取3-5倍的斜冲的冲刷深度。根据相关规范，按照以下公式确定防护工程产生的冲刷深度：

(1)

式中：α为岸坡与水流流向的交角，°；△hp为局部冲刷深度，m；m为迎水面边坡系数；d为坡脚处土壤计算粒径，m；g为重力加速度，m/s2；Vj为水流的局部冲刷流速，m/s，结果如表2所示。

表2 冲刷深度统计表

根据冲刷深的计算结果确定各段护岸护脚的水平防护宽度为5m。综上分析，工程布置中，河道临近主槽侧的岸坡选定固滨笼方案防护至现状岸顶。河道临近右岸管理路侧的岸坡选定固滨笼与生态护坡相结合的方案，岸坡防护至常水位(常水位流量选取70m3/s，通过水位流量关系确定常水位为设计河底以上1m)，常水位以上岸坡防护采用生态护坡，防护至现状岸顶，如图4所示。

固滨笼挡墙背水侧铺设400g/m2的土工布进行反滤，固滨笼挡墙基础下设100mm砂垫层，固滨笼网箱单体规格为2.0m×1.0m×1.0m，网箱沿水流方向上每隔1.0m设置一道隔片。网箱采用机械编制网笼，网孔尺寸130mm×150mm。护脚防护型式采用绿滨垫水平防护，水平防护宽度为5m。绿滨垫水平防护网箱单体规格分别为5.0m×2.0m×0.45m，网箱沿水流方向上每隔1.0m设置一道隔片，下设400g/m2的土工布进行反滤、100mm砂垫层。

图4 岸坡防护横断面图

2.3 施工要求

1)降排水施工：结合工程实际，虽然将治理河段采用围堰阻水，但是建设过程中仍存在积水的问题，为有效防止因人为干扰致使地基承载力不符合要求的情况，基础开挖过程中就要处理好降排水问题。

2)错峰搭接：在土工布铺设完成后，采用人工铺设石笼网，人工选石、修石、砌筑、填缝、找平及封口；石料由石料场购进，场内运输采用胶轮车。石笼网为热镀锌低碳钢丝涂塑成品，由厂家直接购进，人工进行网箱内块石砌筑及封口，要求块石砌筑整齐、密实，错缝无通缝。

3)生态网箱：网箱隔网为单层，隔网沿长度方向布置，间距1.0m。网片网孔为13cm×15cm，采用锌-5%铝-混合稀土合金钢丝，网面钢丝直径2.5mm，边丝直径3.0mm，扎丝直径2.2mm；钢丝直径2.2m、2.5m、3.0m镀层重量≥215g/m2、230g/m2、245g/m2。

4)外观要求：格宾石笼砌体要符合外露面平整美观、线性设计合理等要求，特别注意曲线段的施工控制以保证线形美观。

5) 苗木栽植：选用适合当地生长的灌木品种紫穗槐，人工进行挖树坑、栽植、浇水、覆土保墒、清理杂物等工作，加强养护，提高成活率，为保证植草绿化面积及效果，应及时补植，并做好防病害处理。

3 结 论

格宾石笼具有生态环保、适应性强、便于施工、经济合理等优点，在生态环境保护、防洪安全等工程中发挥着巨大作用，且符合水生态文明建设以及人们对水清、岸绿、景美、河畅的景观要求。工程实际中，格宾石笼规格尺寸的设计应充分考虑不同地质、地形条件，充分利用当地材料及减少投资成本。

辽河兰家街险工治理工程的实施有效的控制了河势，有利于加大河道行洪断面，平顺河势，确保了水文断面所监测和收集水文数据及成果准确性、合理性；同时，有利于防护两岸耕地、林地、植被滩地岸坎，保护生物多样性的植被缓冲带不被侵蚀，为减少水土流失、防止河床冲刷，稳定河流流域内良好的生态系统奠定坚实基础。