生态型绿格网防护技术在河道整治中的应用

2010-07-02董怀良许文锋

浙江水利科技 2010年3期

周勇,董怀良,许文锋

(宁波四明湖建设有限公司,浙江余姚 315400)

1 问题的提出

在河道整治中,传统的护坡结构主要有浆砌或干砌块石护坡、混凝土护坡等。这些传统的边坡工程,对边坡的处理主要是强调其强度功效,却往往忽视了其对环境的破坏;生态型绿格网防护技术是一种既可以保护河道岸坡、堤坡,又可以实现水与土体自然交换,增强水体自净能力,亦可实现植被绿化、美化景观,最终实现工程建筑与生态环境有机结合的技术。它兼顾了防护与环境两方面的功效,是一种很有效的护坡、固坡手段。这种防护与环境的协调意味以尊重物种多样性,减少对资源的剥夺,保持营养和水循环,维持植物生态环境和动物栖息地的质量,有助于改善人居环境及生态系统的和谐发展。

2 绿格网防护技术

绿格网技术就是运用一种经特殊处理后既具有一定强度,又具有不生锈、防静电、耐腐蚀功能的涂膜钢丝,经机械编织形成绿格网箱笼充填石料后,用于公路、堤岸、山坡等水土易流失地区的防护技术。该技术的关键是选择合适的防腐处理工艺,防腐处理工艺不仅影响钢丝和保护层的强度、抗腐能力,还影响钢丝和保护层之间的粘结力,最终影响工程的使用寿命。在河道整治工程的绿格网防护技术中,采用先对钢丝表面进行热镀锌处理,以有效减少钢丝网线的表面氧化作用,减少表面生锈,再在热镀锌的表面涂塑料保护膜。为增强钢丝与塑料涂膜之间的粘结强度,将钢丝截面设计成六角形。

3 绿格网防护形式简介

绿格网防护结构主要有绿格网箱、绿格网垫、绿格挂网3种形式。

3.1 绿格网箱

绿格网箱由各种网孔规格的绿格网片按照ASTM A 975—97规范组装而成。工程现场填充石料组装形成柔性的、透水的、整体的支挡结构,作用类似于挡墙,网箱的几何组成及网孔的几何尺寸如图1所示 (图中网箱尺寸单位为cm),图2为绿格网箱在工程中的实例。

图1 网箱的几何组成及网孔的几何尺寸

图2 绿格网箱制做的挡墙

绿格网结构的耐久性受很多外在因素影响,如岩土状况、周围环境、结构形式等,绿格网丝一般采用高镀锌钢丝或者10%铝锌合金钢丝,如果环境条件比较恶劣,污染比较严重,可以在钢丝的表面涂塑(PVC),以增强网丝的抗腐蚀性能。10%铝锌合金钢丝材料指标见表1。

表1 10%铝锌合金钢丝材料指标

3.2 绿格网垫

绿格网垫与绿格网箱相同,也是由机械编织而成的双绞六边形绿格网片组合成的一种结构体 (按照ASTM A 975—97规范组装而成)。在工程现场向绿格网垫中填充石块以形成柔性的、透水性的、整体的防护结构,作用类似于护坡,几何组成见图3(图中网垫尺寸单位为cm),图4为绿格网箱在工程中的实例。

图3 网垫的几何组成图

图4 绿格网垫制做的堤防图

3.3 绿格挂网

绿格挂网防护系统是由各种规格的绿格网片按照ASTM A 975—97规定组装而成,多用于公路和铁路的落石防护工程。

4 绿格网防护技术的特点

应用于河道整治工程中为绿格网箱和绿格网垫,与混凝土、砌石做的挡土墙、护坡相比,绿格网防护工程依靠其填充料存在空隙的优势,在保护土体不坍塌的同时具有两大特点:一是可实现水体和土体的自然交换,为水中微生物生存创造条件,从而增强水体自净能力;二是空隙混杂的土体便于实施植物绿化,利于美化环境。绿格网防护技术特点如下:

(1)理想的生态建设及生态恢复功能。绿格网石笼内块石的孔隙为水体流动创造条件,有利于实现水与土体自然交换;结构填充料之间存在大量的空隙,有利于各种鱼类、虾类生存和繁衍,维护水体净化,改善河流水质。有些空隙被泥沙沉积填充,提供了水生植物生长的有利条件。

(2)极佳的稳定和整体工程。绿格网采用专用机械织成,整体连接,柔性好,适应不均匀沉降,局部损坏不会造成整体性破坏。

(3)良好的透水性能。由于绿格网填料自身存在孔隙,其所制做的挡墙、护坡等不用再设置反滤层,砌体后部填土地下水易于排出,有利于结构稳定。

(4)施工简便。可根据设计意图,工厂化制作半成品,在施工现场组装定型,灌进填充料,加上盖网即成,操作简便,受气候影响小,适于机械化操作;

(5)较强的抗冲刷和抗风浪袭击能力。绿格网结构遭受水流冲刷时,石笼内的石块可能会发生位移,波浪冲击后产生的真空吸力,被结构瓦解;但由于是整体连接,变形后的石笼结构会产生新的平衡,总体完整性不会受到破坏。

(6)适应不同的地基条件。由于构成绿格网防护体的钢丝具有一定的抗拉强度,不易被拉断,填充料之间又充满了空隙,具有一定的适应变形的能力。当地基情况发生变化时,如发生不均匀沉降、地震等。箱内填充料受箱笼的约束不会跑到箱笼外,而会自行调整形成新的平衡;又因箱笼系柔性结构,因此,防护工程表面可能会发生小的变异.但不会发生裂缝、网箱被拉断从而造成防护体被破坏的现象。

(7)造价相对低廉。绿格网防护体由钢丝箱笼和填充料组成.填充料只要能抗风化、有一定强度即可,有时候甚至可以用一些较干净的建筑垃圾作为填料,因此成本较低。特别是当地基条件较差时,可节约占工程造价比重较大的地基处理费用。

(8)优良的耐腐蚀性和耐久性。10%铝锌合金钢丝绿格网使用寿命可达50～70 a。

(9)极佳的景观效果。通过自然与人工植被的 “水”和 “绿”结合,改变吊板的连续护岸,给海涂增添了一道亮丽的风景线,达到优化、美化环境,对维持河流生态系统的健康和保持原有的水边生态环境具有特殊意义。

分析以上绿格网防护技术特点可知,绿格网防护应用于临水防护工程时与常规防护措施相比,具有其自身优越性,特别是混凝土、砌石防护在临水修建时常常遇到水下施工问题,基础处理较为复杂,而绿格网防护为柔性结构,可适应不均匀沉降,对基础要求不高,易于处理。

绿格网防护原理其实类似于铅丝石笼防护,只不过铅丝石笼防护通常应用于临时性工程,而绿格网钢丝经过特殊处理并加密空隙后成为了永久性工程措施。绿格网的空隙性使得防护措施后期恢复植被效果更好,在南方湿润地区甚至可不用进行播种,一些野生植被通过空隙可以进行自然恢复。

5 绿格网防护技术的设计与施工

在河道整治工程中,根据景观要求及地形地质条件,绿格网防护体的具体设计形式主要有斜坡式、台阶式和直立式3种。在具体土压力的计算中仍可采用库仑公式,而滑动计算仍用瑞典圆弧滑动法。网箱的配置与尺寸设计则应更多地考虑填充料的性能及堆叠方式,使结构物内所有网材发挥其高强度应力之特性。当墙高超过4m时.在受压力和剪力最大的基础和底部使用0.5m高的网箱较有利。除此之外,增加平行土壤推力方向的隔网,可以有效地降低由于受剪力而造成的形变。与其他挡土设施相比,绿格网防护体具有透水性和自排水性,所以对结构本身提供了额外的安全性.不会受到比预期压力更大的水压力.更不会有基础及背后土壤恶化的问题。因此,一般不需考虑专用的排水设施。

绿格网防护体的施工,可分为以下5个步骤:

(1)对网箱及填充石料规格、质量进行检验,整理坡面,使坡面基本平整。

(2)将片状的格网按照规定的步骤和要求.采用双铰链接,绑扎成箱。一般形成由多个网箱构成的“网箱组”,然后将网箱组铺放在平整好的坡面或开挖好的基坑中。

(3)将石料充填到网箱中,一般每层厚度控制在30 cm左右,并适当捣实.表面叠放平整。如箱笼厚度在30 cm以下的,可一次性进行填料。

(4)复上网盖,将网盖与网身接触的框线按规定进行绑扎。

(5)在填充石料缝隙适当抛洒泥土,播上草种。