加筋格宾挡土墙和雷诺护垫在河道整治中的应用

王 坤 薛 鹏 杨荣华 邹丕建

(1.长江勘测规划设计研究院,湖北武汉 430010;2.马克菲尔(长沙)新型支档科技开发有限公司,湖南长沙 410000)

加筋格宾挡土墙和雷诺护垫在河道整治中的应用

王 坤1薛 鹏1杨荣华1邹丕建2

(1.长江勘测规划设计研究院,湖北武汉 430010;2.马克菲尔(长沙)新型支档科技开发有限公司,湖南长沙 410000)

加筋格宾挡土墙和雷诺护垫作为新型环保生态材料已在水利工程中得到了广泛的应用。介绍了加筋格宾挡土墙和雷诺护垫的基本原理与特性,重点说明了这两种材料的环保与生态修复功能。对二者的施工要点作了简要描述,并通过工程实例进一步展示了它们的环保特性。

河道整治;整治措施;加筋格宾挡土墙;雷诺护垫;生态水利;环境保护;工程实例

在将传统的挡土墙和各类硬质护坡运用于河岸治理中时,大都只关注河道的行洪与排涝功能,而对于生态环境方面却关注较少。传统的封闭型护岸工程阻断了水流与土壤、水中微生物与植物之间的联系,破坏了河道的自净能力,会对生态环境造成不利的影响,同时圬工施工也会对环境的水域和空气等造成不利影响,且难以进行生态恢复。

近年来,随着社会环保意识的增加,水利工程中的生态环保措施也越来越受到人们的重视,其中加筋格宾挡土墙和雷诺护垫等各类新型环保生态材料已广泛应用于水利工程的各个方面[1]。对于河道整治工程,格宾挡土墙和雷诺护垫不仅能够满足工程安全稳定的要求,同时还能兼顾环境保护与生态的修复功能,具有广阔的应用前景[2]。

1 加筋格宾挡土墙和雷诺护垫

1.1 加筋格宾挡土墙

加筋格宾及绿色加筋格宾均为加筋土结构,即在土体中增加筋材并利用筋材的抗拉能力以限制位移,增强土体的抗剪强度,从而达到稳定的目的。加筋格宾、绿色加筋格宾的原理与传统的加筋土的稳定原理相同,但前者采用了低蠕变和耐久性更好的钢丝网面作为筋材,并且采用了柔性面墙和筋材一体生产的方式,避免了传统加筋土挡墙在筋材和面板衔接处强度不高且容易产生应力集中的问题。

加筋格宾及绿色加筋格宾结构均采用双绞合六边形金属网面为筋材,加筋格宾面墙采用 1 m厚的填石格宾以得到较好的防护能力,而绿色加筋格宾面墙则为加强钢丝网面及生物垫,以得到更好的绿化效果。加筋格宾挡土墙根据外形的不同,可分为直立式、阶梯式和斜坡式等 3种结构形式,各种结构形式及绿化原理见图 1。

1.2 雷诺护垫

雷诺护垫的基本原理是该防护材料的抗冲能力强于水流的冲刷能力,当防护材料的抗冲流速大于水流的冲刷流速时,防护材料可视为稳定的防护体,不会在水流的冲刷下产生位移。

雷诺护垫是由专用机器编制而成的双绞合六边形金属网面构成的箱体垫状结构,常用于岸坡防护、河床护底等防冲刷工程。雷诺护垫的抗冲能力主要由两雷诺护垫内部填石的自身抗冲能力和钢丝网箱所能提供的限制石料位移的能力所决定[2]。当雷诺护垫防护体系的抗冲能力大于实际的冲刷能力时,该防护体系就是安全可靠的。此外,国外研究的流速法和剪切应力法也均能证明雷诺护垫的稳定性[3]。

图1 加筋格宾挡土墙结构形式及绿化示意

图2 雷诺护垫结构形式示意

2 两种形式防护工程的特点与优点

加筋格宾挡土墙可保证岸坡的稳定、促进水体与土壤之间的有机交换;而雷诺护垫能保护岸坡土体免受水流和地表径流的冲刷侵蚀,并形成护岸植物景观。在河道整治工程中,加筋格宾挡土墙体系与雷诺护垫经常结合使用,采用这种结合形式能够更好地发挥出二者的生态功能,体现人与自然和谐相处的设计理念。

2.1 生态环保性与美观性

首先,加筋格宾挡土墙和雷诺护垫结构没有采用任何污染性材料,结构的主材料石材均是来源于自然界,附加的限制性材料钢丝网也没有任何污染作用。其次,由于结构内有较多的填石孔隙,可以实现河水和结构后土体的自由水交换,增强水体的自我净化能力,改善水质,且孔隙结构可为各类水生动植物提供生存空间,恢复并维持生态系统的平衡,建设生态型的水利工程。由于没有使用水泥等污染水质和环境的人工材料,属于环境友好型工程,因而即使由工程建设而引发的可能会对自然界造成的破坏,也能够在较短的时间内得到修复。

此外,防护结构对绿化方式和种植品种没有特殊的要求,可以根据工程需要因地制宜,采用自然生长或喷播、插植等人工方式,以使外观达到人为的设计视觉效果,美化环境。

2.2 柔韧性与耐久性

加筋格宾挡土墙与雷诺护垫特有的柔性结构设计及高伸张率的低碳钢丝,使得该体系具有很强的柔韧性及变形能力,尤其能够较好地适应基础的不均匀沉降。经过重镀高尔凡和采用覆塑方式进行防蚀处理的钢丝,具有较强的耐久性能。通过各类加速腐蚀试验以及对已建工程的观测证明,其柔韧性与耐久性能够满足永久性工程所要求的使用年限。

在当今水土环境非常脆弱的情况下,加筋格宾挡土墙和雷诺护垫柔性结构比传统的刚性防护结构更能够适应各种工况,其多孔隙结构和无污染材料能够保证环境的整体性不受影响,并能维护环境中原始的植物群落的正常繁衍。

2.3 独立性和整体性与自透水性

加筋格宾和雷诺护垫均可在工地现场组装成型,相互绑扎成整体,属于典型的柔性防护结构,具有独立性和整体性,可以适应地基的不均匀沉降,能适应许多工程。

加筋格宾挡土墙及雷诺护垫具有天然的透水性:

(1)可以迅速降低结构后填土内由于降雨等原因导致的过高地下水位,消散孔隙水压力,维持土体强度,降低发生滑坡的危险;

(2)无需传统结构的排水设施,节省工序,加快施工速度;

(3)可以加强水体交换能力,促进植被生长和生态系统的恢复。

加筋格宾挡土墙和雷诺护垫都是用石块填充的独立体,具备天然的透水性和促淤功能,有着与自然河岸相类似的外观,从而能改善河岸水流的边界条件,使水流维持均匀流速状态,防止高流速和局部紊流的形成,克服了传统的抛石护岸引起边岸水流局部淘刷的问题,有利于岸坡稳定和生态植被的自然形成。反过来,自然植被的生长又可以增加结构本身的稳定性,这样就可以延长工程的寿命,形成一个良性循环体。而刚性护砌恰恰相反,如果有杂草生长,则意味着工程在逐渐老化,随时会有松动垮塌的可能。

2.4 施工便捷

加筋格宾挡土墙及雷诺护垫可按设计意图,工厂化生产制作出半成品,施工现场按施工图进行组装定型。整体工法操作简便、工序少、无需特殊的技术工人、受气候因素干扰小,整体施工效率高且效果易于得到保证。在有机械设备配合施工的情况下,更加能够加快施工进度。工人无需进行特别培训。与同类结构相比,其施工效率更高,是传统结构施工效率的 2到 3倍,可以大大减少施工周期。

雷诺护垫的安装施工在干地和水上都可以进行。填石的装填方法非常灵活,一般工程人员经过简单讲解就可以完全掌握,不需特别的专业施工队伍。既可以完全采用机械化施工,也可以采用辅以人工的半机械化施工,在机械条件不具备的情况下,可以采用人工装填的方式。

2.5 经济性

加筋格宾挡土墙及雷诺护垫填充所需石头可以采用浆砌石、干砌石等传统结构无法利用的碎石或鹅卵石,成本较低。尤其是在鹅卵石丰富的河流附近施工,更可以大幅度地降低成本。同时由于不需要专门的技工以及具有较高的施工效率,与混凝土等传统结构相比,其更具有一定的经济优势。而与6m以上的传统刚性挡土墙相比,加筋土挡墙的造价优势更加显著,且高度越高,造价优势越明显。

3 施工要点

3.1 加筋格宾挡土墙施工

首先要进行施工准备,然后进行基础施工。在开挖至设计基底标高后,及时进行基底承载力的检测和加固处理,确保基础承载力满足设计的要求。接着进行墙体地基处理和面墙安装,面墙安装前,首先应在基础上定线,在确定的外缘线上定点。从起点处开始安装,向终点处延伸。面板安装时,应按要求调整角度或退台,严禁面墙外倾。面墙填石应充填饱满、整齐美观,石料材质、填充率应满足相关要求。面墙安装完成后,开始铺设墙后土工布,并伸展面墙后的筋材,拉直、拉平并确定筋材无褶皱和堆叠,然后摊铺填料并将其压实,填料需满足设计要求和相关的压实度要求。在对下层填料压实度及平整度检测合格后,再进行上层加筋层的铺设。最后进行附属设施的建设。

3.2 雷诺护垫施工

首先要进行施工放样,复测工程桩号、地面高程和水下护底高程。划定土方开挖,测算填坡边界、整坡土方、护坡工程量,复测坡面土壤力学指标,然后进行整坡开挖,清理坡面杂物,夯实填方护坡工作面。雷诺护垫的护坡工艺流程包括:①铺设土工布;②展开并安装成形雷诺护垫单元格;③铺设雷诺护垫单元格;④填充砾石;⑤雷诺护垫单元格覆盖面网并将相互连接的单元格绑扎成一护坡整体;⑥浇注护坡顶部抗滑混凝土并养护达标。

图3 长沙市楚家湖河道整治工程防护工程实施效果

图4 长沙市湘江大道南段临水挡土墙工程实际效果(汛期和枯水期)

4 工程实例

图3为湖南省长沙市楚家湖岸坡防护工程中雷诺护垫的施工过程和实施完成后的绿化效果展示,目前防护段河岸的稳定性较好,植被生长茂盛,达到了较好的生态环保效果。

图4为湖南省长沙市湘江大道南段景观挡土墙工程建设。该工程采用了加筋格宾挡土墙进行防护,目前该河段历经两个汛期考验,稳定性良好,同时自然生长植被,起到了良好的绿化景观效果。

5 结 语

我国幅员辽阔,河流众多,为了防治各种水利灾害,兴建了大批水利工程设施。原有的大多数水利防护工程往往在保护河岸的同时,也阻断了水体与地下水间的水交换,影响了河岸植被的自然生长,不利于防护工程周边生态环境的重建。

广泛的理论论证及工程实践表明,加筋格宾挡土墙和雷诺护垫等环保材料的透水性和结构的柔性都较强,在确保工程自身安全稳定的前提下,可有效地保证河流水体与地下水间的交换,并能生长植被,防止水土流失,促进周边生态环境的重建。各种类型的环保材料在水利工程中的广泛应用,对于日益重视生态和环保问题的我国而言,具有重要的推广意义。

[1]李金娟.复合土工带加筋土高挡墙施工技术研究[J].山西建筑,2006,32(14):90-92.

[2]U.S Department of Transportation.Design of road channels with flexible linings[D].Federal Highway Administration,2005.

TV 85

A

1006-0081(2010)12-0009-04

2010-09-28

王 坤,男,长江勘测规划设计研究院环境公司,工程师.

(编辑:赵秋云)