格网结构在河道治理工程的应用

2014-02-20陈高平陈增民

水利规划与设计 2014年6期

关键词：格网护岸护坡

陈高平陈增民

格网结构在河道治理工程的应用

陈高平陈增民

(宽甸满族自治县水利勘测设计院辽宁宽甸 118200)

本文通过格网结构的产生过程，论述了格网结构的适用范围和特点，从生态方面阐述了格网结构的优越性，以及控制格网结构质量的关键环节，充分利用河道天然材料，从而达到了工程的经济、实用、安全、美观。值得推广。

格网结构河道治理生态适用

提起河道治理，人们就会联想起用推土机疏通河道，用石头垒坝。人们常用的方法也就是用水泥砌坝，用混凝土筑堤，在资金不足时，还想起用石笼筑堤修丁坝，或用植树、“插柳”等办法来治理河道。近年来，经过权威专家论证，以及借鉴国外治理经验，用生态格网结构将是未来治理河道的大方向。

1 格网结构的产生

生态格网结构，就是传统的石笼结构，它是在原始“竹笼”、“羊圈”的经验积累中，经过多少年代的运用研究改进，发展成为现在阶段的生态格网结构。

石笼，是生态格网结构的一种原始结构。指的是为防止河岸或构造物免受水流冲刷而设置的装填石块的笼子。在中国，石笼结构起源于2000多年前的都江堰水利工程，李冰父子在修建都江堰工程中，创造了竹笼装石做堤堰的施工方法。唐代李吉甫就记述了李冰在都江堰水利工程施工中使用‘竹笼’‘羊圈’等作为建筑构件，将石笼层层累筑，即可防止堤埂断裂，又可利用卵石间的空隙减少洪水的直接压力，从而降低堤堰崩溃的危险。都江堰竹笼护岸开创了格网防护工程的先河。

在国外，埃及人也很早就使用了柳条编织的圆笼，笼内填充小石块，对尼罗河河岸进行防护。近代西方国家使用经过特殊处理的抗腐蚀、高强度钢丝，取代竹木，由机械编织而成，组装成箱笼结构体，在里面装上石料，用于河堤(边)坡的防护，这项施工工艺在西方研究运用已达百年以上，技术十分成熟。

自1998年起这项格网工艺便在中国展开。生态格网结构作为新工艺、新技术、新材料，成功地应用于水利工程、公路、铁路工程、堤防的保护工程中。较好地实现了工程结构与生态环境的有机结合。同时与一些传统刚性结构比较起来有其自身的优点，因此在世界范围内已经成为保护河床、治理滑坡、防治泥石流、防止落石兼顾环境保护的首选结构型式。

根据不同的工程需要，生态格网可以加工成网箱、护垫、网兜、植被挂网、加筋网笼等，分别应用于江河湖海的护坡、护岸、交通工程、水土保持工程领域中。

在河道整治工程中，用得较普遍的是：网箱、护垫、加筋网笼等。

生态格网是将抗腐耐磨高强的低碳高镀锌钢丝或5%铝—锌稀土合金镀层钢丝（或同质包覆聚合物钢丝），由机械编织成五绞状、六边形网目的网片，其双线铰合部分的长度应不小于5cm，以不破坏钢丝的保护镀层。

2 格网结构的适用范围

首先，要充分利用当地的材料，像河道中的大河卵石、开矿废弃的皮料石、工程拆除的废砼块等，要根据河道的流量大小、堤防高度。从而确定选用多大块径的石料。

美国科罗拉多州立大学针对各种粒径、不同流速而确定的格网厚度以及所挡护的土壤情况，相应采取的格网结构（厚度、石料大小、护砌高度等）。见表1、表2。

表1 格网厚度及对应的流速参数

选定护堤型式，还要结合河堤的土质，如果是壤土、细砂土，为了防止水流带走土颗粒，在护坡石底部就要采取反滤设施，如石子反滤或土工布反滤等。如果堤防高度较高，又超出了表中规定的数值时，可在河堤半坡设置变坡、或平台，有景观要求的堤岸要结合景观设计，要把堤防设计好。

生态治理河道就是尽可能利用原生态材料，如上述表格中相应的卵石、砼块等，只要是强度，完整性满足要求，都可以装入格网，起到护岸、护底作用，在此基础上尽量美观，不能一味追求美观而忽略了工程造价。

将生态格网编织成厚度为0.17～0.50m的护垫结构。主要用于河道、堤岸护坡既可防止河岸遭水流、风浪侵袭，又保持了水体与坡下土体间的自然对流交换的功能，实现了生态平衡；保护了堤坡，又增加了植物绿化景象。

表2 格网衬砌的技术参数

将格网编织成厚度为0.5～1.0m的网箱结构，可以叠砌而成的挡土墙结构。用于替代浆砌石或混凝土成为河流护岸挡墙，适用于陡峭岸坡的防护，同样起到植被绿化、生态环保功能。

格网结构在施工中如箱笼的排列摆放、填充物的选择、链接捆扎、箱间错缝、土工布铺设、填土被覆等均要按一定要求进行，才能体现出生态格网结构的优势特点。

3 生态格网结构的工程特点

（1）结构耐久性。经防腐处理复合防锈、抗氧化复合保护层工艺而制成的生态格网材料，具有高强度和高耐腐蚀性，重镀锌层厚度是一般电镀锌低碳钢丝的6倍，有很强的抗锈蚀能力，从而保证了结构的耐久性。通过使用经验证明，采用热镀锌工艺制成的高镀锌低碳钢丝，使用寿命可达40～50年，如使用铝锌合金钢丝，使用寿命更加长久。

（2）整体延展性。改善了结构自身的抗震、抗冻能力。以往的浆砌石、干砌石、混凝土等结构形式在出现震动荷载、冰推力、冻胀力或地基有较大变形时均因无法适应变形而损坏。而生态格网结构是将大量散体材料填充到格网编制的网箱（垫）中，既利用了散体材料的重量，又利用了生态格网的高强度和大柔度的特点。格网之间可以扎线相连，而防护结构形成一个无限大的整体。这样一个无限大的整体，既有重量又有很大柔性的整体结构与刚性防护结构相比，更能适应大而剧烈的变形。

（3）消能防冲、防淘刷的性能。以往的（半）刚性砌体结构在局部冲刷后就会在破坏的部位继续扩大，反滤结构随之受到影响，造成水土流失或土坡失稳；而生态格网结构只要采取适当的措施，就能避免。如使用土工织布，它就可以形成完整的反滤结构，生态格网防护结构（如挡土墙、护坡、护岸、护底、海漫等）也可以选择不同粒径的石块做为填料来满足不同的粗糙度设计值，其粗糙的表面可起到有效的消能作用，其中网格内的填充物会因格网的约束而不会被冲走。因为格网的良好整体性能，使其具有了极强的抗冲能力，从而确保了下部反滤结构正常发挥，防止水土流失和保持土坡稳定的功能。

具有较好的防浪性。由于笼内填块石存在一定空隙，风浪上拍时，浪花被破碎，减小了风浪的冲击力，风浪退下时，因箱笼有空隙，破坏了风浪的真空吸力，也减小了对防护工程的破坏力度，

（4）透水能力强。格网内的石块为松散体，存在较多的孔隙，可以充分保证岸坡与河流水体间的水分交换和调节功能，起到滞洪保水的作用，既使地表水及渗透水渗入墙后土中，也能及时地通过网箱结构缝隙渗透出来，从而减少墙后的地下水压力，有利于岸坡(堤、路、山体)的稳定。

（5）造价低，相对经济。由于格网结构对基础要求相对不高，减少了基础开挖，填充材料可就地取材，也可以采用粗加工的小块石甚至矿渣或者拆下的旧砼块，只要能满足抗风化、强度高，粒径较“格网”网片的网孔大就可以。用土工布替代反滤层，施工周期短。虽比浆砌石断面略大，但单位延长米投资也低。

（6）美化环境的生态性。生态格网内的填充材料都是当地的石料，日久天长就会被洪水带来的泥砂淤积所淤满，植物就会自然而然渐渐生长出来，实现工程措施与植物措施相结合，绿化美化了工程景观，形成一个柔性整体护面，回复自然生态。结构填充料之间的缝隙可保持土体与水体之间的自然对流交换，也有利于植物的生长，实现水土保持和自然生态环境的和偕。

（7）施工便捷性。生态格网可采用机械和人工相结合的施工方法，施工简单，不需要特殊技术，普通工人经简单讲解即可施工，受气候影响较小，施工效率高，其施工速度是传统刚性结构的3～5倍。维修成本低。