生态格网技术在工程防护中的结构设计探讨

张军

【摘要】生态格网结构广泛应用于水利工程堤坡防护，具有生态环保、消浪性能优异以及造价低等优点，是未来水利工程防护的一个重要方向。针对生态格网的结构设计，提出了网箱挡土墙的设计及验算方法，以为类似工程提供参考。

【关键词】生态格网技术；工程防护；结构设计

1、前言

生态格网作为一种新型砌护材料，将抗腐蚀、耐磨损、高强度的低碳热镀锌钢丝、锌铝混合稀土合金镀层钢丝，包覆PVC或经高抗腐蚀处理的以上同质钢丝，采用机械铰合编制成的六铰状、六边形网孔的网片结构。具有环保性、经济性及施工便捷性等诸多优势，目前已在国内工程中得到了广泛的应用。

2、网箱挡土墙设计

2.1适用条件

当需要防护的岸坡坡度陡于1∶1.5或河道空间有限等，护岸可选择网箱挡土墙。

2.2结构设计

网箱挡土墙的设计与重力式挡土墙类似，适用标准的土力学原理，用于河道护岸工程可参考《堤防工程设计规范》。

2.2.1构造形式

常用典型构造形式包括前错台式、后错台式、宝塔式、结合式等。

2.2.2基础处理

网箱挡墙需建造在坚实的基础上，应特别注意网箱挡墙坡脚防护，施工时将网箱挡墙的基础设置在计算冲刷深度之下。当难以预测冲刷深度或河床经常出现起伏，推荐采用网垫护坦。护坦最小长度等于1.5倍护坦下计算冲刷深度，当局部冲刷深度不确定时，应相应增加护坦长度。

图2.1 网箱挡土墙基础处理示意图

2.2.3填料、滤层要求

选择合适的网箱挡土墙后回填料，以满足墙后填土的排水。网箱结构的透水性允许所防护的河堤自然透水。但从网箱挡墙滤出的土料会出现堵塞，因此回填土应采用允许自由排水的粒状材料。填料应包括5～30cm厚的分级碎石，后铺设一层无纺布。

2.3土压力计算

2.3.1非黏性土土压力

网箱挡土墙墙后填土为非黏性土时，可采用标准的库仑公式计算。

2.3.2黏性土土压力

目前常用的计算黏性土土压力方法为数解法。数解法对库仑理论进行改进，考虑土的黏聚力作用是以平面滑裂面假定为基础的黏性土、粉土主动土压力数值计算法。根据《建筑地基基础设计规范》采用数解法。

2.4稳定验算

网箱挡土墙稳定验算需考虑倾覆、滑移、基础稳定性、整体滑动、挡墙局部变形或破坏等。

2.4.1抗倾稳定性

由于生态格网结构具有透水性，无需考虑墙后的剩余水压力作用。按绕墙趾转动校核，计算抗倾安全系数。

2.4.2抗滑稳定性

通过将回填土产生的推力与基础产生的摩擦力及黏聚力比较，校核挡墙的抗滑能力。

2.4.3基底压应力验算

进行基础稳定性验算时先确定基底合力的偏心距，根据偏心距判断基底的应力情况，计算荷载作用下挡土墙墙趾和墙踵下土的应力，同时满足基础底面的最大、最小應力。基底最大应力不应超过基底允许承载力，最大、最小应力之比，黏土宜取1.5～2.5，砂土宜取2.0～3.0。

2.4.4整体抗滑稳定性

土基上的网箱挡土墙除需考虑沿基底面的抗滑稳定外，还应核算墙体与基础整体的抗滑稳定性。抗滑稳定验算采用瑞典圆弧滑动法。

2.4.5局部破坏

选择墙身截面变化处作以下校核：墙体内部由于剪破坏引起的滑移，墙体转动破坏引起的倾覆，墙体内部压应力。

3、生态格网设计要求

3.1生态格网材料

所有钢丝（网丝、边丝、扎丝）的检测都应在生态格网编织前进行，钢丝抗拉强度介于350～520MPa；延伸率不得小于12%；钢丝最低镀锌量或镀铝锌量应满足《河湖生态保护与修复材料应用技术规范》要求；将钢丝围绕4倍直径的芯轴缠6圈，用尖针刮擦镀层，不会剥落或产生裂缝。

3.2填石

网箱中填料粒径100～300mm，网垫中填料粒径75～150mm；填充石料需密实、坚硬、新鲜、抗风化，且小于网目大小的石料不得超过15%；每组网箱空间须同时均匀投料，每层填筑厚度20～30cm，并以机械或人工整平；外部裸露部位的石料须以人工砌垒、摆放整齐，以求美观。沿高度方向每25～30cm设一道水平拉筋，每一拉筋处以两网目为间距，向内拉筋并绞紧拉筋，每平方米内4处，以正反八字形设置。

3.3滤层

网箱结构必须使用土工织物滤层，铺设在网箱及土的界面，主要是起到隔离、排水和反滤功能。非织造型（无纺）土工织物具有高能量吸收、坚固、防损伤能力，适合用于网箱结构。土工织物应结实、渗透性好、抗冲磨，以确保在有悬浮沉积物的河道中织物丝不会缠结。

4、生态格网结构优势

4.1生态优势

格网石笼的空洞约为10%～15%，利于水、空气和植物相互作用，且孔隙内挂於后，植物可以在其中生长。同时空洞可作为鱼、蛙等水生动物产卵地，对微生物的繁殖十分有利，属生态型结构。

4.2结构优势

格网石笼为柔性结构，对地基的适应性强，可大大降低地基处理费用；格网石笼不需要胶结材料，施工工艺简单，不受天气、气温的限制，施工速度快；格网石笼的网材为专业生产厂家成品供应，质量有保证；格网石笼结构的孔隙较大，排水条件好，适应抗冰冻和冻涨性能好，且有消浪作用，可减小波浪爬高。

4.3耐久优势

生态格网结构钢丝在应用中表层与酸性空气、水、土以及盐接触，可能产生腐蚀。为了延长笼网使用寿命，钢丝在编织前需要进行镀锌或镀锌铝，镀层厚度要大于规范要求值。通过盐雾试验，其使用寿命可达到40～50年，耐久性较好。且通过大自然的作用，石块之间的空隙会被土填充，植物根系通过石块之间的土深深扎入边坡，形成一个稳定边坡。增强结构的稳定性，增强抵抗水流冲蚀能力。

5、结论

综上所述，鉴于生态格网结构的诸多优势，近年来在水利工程堤坡防护、铁路路基防护、公路边坡防护、海岸保护、市政工程等领域的应用前景越来越广泛。

参考文献：

[1]任建民俞兆权.水利工程护坡生态化设计技术分析[J].中国水运（下半月刊），2011（03）

[2]严惠珍.河道生态护坡技术在宜春市城市防洪工程中的运用[J].江西水利科技，2011（01）