格宾石笼在马友营河生态治理工程中的应用

曲 涛

（辽宁省河库管理服务中心（辽宁省水文局），辽宁 沈阳 110002）

0 引言

城镇河道具有防洪、排涝作用，对一个城市发展具有十分重要的意义。马友营河河道比降大，河流冲刷能力强，现状河道受侵蚀冲刷影响较大，岸坡稳定性较差，难以满足防洪需求，针对这种情况，亟需采取河道治理工程。河道治理工程已经取得了丰硕的成果。徐恒[1]、陈正中[2]研究了格宾石笼在河道治理中的应用；秦大伟等[3]、李旭[4]研究了生态袋护岸在河道治理中的应用；常根朋等[5]研究了双排桩护岸技术的应用；李金瑞[6]分析了抛石护岸质量控制关键问题。近年来河道护岸型式正在发生转变，不断注重生态效益，选择环境适宜型的防护堤已经逐渐受到重视[7～10]。结合马友营河治理工程，对格宾石笼在河道治理中的应用进行研究。

1 工程概况

马友营河是牤牛河的一条支流，河长31.06 km，流域面积为195.91 km2。项目区干流河道比降24‰，支流河道比降33‰。干流河道宽度5 m～70 m 不等，支流河道宽度5 m～12 m，河道上游相对较狭窄，下游相对较宽阔，这就导致河道上游河水流速大，导致河道侵蚀冲刷现象较为严重。

2 河道综合治理措施

2.1 河道拓浚工程

2.1.1 河道拓浚原则

1）为了保证河流现状走向，河道清淤疏浚应尽量沿着现状河道布置，保证河水自然流态，同时，为了降低河水对岸坡的冲刷，应保证河道顺直或者较缓的转弯，避免出现折线或急弯型河道。

2）在保证河道过水能力、岸坡稳定性的情况下，应尽量减少土地占用面积。

3）在河道修建桥梁的区域，应保证拟建桥位置上下游均有一定长度的直线河道，以降低河水对桥梁的冲刷，保证桥梁的安全性。

2.1.2 拓浚断面设计

从平面位置上分析，现状河道两岸均已布置岸坎线，因此，以岸坎线作为河道清淤拓浚的工程范围线。从纵断面分析，清淤拓浚以河道设计底高程为依据，针对河道淤积区域，采取清淤措施，针对侵蚀、冲刷严重的区域，采用回填措施，综合清淤和回填措施以保证河床的平顺，改善河道水流条件。在横断面上，考虑到项目区工程地质条件，为保证河道岸坡的稳定性，结合工程经验，按照1∶1.5 的设计坡度对马友营河两岸的岸坎进行填挖修整。由于当地居民生态保护意识较为薄弱，在河道堆积了大量的生活、建筑垃圾，针对这对部分河段，应及时清理生活、建筑垃圾。

图1 河道典型清淤拓浚断面

2.2 河道防护堤工程设计

2.2.1 防护堤结构方案比选

目前，在河道治理工程中常用的防护堤材料包括格宾石笼、C20 混凝土、浆砌块石等，各种类型防护堤材料适用于不同的工程。为保证工程建设满足安全、经济、环保条件，对3 种防护堤材料进行对比分析。

（1）格宾石笼

采用格宾石笼作为河道防护堤材料，设计格宾石笼基础埋深1.50 m，岸坡开挖坡比为1∶1。河床以上设计格宾石笼高度为1.00 m，防护垫层采用砂卵砾石材料，可在现状河道获取，可节约运输费用，同时也有利于河道施工进度的控制，为保证防护垫层的密实程度，砂砾粒径应控制在1.5 mm～30 mm 范围内。

（2）C20 混凝土

河道防护断面采用全断面的C20 现浇混凝土，河床以上C20 混凝土厚度为0.30 m，混凝土以下部位采用砂砾石垫层，厚度为0.60m，粒径与格宾石笼一致，间隔10.0 m 设置一条伸缩缝，伸缩缝材料选用沥青料，护坡基础埋置深度为0.8 m。

（3）浆砌块石

河道全断面采用浆砌5 块石护面，河床以上浆砌块石厚度为0.5 m，河床以下部位使用砂砾石垫层，厚度为0.8 m，砂砾粒径应控制在1.5 mm～30 mm 范围内。

3 种方案对比见表1。

表1 不同防护方案比选

综合考虑，采用格宾石笼作为马友营河治理工程防护堤材料，施工工艺较为成熟，可节约工程投资，加快工程建设进度。

2.2.2 格宾石笼稳定性分析

格宾石笼抗滑安全系数kc和抗倾覆安全系数km采用下式计算：

式中：f 表示摩擦系数，取0.35；∑W、∑P 分别表示垂向力、水平力之和；∑MV、∑MH分别表示抗倾力矩和抗覆力矩。

选取8 个断面计算安全系数，采用上式进行计算，计算结果见表2。

表2 抗滑、抗倾覆安全系数

从表2 的计算结果可知，采用格宾石笼作为马友营河防护堤材料时，其抗滑、抗倾覆安全系数计算结果均大于规范要求值，防护堤整体安全较为可靠，同时，格宾石笼施工时石笼外围采用较为完整的块石作为主要填充料，格宾石笼内部填充料完整性较好，也在一定程度上保证了防护堤抗冲刷能力。采用格宾石笼材料防护堤结构示意图见图2。

图2 格宾石笼结构图

3 格宾石笼施工工艺

施工质量是影响工程安全的重要因素，格宾石笼施工工艺较为简单，但仍需按照工艺要求合格施工，才能保证马友营河的整体治理效果。

3.1 施工流程

在河道治理过程中，格宾石笼的主要施工流程如下：防护堤位置测定→格宾石笼基础开挖→岸坡铺设反滤层材料→安装格宾笼→装填石料→封盖。

3.2 施工工艺

3.2.1 护基施工

基础施工质量是影响格宾石笼防护堤安全的关键因素。格宾石笼护基施工工序如下：①首先需根据设计图纸，通过测量人员放点定位确定基础标高，开挖放线；②格宾石笼基础开挖采用人工配合机械的方式，先采用机械开挖，机械开挖后应当采用人工整平、清理，并将开挖土堆放至堆土区，经验收合格后可进行下一步工序；③按照设计要求的反滤料铺设反滤层；格宾笼安装，为了运输方便，可将格宾石笼材料分开运输，在施工现场拼接，格宾网边缘间隔0.5 m 使用铅丝固定，绑扎质量必须合格，格宾笼竖板应当严格垂直，以提高格宾笼的耐久性；④装填石料，为了避免石料装填过程中格宾笼发生变形，在装填之前，可采用钢板、木板加以固定，石料充填采用先边缘后内部的顺序，边缘材料完整的石料，内部充填碎石，以保证内部充填度，在完成石料装填时，人工检查平整度，块石高于挡板2 cm～3.0 cm 为宜；⑤格宾石笼石料充填并平整后可进行封盖，相邻节点均采用封盖夹固定，间隔0.25 m 用钢筋绑扎加固。

3.2.2 护坡施工

按照1∶1 的坡比对河道岸坡进行开挖、整平；为提高排水效果，铺设反滤层，反滤层材料为土工布，土工布沿着垂直水流方向布置，且铺设时需预留土工布的变形量，搭接长度控制在0.2 m～0.3 m 为宜；垫层铺设，选择粒径在1.5 mm～30 mm 的砂砾石作为垫层材料，垫层铺设应当平整，可用人工、机械夯实；护坡格宾石笼安装、石料充填、封盖方式与护基一致，此处不再重复。

3.2.3 注意事项

在格宾石笼施工过程中，应注意以下事项以保证防护堤的施工质量：①土工布强度较低，在铺设垫层时，应避免石料破坏土工布，影响排水效果；②格宾石笼充填的石料规格必须满足设计要求，防止粒径过大或者过小，影响格宾石笼的稳定；③石料装填时，不能一次装填单个石笼，应和临近格宾石笼一起充填；④格宾石笼长度误差应控制在±3%～5%之间；⑤施工过程中应及时检查、反馈，及时修正。

4 结论

为了改善马友营河现状，通过方案比选，提出采用格宾石笼具有造价低、施工工艺简便、适应不均匀沉降能力强等优势。结果可供同类工程参考。