宾格网石笼在坝后消能工中的应用

侯冠华

芜湖市搏翔水利工程设计咨询有限公司 安徽 芜湖 241000

1 引言

大坝的坝后消能工一般有消力池(护坦)、海漫、防冲槽三部分组成[1]。其中,海漫的作用是消除水流余能,调整流速分布,均匀的扩散出池水流,使之与天然河道的水流状态接近,以保障河床免受冲刷。海漫的构造材料要有一定的柔性、透水性、且表面粗糙利于消能。宾格网石笼是用镀锌钢丝或铝锌合金钢丝等材料编制成网箱状,内部填充石料组装形成柔性、透水的整体结构,目前,多用于边坡防护及水土保持等工程。根据海漫的构造要求及宾格网石笼的特点来看,两者具有共通性。本文通过分析宾格网石笼应用于海漫的适用性[2],并结合南陵县弋江镇青弋江透水坝工程实例,提出宾格网石笼应用于海漫的适用条件。为大流量、砂石河床的海漫设计提供可参考的意见。

2 宾格网石笼应用于海漫的适用性分析

2.1 适用特性的分析 常规的海漫是一种刚性结构,构成材料一般为干砌石或浆砌石,厚度以0.3～0.6m居多。宾格石笼网具有以下特性,使其能够代替常规材料用于海漫:

(1)良好的柔性体。钢丝网箱结构通常做成六角网孔结构,该结构在受挤压或内部石料坍塌等情况下能够适应变形而不发生内料散溢。

(2)强透水性。网箱内填充的石料孔隙率大,透水性良好。

(3)表面糙率大。以块石作为填料,通过块石不规则表面及粒径的级配调整能够有效增大表面糙率。

(4)整体性良好。块石材料被钢丝网约束,具有更强的抗冲刷能力。即使箱体变形,只要填充的石料块径大于网箱孔径,石料也不会因冲刷流失。网箱之间通过钢丝绳拴结,因此具有很好的整体性。

2.2 与常规海漫施工难易程度比较 干砌石结构由于粘结性差,单个块石粒径要求大,且施工主要靠人工手摆,难度大,周期长;浆砌石结构添加了水泥浆液,需要凝固期,且浆砌石结构本身透水性不好,一般需增设排水孔,工艺流程相对复杂,增大了施工难度。宾格网箱尺寸可根据设计要求定制,网箱体在工厂加工成半成品,在现场组装,填充石料后盖网栓结即可,施工快捷方便。受环境、天气影响小;可局部带水作业,对现场的适应性强。

2.3 工程实例中的成本比较 南陵县弋江镇青弋江透水坝工程在方案设计阶段进行过造价对比。根据水利概算定额,利用当时的人工、材料价格计算(块石考虑就地取材),干砌块石海漫单价为205元/m3,宾格网石笼为275元/m3,浆砌块石为332元/m3。

就成本上来讲,浆砌块石海漫由于需要制备砌筑砂浆,以及其本身施工工艺的复杂性导致其单价最高。干砌块石单价虽然最低,但本工程特点是下泄流量大、河床基础为砂石层,根据地区经验,临近工程铺筑的块石料极易冲刷流失,因此,干砌块石并不适用于本工程。相较而言,宾格网可折叠起来运输,在工地现场装配。石料等固体填充物可就地取材,对充填材料要求标准不高,石料、混凝土块状料填充均可。宾格网石笼造价低于浆砌石价格,在本工程中具有显著的优势。

3 理论分析计算及结构尺寸确定

宾格网的结构要求:单个宾格网尺寸为2000×1000×1000mm(长×宽×高),网孔规格为80×100mm;格宾笼网为五绞六边形网,网材采用高热镀锌铝合金低碳钢丝。填充料必须是坚固密实、耐风化好的石料,网箱内填充石直径不小于12cm,每块石头质量不小于5kg,70%以上宜采用大于30 kg的块石,严禁使用风化石。间相邻的上下框线及四角必须用组合丝或绑丝绑扎,间隔250mm。网箱细部结构尺寸见图1。

图1 宾格网箱结构图

4 运行情况分析及处理

通过实地考察,南陵县弋江镇青弋江透水坝工程在工程竣工后,其宾格网石笼海漫已经通过了4个汛期的考验,未出现冲刷破坏现象,运行情况良好。

由于宾格石笼表面采用钢丝网,其特有的绞丝网形状导致水草、河道垃圾等易附着在钢丝上,并且,由于本工程坝后部分常年无水,只有汛期短暂过水,附着的河道垃圾影响工程形象,给后期管理增加了难度。处理方法是在汛后将晒干的垃圾集中外运处置,每年投入人员1～2人,运输机械1辆,时间为一天,估算每年的处理费用在1千元左右。

由此可见,宾格网石笼在本工程中应用合理且效果很好,虽然每年需增加管理费用于河道清障,但管理费用很少,且多出的管理费并非类似工程所必须的,只不过是本工程特有的工况所决定的。

5 结语

通过上文分析可知,在大流量、砂石河床条件下,针对坝后的海漫消能设施设计,采用传统砌石结构和宾格网石笼结构进行对比,认为采用宾格网石笼结构具有明显优势。其特点体现在稳定性好、抵御破坏能力强、塑性变形能力大、施工简便及消能防护效果好等。同时,在类似工程设计中,应该注意宾格网表面容易附着河道垃圾,在深水河道中影响不大,但在浅流区或常年干枯的河道应该考虑增加河道清理等后期管理费用。