河道格宾生态护岸结构选择方案设计与质量控制研究

赵庆营

(辽宁省海城市水利事务服务中心，辽宁 海城 114200)

由于特殊的气候环境和地理条件，北方地区河道护岸易受水流冲刷破坏、水流结冰压力作用、护岸材料冻胀和流冰撞击等因素影响[1]。针对以上问题，必须选用更加优质的材料构建河道护岸，以确保河道护岸的长效稳定，多孔生态型护岸因具有较强的渗透性能够有效解决此类问题。近年来，一种新兴的生态网络格宾护岸在水土保持、水利工程、交通航运等领域中的应用日趋广泛[2]。为了有效解决传统的河道护岸稳定性较差及其质量控制、结构设计问题，本文结合水工构筑物运行特点以及辽宁地区实际情况，提出适用性较强的格宾生态护岸质量控制及其方案设计方法，为促进水生态文明建设和加强生态环境保护提供科学指导。

1 格宾生态护岸结构设计

1.1 结构优选

结合区域河道实际情况和北方地区相关研究资料，在确定护岸结构的基础上合理选择格格宾生态护岸结构形式[3-5]。目前，河道治理工程中比较常用的格宾产品结构类型，如表1。

表1 格宾护岸类型

受冬天寒冷气候的影响，在我国北方气候寒冷地区传统混凝土结构具有较差的适用性，寒冬气候很容易使得岸基发生变形。因此，格宾生态护岸设计要结合表1中不同结构类型的应用情况及北方地区特点，充分考虑河道整治要求合理的选择结构形式。

一般地，我国北方地区具有丰富的石料资源，将石块填装至格宾网箱内，能够确保寒冷冬季条件下生态护岸的功能作用[5]。此外，柔性多孔的格宾网箱结构，可以确保河岸空隙土壤的生态循环以及冬季水体结冰时较强的变形适应性，能够承受较大的变形而保持整体稳定，如图1。格宾石笼护岸的渗透性良好，可以有效减少流体静力造成的破坏，并且运输过程中可折叠起来节约运输费用，运往施工现场装配且无需特殊技术，施工比较简便；同时，格宾石笼网箱结构可抵抗恶劣气候影响、抵御自然破坏能力及耐腐蚀性极强，网箱与石头间存在的淤泥有利于植物生长，能够有机融合周边的环境，但实际工程中对装填的石料有粒径要求。

本文采用网箱与双绞结构设计格宾网箱，并将网线增设覆盖于网箱边缘以确保网箱结构整体的牢固性。根据以上要求和区域气候特点，合理确定护岸结构类型、格宾网箱单元以及护岸形式。

图1 格宾网箱护岸结构

1.2 形式设计

以设定的格宾护岸结构为基础合理选择生态护岸形式，在选择生态护岸形式时应比较各护岸形式的成本，如表2。

表2 格宾网箱护岸成本分析

通过对比斜坡、挡墙、干砌、加筋生态等护岸成本，结合北方地区实际情况和格宾网箱结构最终确定斜坡式护岸形式。格宾网格斜坡护岸不仅能够节约建筑成本，而且可有效解决严寒地区气候条件引起的护岸破坏问题，不易产生断裂、跨塌破坏，耐久性好、对基础要求和施工技术要求不高，在上、中、下游河道中具有较广的适用性。因此，可结合以上选择的结构形式合理设计护岸类型，将其应用于辽宁地区河道治理以完成格宾生态护岸工程建设，如图2。

图2 格宾护岸结构形式

2 格宾生态护岸质量控制

根据北方地区寒冷气候特点和以上选择的格宾护岸结构形式，为确保格宾生态护岸防护质量科学设计河道护岸质量控制方法，具体如下。

2.1 护岸稳定系数设定

护岸施工建设过程中设定统一的尺寸以控制整体施工质量，河岸基础受格宾护岸作用易发生倾斜与相对滑动的现象。为确保格宾护岸质量以原有抗倾倒、抗滑移安全系数为基础，结合区域实际情况合理设定稳定系数。

设∑A、∑B为垂直于河道水平面的作用力和全部作用于护岸基地的作用力，M1、M2为护岸厚度与坡角厚，H、N为护岸整体高度和护岸基础体积，C为河道与护岸之间的摩擦力，可利用下式确定抗滑安全系数，即：

S=C∑A/∑B

(1)

(2)

式中：∂为岸坡倾角；设∑C、∑D为基底前趾倾覆力矩和基底倾覆力矩，L、V为护岸宽度和抗倾安全系数，则利用下式可确定V值，即：

V=∑C/∑D

(3)

(4)

结合以上公式计算结果实现对格宾生态护岸稳定性的空时，并考虑北方地区河道情况以保证生态护岸的整体质量。

2.2 材料质量控制设计

在合理运算与统一设定稳定性系数的基础上，生态护岸质量控制还应考虑建筑材料的控制。材料控制作为河道整治工程的物资基础，其质量状况在很大程度上决定了护岸工程效应的发挥。因此，必须从源头上严格把控原材料质量，结合工程实践经验将材料质量设定成7个控制环节，如图3。

图3 原材料质量控制

在与工程师及时沟通的情况下方可采购大宗的建筑材料，并尽可能一次性订货购入以防出现分批采购质量不一的情况。对于材料的搬运与储存应按照不同的类别存放，并保证建筑材料来源可追溯及其质量。严格检验施工设备与现场材料状况，确保河道治理工程所用材料能够达到工程标准要求，贯彻落实限额制度保证材料手续齐全。最后，在材料使用时要实行跟踪处理，回收剩余的材料以防出现二次污染，并进一步对材料质量造成不利影响。

2.3 统一施工管理

通过设定稳定性系数以及合理选择护岸材料，为更加有效地控制护岸质量还需统一管理施工过程。

遵循“先主体、后部分”的原则完成工程建设任务，保证整个建设过程的紧凑连续。通过对工程质量的严格控制确保按照工艺要求完成每一项施工。正式开工前，要严格审批施工方案，对所存在的问题进行及时的修改完善。施工方案的编制应符合规范要求，并以若干单位细化各项施工方法，对于关键部位要保证施工方法的具体、详细。

科学设计格宾生态护岸施工管理方法，施工过程中最大程度的推广应用新工艺、新材料、新技术。在保证施工效果的情况下尽量减少投资成本，确保护按工程进度、质量目标的实现，结合以上设计完成河道护岸质量控制。

3 实证分析

为保证质量控制方法的科学性以及格宾护岸结构选择的适用性，通过对比实验分析了原有护岸质量控制方法与文中所述设计方法的有效性，并进一步探究了实际工程中生态护岸的位移情况及其整体稳定性。

3.1 实验准备

本文参照辽宁地区河道护岸以确保对比实验的有效性，格宾生态护岸施工过程中预埋设12处观测点，并观测一段时间后护岸的位移情况。河道左、右岸分别选用文中设计和原有的护岸质量控制方法，以3个月作为实验时长，定期观测并准确纪录护岸的相对垂直位移。

表3 垂直位移观测结果

3.2 结果分析

本文设计和原有质量控制方法下格宾生态护岸的垂直位移观测值，如表3。从表3可知，实验期间内格宾生态护岸的位移距离逐渐平缓。进一步对比分析可知，与原有方法相比本文设计的质量控制方法具有较小的垂直位移距离。采用文中所述方法对格宾生态护岸进行质量控制，施工结束后的护岸位置与格宾生态护岸初始位置比较接近，而与原有控制方法的差距较大。因此，原有方法的质量控制能力较差，其施工要求符合规范要求但控制效果明显低于文中所述方法。研究表明，本文设计的质量控制方法具有更加稳定的护岸结构，在北方地区河道治理中格宾生态护岸质量控制方法以及选择的结构形式具有广泛适用性。

4 结语

随着工程技术的不断发展以及材料科学研究的深入，因存在不利于生态保护、维修费用沉重、使用寿命较短等缺点硬岸护岸技术正逐渐退出历史舞台。对于我国北方地区的护岸结构设计，必须符合经济合理、技术先进、施工简单可行等要求。通过科学设计质量控制方法以及合理选择格宾结构方法，能够保证北方地区河道治理中格宾生态护岸的应用，为后续工程技术发展以及水生态文明建设提供技术支持。