生态固滨笼在辽阳市马峰河河道治理中的应用

杨 帅 张庆林

（1.灯塔市泽霁自来水有限公司 辽宁灯塔 111000；2.辽阳市水利事务服务中心 辽宁辽阳 11100）

1 生态护岸工程简介及优势

1.1 生态护岸工程简介

生态护岸是指自然河岸或具有自然河岸恢复后具有的“可渗透性”的人工护岸[1]。它具有较为丰富的渗透性的河流地貌，自然河床与河岸基底，因此可有效保证河流水体之间与河岸的水分交换与调节。同时生态护岸还应体现出两个要素，一是满足河道防护标准，反映了人对自然的要求，即人们改造自然；二是能够有效地恢复河道生态系统的平衡，反映了人类对自然发展规律的尊重，即尊重自然。二者有机的结合，体现出“人与自然和环境协调发展”的新理念。

1.2 生态护岸的优势

与传统护岸结构形式相比较，生态护岸具有造价低、环境相容性较好的特点，可以有效地降低引起土坡滑移破坏的风险，植被枝茎蒸腾作用可使孔隙水压力减弱，根系可使土的抗剪强度得到提高，相邻植被根系之间的植被本身的护垫作用及土拱效应可以有效地增加土坡的整体稳定性。

生态护岸的功能：

1）护岸功能：植被的浅根具有加筋的作用的同时深根具有锚固的作用。

2）防止水土流失：能够有效降低坡体孔隙水的压力、削弱溅蚀、截留降雨、控制土体颗粒流失。

3）改善环境功能：能够有效恢复已经被破坏的生态系统，减小光污染，降低噪音，同时可促进有机污染物的降解速度，调节区域小气候，净化空气等功能。

2 生态固滨笼简介及特点

生态固滨笼可固堤防冲刷，具有着良好的渗透性等特性。固滨笼网面钢丝的抗拉强度应达到350～550 N/Mm2伸长率不应小于10%。钢丝经过多道严格的工艺，之后再分别采用10%铝锌合金或镀层覆塑（树脂膜）的方式、重镀高尔凡（5%铝锌合金）、热镀锌、以提高产品在各种环境下的耐久性。

生态固滨笼既具有良好渗透性的同时，又可承受大范围的变形，而仍然不坍塌，还可以防止流体静力造成的损害；施工较为简便无需特殊技术，有较强的抵御耐腐蚀和抗恶劣气候影响及自然破坏的能力；固滨笼子内石块缝隙间的泥土有利于植物生长，可与河道周边自然环境融为一体。

3 生态固宾笼在河道治理工程应用实例

3.1 工程现状及存在的问题

该工程位于辽阳市马峰河张台子镇段上，马峰河是北沙河最大支流，源于沙浒镇前沙浒村南山沟和西大窑镇松嘴子沟。流经辽阳市张台子镇、西大窑镇、沙浒镇和西马峰镇。中间穿越长大铁路、沈大高速公路于西马峰镇后方干村入北沙河。河长30.5 km，流域面积130 km2，具有河道比降大，西岸坡陡，弯曲度较大，河窄流急，河堤险工逐年不断增加的特点。治理范围为大三界村和苍山家子村段，生态固宾笼治理长度为6.11 km，现状河道主河槽宽度在5～10 m 之间，下游段较上游段略宽，河道纵坡较缓，流速较低（详见治理段现状图1、2）。

图1 治理段现状图

图2 治理段现状图

3.2 护岸工程设计

3.2.1 结构形式

根据确定的治理方案，固滨笼防护布置于马峰河张台子段大部分河段，两岸共计6 115 m。本次固滨笼结合生态防护的结构形式为清淤设计河底高程以下部分设1 层，固滨笼尺寸为2.0 m×0.8 m×0.8 m（长×宽×高），以上部分设1 层，固滨笼尺寸也为2.0 m×0.8 m×0.8 m（长×宽×高），两层固滨笼按照图3 所示方式摆放。另固滨笼下铺土工布，规格为400 g/m2。

图3 固滨笼防护典型横断面图

3.2.2 工程设计技术要求

1）生态网格规格

生态网格网孔为10 cm×12 cm，规格为2 m×0.8 m×0.8 m，中间放置隔片1 层，采用锌－5%铝－混合稀土合金钢丝，网面钢丝直径2.5 mm，边丝直径3.0 mm，扎丝直径2.2 mm；钢丝直径2.2 mm 镀层重量不应小于215 g/m2，钢丝直径2.5 mm 镀层重量不应小于230 g/m2，钢丝直径3.0 mm 镀层重量不应小于245 g/m2。PVC 护膜密度应为1.30～1.35 kg/m3，厚度应为0.4～0.6 mm，具体详见图4 固宾笼细部尺寸示意图及表1 宾格网孔规格参数表。

图4 固宾笼细部尺寸示意图

表1 宾格网孔规格参数表

2）石料要求

固滨笼填充物采用块石，填料要求耐久性好、不易碎、无风化迹象，石料粒径K150～200 mm 为宜，填充后生态格网结构的空隙率不超过30%。

3）土方回填要求

根据《堤防工程设计规范》（GB50286－2013）规定，结合本工程等级，回填土相对密度不应小于0.60。

3.2.3 护岸工程设计计算

固滨笼计算采用《生态格网结构技术规程》（CECS 353：2013）中计算公式，具体如下：

1）固宾笼内填石的平均粒径Dm应该按下式计算：

式中：Dm——填石的中值粒径，50%的填石粒径超过该值；

S0——粒径安全系数，取1. 1；

Cs——填石稳定系数，取0. 1；

Cv——流速分布系数，取1. 25；

d——流速V 处局部水深，m，取2.46 m；

将式(2)和(9)分别代入(t,τ)和,且假设p发射天线到q接收天线传播总距离和θn(t)在时间间隔τ内是不变的,则可得

γs——填石的重度，kN/m3，取27 kN/m3；

γw——水的重度，kN/m3，取10 kN/m3；

V——断面平均流速，m/s，通常取水面以下0.6 倍水深处流速，或者取0.2 倍、0.8 倍水深处流速平均值，取2.0 m/s；

g——重力加速度，取9.81 m/s2；

K1——边坡修正因子，1：2 取0.88。

经计算得填石平均粒径Dm=0.16 m。

2）冲刷深度计算

本次计算采用《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）中局部冲刷深度进行冲刷计算：

H0——冲刷处水深，取2 m；

Ucp——近岸垂线平均流速，m/s；

Uc——泥沙起动流速，m/s；

n——与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=0. 2；

η——水流流速不均匀系数，取 1；

γs、γ——泥沙与水的容重，kN/m3，18.0 kN/m3和9.81 kN/m3；

d50——床沙的中值粒径，取3 mm。

经计算，发生设计洪水时的冲刷深度为0.49 m，本次工程固滨笼防护基础埋深为0.8 m，大于冲刷深度，故满足规范规定的要求。

4 实施效果分析

通过马峰河张台子段河道治理工程的实施，使大三界村和苍山家子村两个行政村河段防洪标准可以达到10年一遇；水系生态环境得到有效恢复，水系得到明显改善；农村人口的生活条件、人居环境和居民的生活质量得到提高。同时，工程实施后对周边景区发展和农村经济等起到了促进的作用，区域防洪排涝减灾体系的进一步完善，可有效降低山洪灾害造成的损失，从而提高马峰河沿岸各村屯山洪灾害防御的支撑和保障能力，工程实施效益显着。

5 结语

河道治理工程应树立生态发展理念，在设计、施工中要不断创新探索使用新型生态环保材料[2]。生态网格护岸有助于提高河道沿岸基础设施、居民点等防护对象的防洪减灾能力，与群防体系和洪水灾害监测预警系统相结合，通过对非工程措施和工程措施相结合进一步完善了洪水灾害防治体系，使河道在满足行洪防洪的基本要求的前提下，尽可能地从生态的可持续发展的战略角度来看待护岸，要用生态的手段来解决生态的问题、使可持续性发展的生态理念在护岸的建设当中得到落实和实现[3]。