格宾石笼在某泄洪河道治理中的应用

潘玉坤

（清远市清新区城区防汛工程管理所，广东 清远 511500）

0 引言

格宾石笼护坡工程是一种新技术应用蜂窝状石笼网形成箱形笼，加入石料等填充物后，可作为护岸的新技术。根据结构力学的特点，格宾石笼的双向收缩最大值较高，因此稳定性指标较高，可靠性也有显著增强。与此同时，石笼所具有的结构加固效果，不会受到河岸倾斜度所带来的影响，所以，有着较高的安全系数。石笼自身的设计方案价格较低，可以充分满足硬度不同的路堤承载力，而且有着良好的变形回弹性。石笼应用于河岸护坡的结构加固，可以提高河岸护坡可靠性，实现对结构进行加固的重要目的。

1 工程概况

泄洪安全通道的左岸堤防，是从洗沙闸出入口至水平头核心区管网段交界处长约800 m，也是淠河干渠左岸的大堤。堤顶标高是51.50～54.10 m，堤顶的上下游最浅处15 m，中下游宽度在200 m 左右。堤防坡的底部河槽的高程为40.32～43 m，原滩地的高程是在45.50～46 m。在一侧的泄洪安全通道，堤顶与沙滩坡度比为1：3，沙滩与河岸坡角坡度比为1：2。由于路堤体断面薄弱，路堤体回填质量差，在闸门出入口中下游的路堤长度约100 m，但是较为薄，质量也不行。但2002 年结构加固后，坝头核心区溢流坝与坝体防渗墙连成一体。堤岸两侧、临河边的坝坡进行相应的安全防护，始终在安全的运行当中。

2 格宾石笼护岸在泄洪河道治理中的设计分析

2.1 对比河道堤身的加固形式

按照石笼的用途进行分类，所用的原材料也各不相同。通常情况下，石笼原材料均选用热镀锌钢丝，使用环氧树脂胶进行保养，具有超耐磨、高塑性、耐腐蚀等特点，可提高结构加固的预期目标。文章采用石笼结构对坝基的护坡结构进行加固，选择使用的材料是高压聚乙烯材料、锌和钢丝来缓解坝基护坡的侵蚀，延长其使用寿命。此外，文章设计的路堤体结构加固方法为较为柔韧的格宾石笼。石笼的应用，不仅可以应对河岸护坡的透水性和坡度，还可以保证河岸边坡的安全可靠。同时保证结构加固包括维护坝基护坡的实际效果，既能应对坝基护坡的维护和路堤的透水性，又能更好地结合坝基护坡的变形与回弹。进一步降低工程项目造价，提高结构加固效果。此研究从施工的难易度、加固效果、护坡特点、传统混凝土加筋护坡、砌体结构加筋护坡、石笼网结构加固护坡等方面进行了比较。根据具体情况，对比了文章设计方案中石笼网结构加固的优势。详见表1。

表1 三种护岸加固比较表

2.2 绘制格宾石笼加固护岸形式图

根据河岸堤体的结构加固方法，石笼结构加固的实际效果较好。采用当前护坡的右河堤，坝基与水平面间的坡度系数比为1：3，之后对石笼进行铺设。为确保石笼可靠性，此研究应用的是双层400 g/m2无纺土工布覆盖，厚度约1.50 m。沿上游方向每隔15 m安装C20混凝土密封胶条，总宽0.50 m，深1.50 m。期间，石笼尺寸控制在4.50 m（4.00 m/3.50 m/3 m）×1.50 m×1 m，直径：8.50 cm×12.50 cm。钢丝的直径约3.90 mm，其上面的铝型材是由5.50%的铝锌合金材料和稀土层制成，其中铝含量超过4.70%。石笼丝热镀锌设计方案中锌含量必须高于或等于260 g/m2，表层采用高压聚乙烯原料拉丝。石笼与钢丝的抗拉强度以及石笼变形率使与国家规定的标准相符。在现场的设计中，施工人员务必使用设备把钢丝绕于石笼的四周，且缠绕的频率在3 次以上，其作用是使钢丝抗拉强度提高，损伤程度降低，确保取得良好的结构加固效果。在石笼结构加固中，网片中间应无缝拼接，石笼的一般采用与钢丝相同的材料制成，提高了连接的阻力，采用双单绞置换的无接缝方式，使上下距离在100～150 mm 之间。另外，在石笼中，填料的最大密度应为18～19 kN/m3，硬岩或是砾石的抗压强度超过MU30，最佳的粒度分布是100～250 mm，结构加固法如图1。

图1 格宾石笼加固护岸形式图

如图1 所示，在制定加固石笼结构的护坡方法时，选择用工业设备代替荷载的方法。先用人力在石笼的周围摆放石块，之后再使用挖掘机，石材使用人工进行搬运及放置，确保表面的平整与密封，相比于传统的坝基护坡结构加固法，此次设计的石笼施工箱简单简便，无复杂的技术标准。此外，石笼的高吸水率有利于少量水分的消化吸收，从而避免潮汐和洪水的褪色，有利于人类发展历史的全面发展。此外，石笼在施工现场折叠运输组装，节省运输成本。

2.3 制定格宾网箱加固流程

在宽平坝基边坡防护中，选择石笼扩地之后，有3 个竣工验收方对工程进行验收，并对结构进行加固。结构加固应该保证质量，同时出具与设计要求相符的检验报告。此外，在加固坝基结构中，需要按照设计的标准进行加固，确保坝基的平整、密实且无废料。在结构加固全过程中，如发现不符合生态环境保护调查研究报告的，应立即通知有关部门对河流进行科学研究。用无纺土工布和建筑钢材缝制的土工布覆盖钢筋连接处，建筑钢材的长度多为1 m。在对石笼网进行加固的整个过程当中，设置出默认及需要维护的位置，并使用定位设备根据室内空间总平面图的X、Y坐标建立坐标的位置。 之后按照剖面图，对坝基结构加固的建筑标高与总的宽度进行明确，并按照工程施工勘察线进行桩身铺装。一般情况下，坝基中的碎石可以就近进行堆放；作为石笼加固的填充物，未使用的砾石需要回填到坝基当中。在加固的全过程中，对土层的质量实时监测，若是发生变动，需及时通知相关的监理人员。另外，当底端凹槽用结构加固时，必须手动调整底槽的厚度，如果基础垫的底部有尖锐的物体、突起和凹坑，将直接影响实际效果，且路堤边坡的护岸加厚底部凹槽非常关键；或是在基垫层铺设无纺土工布，以免破坏河岸护坡的效果，其在生成滤体的同时，也会将残渣滤除，提高结构加固的实际效果。

2.4 计算格宾石笼加固的河道护岸稳定系数

根据文章制定的石笼结构加固处理工艺，将计算结构加固后岸坡护坡的可靠性指标值。由于河岸护坡可靠性的初步科学研究大多是在河岸上进行的，因此对河道土层和水体的定量分析会导致结果略有不同。文章基于洪涝灾害的相关资料，深入研究工程项目当中的边坡防护可靠性，并采用圆弧法，其基本的原理是通过多次精确测量，找到圆弧面的最佳位置，进而得到风险较大的旋转面位置。在大坝基础护坡加固改造中，经过多次计算，发现有部分大坝基础护坡缺失，对集中结构部分进行了结构加固。当坝基周围的土层被破坏时，旋转表面非常接近大多数螺旋，弧形回转面的基本理论可能不大，但能有效地反映出回转面的特征。所以，其能够在具体的项目建设当中得到应用。

通常情况下，石笼有两种尺寸，200 cm和150 cm。文章采用200 cm高的石笼对三层的石笼网结构进行测算。第一层宽高：100 cm×100 cm；第二层：150 cm×150 cm；第三层：150 cm×100 cm。因为石笼的上层是绿色生态土堤，河堤的比例为1：1.5。其计算示意图如图2所示。

图2 格宾石笼计算简图

文中根据库仑土压力的计算公式，得到路堤周围土层的工作压力指标，如公式（1）为护坡断面计算方式：

式中：Ka—代表的是河岸附近的土质压力的系数；φ—代表的是土质的交叉角（°）；α—代表的是护岸的墙背和河道之间的夹角（°）；β—代表的是护岸墙之后的填土面与河道之间的倾角（°）；δ—代表的是护岸墙背与河道间存在的夹角（°）。这个时候，运用滑动稳定安全系数的计算公式，可以计算出石笼的加固安全稳定系数，如下。

式中：Sa—代表河道护岸的稳定系数；γ代表的是河道土壤的最大容重（kN/m3）；H—代表室的是石笼墙的高度（单位：m）。

2.5 应用效果

根据上述分析可以知道，不同的河坡，其所具有的安全稳定系数，也各不相同。按照国家的行业标准规定，河流的稳定系数为1.20，此方法设计的系数，是在随机坡度上计算的。根据式（1），河道与土层的夹角φ取18°；护岸的墙背面和河道夹角α取值0°；护岸的墙后所回填的土面和河道之间的倾角β是0°；背面与河道中间的夹角δ是23°；通过计算得出：Ka=0.52。而按照公式（2），河流土层的最大密度γ为18 kN/m3；石笼墙的相对高度H为2 m；则石笼网加固河岸防护的石笼网结构稳定系数Sa=1.48＞1.20。此外，按照以上公式，当坡度分别是：25°、30°、35°、40°、45°、55°、60°、65°、70°的时候，传统混凝土所具有的稳定系数与此研究设计的系数比较，见表2。

如表2 所示，传统砌体结构加筋护岸稳定性系数不大于40°时，分辨率指标值高，超过国家行业标准1.20，坝基护坡稳定性强。大于40°后，可靠性指标值较低，均在1.20 以下。此时，大坝基础安全防护的稳定性相对较弱，不能合理抵御抗洪救灾和抗震救灾。但文中设计的石笼网状结构加固边坡防护的稳定性和可靠性指标值，从25°～70°，均高于国家行业标准1.20。根据这一发展趋势，在安全稳定的情况下，安全性是稳定的。而且系数也会在1.20以上，属于高度稳定的河岸护岸，可以合理抗洪，符合文章的目的。

表2 不同坡度的安全稳定系表

3 结语

综上所述，石笼在泄洪治河工程当中的有效应用，不但充分地保留了河流原有的绿色生态结构，又将生态廊道的功能充分地发挥出来。与传统河堤护岸相比，施工简单，造价低，加固的实际效果更好。经测试，石笼护岸的稳定性指标长期保持在1.20 以上，证实了石笼加固护岸的安全系数和可靠性，主要表现出良好的经济发展、社会发展和环境效益。