陳高平 陳增民

格網(wǎng)結(jié)構(gòu)在河道治理工程的應(yīng)用

陳高平 陳增民

(寬甸滿族自治縣水利勘測設(shè)計(jì)院 遼寧寬甸 118200)

本文通過格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生過程，論述了格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的適用范圍和特點(diǎn)，從生態(tài)方面闡述了格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，以及控制格網(wǎng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分利用河道天然材料，從而達(dá)到了工程的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、美觀。值得推廣。

格網(wǎng)結(jié)構(gòu) 河道 治理 生態(tài) 適用

提起河道治理，人們就會(huì)聯(lián)想起用推土機(jī)疏通河道，用石頭壘壩。人們常用的方法也就是用水泥砌壩，用混凝土筑堤，在資金不足時(shí)，還想起用石籠筑堤修丁壩，或用植樹、“插柳”等辦法來治理河道。近年來，經(jīng)過權(quán)威專家論證，以及借鑒國外治理經(jīng)驗(yàn)，用生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)將是未來治理河道的大方向。

1 格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生

生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)，就是傳統(tǒng)的石籠結(jié)構(gòu)，它是在原始“竹籠”、“羊圈”的經(jīng)驗(yàn)積累中，經(jīng)過多少年代的運(yùn)用研究改進(jìn)，發(fā)展成為現(xiàn)在階段的生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

石籠，是生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一種原始結(jié)構(gòu)。指的是為防止河岸或構(gòu)造物免受水流沖刷而設(shè)置的裝填石塊的籠子。在中國，石籠結(jié)構(gòu)起源于2000多年前的都江堰水利工程，李冰父子在修建都江堰工程中，創(chuàng)造了竹籠裝石做堤堰的施工方法。唐代李吉甫就記述了李冰在都江堰水利工程施工中使用‘竹籠’‘羊圈’等作為建筑構(gòu)件，將石籠層層累筑，即可防止堤埂斷裂，又可利用卵石間的空隙減少洪水的直接壓力，從而降低堤堰崩潰的危險(xiǎn)。都江堰竹籠護(hù)岸開創(chuàng)了格網(wǎng)防護(hù)工程的先河。

在國外，埃及人也很早就使用了柳條編織的圓籠，籠內(nèi)填充小石塊，對尼羅河河岸進(jìn)行防護(hù)。近代西方國家使用經(jīng)過特殊處理的抗腐蝕、高強(qiáng)度鋼絲，取代竹木，由機(jī)械編織而成，組裝成箱籠結(jié)構(gòu)體，在里面裝上石料，用于河堤(邊)坡的防護(hù)，這項(xiàng)施工工藝在西方研究運(yùn)用已達(dá)百年以上，技術(shù)十分成熟。

自1998年起這項(xiàng)格網(wǎng)工藝便在中國展開。生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為新工藝、新技術(shù)、新材料，成功地應(yīng)用于水利工程、公路、鐵路工程、堤防的保護(hù)工程中。較好地實(shí)現(xiàn)了工程結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的有機(jī)結(jié)合。同時(shí)與一些傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)比較起來有其自身的優(yōu)點(diǎn)，因此在世界范圍內(nèi)已經(jīng)成為保護(hù)河床、治理滑坡、防治泥石流、防止落石兼顧環(huán)境保護(hù)的首選結(jié)構(gòu)型式。

根據(jù)不同的工程需要，生態(tài)格網(wǎng)可以加工成網(wǎng)箱、護(hù)墊、網(wǎng)兜、植被掛網(wǎng)、加筋網(wǎng)籠等，分別應(yīng)用于江河湖海的護(hù)坡、護(hù)岸、交通工程、水土保持工程領(lǐng)域中。

在河道整治工程中，用得較普遍的是：網(wǎng)箱、護(hù)墊、加筋網(wǎng)籠等。

生態(tài)格網(wǎng)是將抗腐耐磨高強(qiáng)的低碳高鍍鋅鋼絲或5%鋁—鋅稀土合金鍍層鋼絲（或同質(zhì)包覆聚合物鋼絲），由機(jī)械編織成五絞狀、六邊形網(wǎng)目的網(wǎng)片，其雙線鉸合部分的長度應(yīng)不小于5cm，以不破壞鋼絲的保護(hù)鍍層。

2 格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的適用范圍

首先，要充分利用當(dāng)?shù)氐牟牧希窈拥乐械拇蠛勇咽?、開礦廢棄的皮料石、工程拆除的廢砼塊等，要根據(jù)河道的流量大小、堤防高度。從而確定選用多大塊徑的石料。

美國科羅拉多州立大學(xué)針對各種粒徑、不同流速而確定的格網(wǎng)厚度以及所擋護(hù)的土壤情況，相應(yīng)采取的格網(wǎng)結(jié)構(gòu)（厚度、石料大小、護(hù)砌高度等）。見表1、表2。

表1 格網(wǎng)厚度及對應(yīng)的流速參數(shù)

選定護(hù)堤型式，還要結(jié)合河堤的土質(zhì)，如果是壤土、細(xì)砂土，為了防止水流帶走土顆粒，在護(hù)坡石底部就要采取反濾設(shè)施，如石子反濾或土工布反濾等。如果堤防高度較高，又超出了表中規(guī)定的數(shù)值時(shí)，可在河堤半坡設(shè)置變坡、或平臺(tái)，有景觀要求的堤岸要結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，要把堤防設(shè)計(jì)好。

生態(tài)治理河道就是盡可能利用原生態(tài)材料，如上述表格中相應(yīng)的卵石、砼塊等，只要是強(qiáng)度，完整性滿足要求，都可以裝入格網(wǎng)，起到護(hù)岸、護(hù)底作用，在此基礎(chǔ)上盡量美觀，不能一味追求美觀而忽略了工程造價(jià)。

將生態(tài)格網(wǎng)編織成厚度為0.17～0.50m的護(hù)墊結(jié)構(gòu)。主要用于河道、堤岸護(hù)坡既可防止河岸遭水流、風(fēng)浪侵襲，又保持了水體與坡下土體間的自然對流交換的功能，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)平衡；保護(hù)了堤坡，又增加了植物綠化景象。

表2 格網(wǎng)襯砌的技術(shù)參數(shù)

將格網(wǎng)編織成厚度為0.5～1.0m的網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)，可以疊砌而成的擋土墻結(jié)構(gòu)。用于替代漿砌石或混凝土成為河流護(hù)岸擋墻，適用于陡峭岸坡的防護(hù)，同樣起到植被綠化、生態(tài)環(huán)保功能。

格網(wǎng)結(jié)構(gòu)在施工中如箱籠的排列擺放、填充物的選擇、鏈接捆扎、箱間錯(cuò)縫、土工布鋪設(shè)、填土被覆等均要按一定要求進(jìn)行，才能體現(xiàn)出生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢特點(diǎn)。

3 生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的工程特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)耐久性。經(jīng)防腐處理復(fù)合防銹、抗氧化復(fù)合保護(hù)層工藝而制成的生態(tài)格網(wǎng)材料，具有高強(qiáng)度和高耐腐蝕性，重鍍鋅層厚度是一般電鍍鋅低碳鋼絲的6倍，有很強(qiáng)的抗銹蝕能力，從而保證了結(jié)構(gòu)的耐久性。通過使用經(jīng)驗(yàn)證明，采用熱鍍鋅工藝制成的高鍍鋅低碳鋼絲，使用壽命可達(dá)40～50年，如使用鋁鋅合金鋼絲，使用壽命更加長久。

（2）整體延展性。改善了結(jié)構(gòu)自身的抗震、抗凍能力。以往的漿砌石、干砌石、混凝土等結(jié)構(gòu)形式在出現(xiàn)震動(dòng)荷載、冰推力、凍脹力或地基有較大變形時(shí)均因無法適應(yīng)變形而損壞。而生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)是將大量散體材料填充到格網(wǎng)編制的網(wǎng)箱（墊）中，既利用了散體材料的重量，又利用了生態(tài)格網(wǎng)的高強(qiáng)度和大柔度的特點(diǎn)。格網(wǎng)之間可以扎線相連，而防護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)無限大的整體。這樣一個(gè)無限大的整體，既有重量又有很大柔性的整體結(jié)構(gòu)與剛性防護(hù)結(jié)構(gòu)相比，更能適應(yīng)大而劇烈的變形。

（3）消能防沖、防淘刷的性能。以往的（半）剛性砌體結(jié)構(gòu)在局部沖刷后就會(huì)在破壞的部位繼續(xù)擴(kuò)大，反濾結(jié)構(gòu)隨之受到影響，造成水土流失或土坡失穩(wěn)；而生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)只要采取適當(dāng)?shù)拇胧?，就能避免。如使用土工織布，它就可以形成完整的反濾結(jié)構(gòu)，生態(tài)格網(wǎng)防護(hù)結(jié)構(gòu)（如擋土墻、護(hù)坡、護(hù)岸、護(hù)底、海漫等）也可以選擇不同粒徑的石塊做為填料來滿足不同的粗糙度設(shè)計(jì)值，其粗糙的表面可起到有效的消能作用，其中網(wǎng)格內(nèi)的填充物會(huì)因格網(wǎng)的約束而不會(huì)被沖走。因?yàn)楦窬W(wǎng)的良好整體性能，使其具有了極強(qiáng)的抗沖能力，從而確保了下部反濾結(jié)構(gòu)正常發(fā)揮，防止水土流失和保持土坡穩(wěn)定的功能。

具有較好的防浪性。由于籠內(nèi)填塊石存在一定空隙，風(fēng)浪上拍時(shí)，浪花被破碎，減小了風(fēng)浪的沖擊力，風(fēng)浪退下時(shí)，因箱籠有空隙，破壞了風(fēng)浪的真空吸力，也減小了對防護(hù)工程的破壞力度，

（4）透水能力強(qiáng)。格網(wǎng)內(nèi)的石塊為松散體，存在較多的孔隙，可以充分保證岸坡與河流水體間的水分交換和調(diào)節(jié)功能，起到滯洪保水的作用，既使地表水及滲透水滲入墻后土中，也能及時(shí)地通過網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)縫隙滲透出來，從而減少墻后的地下水壓力，有利于岸坡(堤、路、山體)的穩(wěn)定。

（5）造價(jià)低，相對經(jīng)濟(jì)。由于格網(wǎng)結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)要求相對不高，減少了基礎(chǔ)開挖，填充材料可就地取材，也可以采用粗加工的小塊石甚至礦渣或者拆下的舊砼塊，只要能滿足抗風(fēng)化、強(qiáng)度高，粒徑較“格網(wǎng)”網(wǎng)片的網(wǎng)孔大就可以。用土工布替代反濾層，施工周期短。雖比漿砌石斷面略大，但單位延長米投資也低。

（6）美化環(huán)境的生態(tài)性。生態(tài)格網(wǎng)內(nèi)的填充材料都是當(dāng)?shù)氐氖希站锰扉L就會(huì)被洪水帶來的泥砂淤積所淤滿，植物就會(huì)自然而然漸漸生長出來，實(shí)現(xiàn)工程措施與植物措施相結(jié)合，綠化美化了工程景觀，形成一個(gè)柔性整體護(hù)面，回復(fù)自然生態(tài)。結(jié)構(gòu)填充料之間的縫隙可保持土體與水體之間的自然對流交換，也有利于植物的生長，實(shí)現(xiàn)水土保持和自然生態(tài)環(huán)境的和偕。

（7）施工便捷性。生態(tài)格網(wǎng)可采用機(jī)械和人工相結(jié)合的施工方法，施工簡單，不需要特殊技術(shù)，普通工人經(jīng)簡單講解即可施工，受氣候影響較小，施工效率高，其施工速度是傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)的3～5倍。維修成本低。

4 工程實(shí)例

2012年的雅河流域牛毛塢段河道治理工程，所采用的結(jié)構(gòu)就是生態(tài)格網(wǎng)護(hù)坡，箱籠護(hù)腳，堤頂外側(cè)栽植楓楊、垂柳護(hù)岸。

總治理長度21km，其中新建堤防工程7.98km，護(hù)岸工程8.14km，老堤防加固3.92km。格網(wǎng)砌石方量51444.8m3，總投資2502.57萬元。

格網(wǎng)設(shè)計(jì)的形式是：護(hù)坡，采用厚300的護(hù)墊，堤項(xiàng)500*500的箱籠，護(hù)腳是1000*1300的箱籠疊砌；重力式擋墻采用的是箱籠疊砌式，基礎(chǔ)深1300～1500。

格網(wǎng)結(jié)構(gòu)下部，靠近堤防側(cè)或護(hù)坡底均鋪設(shè)土工布(400g/m2)，防止水流沖刷回流帶走堤坡泥砂顆粒，確保岸坡穩(wěn)定。

竣工后的雅河流域牛毛塢段治理工程，以及2011年我縣開始推行格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的工程來看，經(jīng)過幾次的洪水檢驗(yàn)，工程運(yùn)行正常，安全渡汛。

5 幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

通過全縣這幾項(xiàng)治河工程的設(shè)計(jì)、施工，筆者認(rèn)為，要抓好工程質(zhì)量，節(jié)省投資，關(guān)鍵在管理。必須抓好以下幾項(xiàng)：

① 所用格網(wǎng)必須是國家達(dá)標(biāo)生產(chǎn)廠生產(chǎn)的；

② 格網(wǎng)鋼絲選用直徑2.7mm以上，端邊鋼絲直徑3.4mm以上，絞邊(聯(lián)結(jié)用)鋼絲直徑2.2mm；

③ 網(wǎng)孔尺寸以不大于80mm為宜，為了充分利用80mm以上的天然卵石。

④ 網(wǎng)內(nèi)所用石料，采用片石和卵石，少用或不用毛方石。粒徑80%以上在100～250mm之間，余為粒徑較小的，用于填充石縫，以增加密實(shí)度。

⑤ 所用石料：質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度高(MU30以上)，塊料比重達(dá)到(24KN)/m3。

⑥ 土工布選用250～300g/m2為宜。

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陳高平（1985年—），男，助理工程師。