生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)在寧夏清水河防洪治理工程中的應(yīng)用

孫志瑞

（寧夏水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 寧夏銀川 750004）

生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)在寧夏清水河防洪治理工程中的應(yīng)用

孫志瑞

（寧夏水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 寧夏銀川 750004）

生態(tài)格網(wǎng)作為一種新型砌護(hù)材料，將抗腐蝕、耐磨損、高強(qiáng)度的低碳熱鍍鋅鋼絲、鋅鋁混合稀土合金鍍層鋼絲，包覆PVC或經(jīng)高抗腐蝕處理的以上同質(zhì)鋼絲，采用機(jī)械鉸合編制成的六鉸狀、六邊形網(wǎng)孔的網(wǎng)片結(jié)構(gòu)。具有環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性及施工便捷性等諸多優(yōu)勢，目前已在國內(nèi)工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合生態(tài)格網(wǎng)的特點(diǎn)，介紹其在寧夏清水河防洪治理工程建設(shè)中的應(yīng)用。

清水河 護(hù)岸工程 生態(tài)網(wǎng)格技術(shù)

1 引言

生態(tài)格網(wǎng)技術(shù)起源于歐洲，距今100多年歷史，在20世紀(jì)70年代在工程領(lǐng)域各行業(yè)得到不斷的發(fā)展和創(chuàng)新。我國于1979年在云南修筑了第一座加筋擋土墻，全國相繼在公路、鐵路、水利、城市建設(shè)等得到推廣應(yīng)用。近年來，一些永久性工程已經(jīng)開始引進(jìn)和使用生態(tài)格網(wǎng)技術(shù)，寧夏清水河防洪工程也取得了良好的治理效果。

2 工程概況

清水河是黃河重要的一級支流，發(fā)源于六盤山東北麓的寧夏回族自治區(qū)固原市原州區(qū)的黑刺溝，由南向北縱貫寧夏南部山區(qū)和中部干旱帶的大部分地區(qū)，于中寧縣泉眼山入黃河，干流總長320km，流域面積14481km2，其中，寧夏境內(nèi)13511 km2，占寧夏國土面積5.18萬km2的26.06%，是寧夏生態(tài)環(huán)境最脆弱、資源開發(fā)利用效率最低、經(jīng)濟(jì)發(fā)展最落后、回族人口最集中、貧困人口最多的地區(qū)。

3 護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

清水河防洪治理工程整治方案是根據(jù)彎曲型河道演變規(guī)律，以維護(hù)、穩(wěn)定現(xiàn)有河型、河勢為主，采用防護(hù)工程控制凹岸發(fā)展，僅在凹岸彎道修建工程，以護(hù)岸守彎，以彎導(dǎo)流，強(qiáng)化河灣邊界條件，控導(dǎo)主流，歸順流路，改善河勢，以滿足防洪、排澇、取水等各方面的要求。護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括護(hù)坡及護(hù)腳，采用石料填充格網(wǎng)，護(hù)坡迎水及背水面坡比均為1:2，迎水坡底鋪設(shè)土工布，護(hù)坡高度采用設(shè)計(jì)水位+0.5m超高。

3.1 材料選擇21

清水河以防沖、治理塌岸為主，治理以強(qiáng)化河岸邊界條件為目的，護(hù)岸材料要求具有一定的強(qiáng)度，由于清水河洪水流速較大，干砌石整體性及防沖穩(wěn)定性差，混凝土抗變形能力差且不能滿足河道岸坡滲水要求，本工程選用生態(tài)格網(wǎng)內(nèi)填塊石結(jié)構(gòu)。

清水河岸線地下水化學(xué)類型為SO42--CL--Na+型水，礦化度6.2～12.4g/L，PH值7.8～8.0，硫酸根離子含量1690.66～5655.53mg/L，對混凝土具有硫酸鹽型強(qiáng)腐蝕性，對混凝土中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性。針對上述水質(zhì)條件，清水河寧夏海原縣以上段落采用鋅-5%鋁混合稀土合金鍍層鋼絲，寧夏海原縣以下段落采用鋅-10%鋁混合稀土合金鍍層鋼絲，鍍層重量均為245g/m2。

整治河段內(nèi)沿線分布石料場較少，粒徑為10cm～30cm，石料粒徑一般為生態(tài)格網(wǎng)網(wǎng)孔的1.5～2.0倍，本工程選用網(wǎng)孔尺寸8*10cm。

3.2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-98），水位驟降期迎水坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按瑞典圓弧總應(yīng)力法計(jì)算，公式如下：

式中：

b—土條寬度（m）；

W—條塊重力（kN）；

W1—在堤坡外水位以上的條塊重力（kN）；

W2—在堤坡外水位以下的條塊重力（kN）；

Z—堤坡外水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離（m）；

ui—水位降落前堤身的孔隙壓力（kPa）

β—條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角（度）；

γW—水的重度（kN/m3）；

Ccu、φcu—土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（kPa）、（度）。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)所采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全系數(shù)滿足《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

3.3 護(hù)坡厚度計(jì)算

表1 護(hù)墊系列防護(hù)與流速關(guān)系表

圖1 不同流速對應(yīng)鋪設(shè)面厚度關(guān)系曲線圖

清水河沿線流速3～4m/s較多，個(gè)別達(dá)到5m/s，根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，清水河護(hù)坡厚度在0.23～0.40m應(yīng)基本滿足要求。

3.4 局部沖刷深度計(jì)算

局部沖刷深度指護(hù)岸工程修建后，在經(jīng)受設(shè)計(jì)洪水條件水流（洪水流量）淘沖下，工程頭部河床沖刷深度，用于確定工程基礎(chǔ)深度。

護(hù)岸沖刷深度參考《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷深度計(jì)算公式計(jì)算。

式中：

△h—自河底算起的局部沖刷深度 (m)；

α—水流流向與坡岸的交角（度），10°～60°；

d—坡腳處土壤計(jì)算粒徑，河床均為粘性土，根據(jù)規(guī)范查表采用當(dāng)量粒徑值，統(tǒng)一取d=0.005m；

m—防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)，0.3～1.5；

Vj—水流的局部沖刷流速（m/s），2 m/s～6 m/s。

根據(jù)上述公式計(jì)算，段落內(nèi)局部沖刷深度△h為4～5m，護(hù)腳深度為沖刷深度的1.5～2.0倍，即清水河沿線護(hù)腳深度h(取1.5倍)為6～7.5m。考慮清水河流速較大，不同于南方的緩坡河道，故將清水河護(hù)腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為兩層，單層長度為0.5h，見圖2、圖3。

圖2 清水河護(hù)岸工程典型結(jié)構(gòu)圖

圖3 較緩河道護(hù)岸工程典型結(jié)構(gòu)圖

4 生態(tài)格網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢

本次河道治理過程中，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，生態(tài)格網(wǎng)技術(shù)在高流速、沖蝕嚴(yán)重的河岸治理中具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）施工簡便，不需特殊技術(shù)；（2）具有很強(qiáng)的抵御自然破壞能力及耐磨腐蝕和抗惡劣氣候影響的能力；（3）可以承受大范圍的變形而不坍塌；（4）格網(wǎng)石料之間的縫隙有利于植物生長，與周圍環(huán)境融為一體；（5）具有良好的滲透性，可以防止由流體靜力造成的損害；（6）可就地取材，填放塊石、卵石、碎石等。

5 結(jié)語

清水河治理工程采用生態(tài)格網(wǎng)技術(shù)，不但滿足了防護(hù)岸坡的特性，而且能產(chǎn)生生態(tài)效益。作為一種新型的砌護(hù)材料，生態(tài)格網(wǎng)可以根據(jù)實(shí)際需要加工成各種規(guī)格的網(wǎng)籠，砌筑十分方便，廣泛用于護(hù)堤、護(hù)岸等，可保護(hù)河岸防止水土流失的目的，在河道治理中應(yīng)大力推廣使用。

1. 《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-98).中國計(jì)劃出版社.

2. 《河道整治設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50707-2011).中國計(jì)劃出版社.

3. 《滲流計(jì)算原理及應(yīng)用》(中國建材工業(yè)出版社 2000)

4. 《土力學(xué)》(中國水利水電出版社 2002)

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.08.021

TV87

B

1672-2469（2014）08-0066-03

21作者簡介：孫志瑞（1984年—），男，助理工程師。