格賓墊結(jié)構(gòu)在伊川濱河工程中的應(yīng)用

□戴翠琴（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

□吳均平（馬克菲爾（長(zhǎng)沙）新型支檔科技開(kāi)發(fā)有限公司）

□何 楠（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的增長(zhǎng)，人們對(duì)水利工程的環(huán)保要求逐步提高。混凝土、漿砌石等傳統(tǒng)的河岸護(hù)坡形式由于結(jié)構(gòu)本身生態(tài)屬性的缺陷，已經(jīng)越來(lái)越不能滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的環(huán)保需求。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)護(hù)坡形式隔絕了兩岸的自由水交換，難以補(bǔ)給地下水或者被地下水補(bǔ)給，降低了河流自身的凈化能力，破壞了動(dòng)植物微生物的生存平臺(tái)；另一方面水泥工業(yè)對(duì)環(huán)境破壞力大，破壞后難以修復(fù)，不具備可持續(xù)發(fā)展性。針對(duì)該嚴(yán)峻形勢(shì)，亟待在水利工程中開(kāi)發(fā)或引入新型生態(tài)護(hù)坡形式，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)護(hù)坡形式在生態(tài)環(huán)保方面的不足。

格賓墊是一種在國(guó)外成熟應(yīng)用上百年的生態(tài)護(hù)坡形式，具有良好的柔性、透水性、整體性和環(huán)保性，近年被引入國(guó)內(nèi)后迅速得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可和采用，伊川濱河工程便是其中的一則典型應(yīng)用實(shí)例。

1 工程背景

伊川濱河工程為伊河堤岸的防護(hù)工程。工程范圍內(nèi)河道長(zhǎng)6.40km，堤岸均為土堤，缺口較多，連續(xù)性較差；堤頂狹窄，沙石路面凸凹不平，難以通行防汛車(chē)輛；堤身斷面形式為單一梯形，迎水面邊坡1：2，背水面邊坡1：2.50，筑堤材料大量采用沙石料，粘土和壤土含量偏低，且背側(cè)堤腳附近有大量的洼地和坑塘，堤身穩(wěn)定存在嚴(yán)重的安全隱患。由于沒(méi)有防護(hù)，水流常年淘刷致使堤腳坍塌，加上年久失修和長(zhǎng)期的河道采砂，堤坡破壞非常嚴(yán)重。

其中的濱河公園段堤岸，雖已采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡和混凝土預(yù)制塊體防護(hù)，但使得邊坡生態(tài)系統(tǒng)與河槽水生態(tài)系統(tǒng)完全被割裂，水生動(dòng)植物的岸邊棲息地蕩然無(wú)存，不利于河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

因此，在對(duì)伊河進(jìn)行改造時(shí)，借鑒國(guó)內(nèi)外成功的工程案例，采用格賓墊對(duì)坡岸進(jìn)行生態(tài)防護(hù)，取得了較好的應(yīng)用效果。

原無(wú)防護(hù)段的典型設(shè)計(jì)斷面如圖1所示，堤身采用0.50m厚格賓墊防護(hù)，坡比1：3，鋪設(shè)高度為50年一遇洪水位以上0.30m。平臺(tái)以上格賓上部覆土種植，覆土厚度為0.15m。格賓下設(shè)0.20m厚砂礫石墊層和土工布作為反濾層。堤腳采用雙層0.50m厚格賓石籠防護(hù)，防護(hù)深度1.00m，寬度為4.00m。

圖1 原無(wú)防護(hù)段典型設(shè)計(jì)斷面圖

濱河公園段的典型設(shè)計(jì)斷面如圖2所示。護(hù)坡采用0.50m厚格賓防護(hù)至設(shè)計(jì)洪水位以上0.30m，坡比為1：3，為施工方便、減少原堤身開(kāi)挖，采用土工膜防滲方式。

由于格賓墊不同于傳統(tǒng)的生態(tài)護(hù)坡形式，因此在工程應(yīng)用時(shí)必須熟悉其特性及設(shè)計(jì)方法，下文將對(duì)其作較詳細(xì)的介紹。

2 格賓墊及其設(shè)計(jì)原理

圖2 伊河公園段典型設(shè)計(jì)斷面

格賓墊是將低碳鋼絲經(jīng)機(jī)器編制而成的雙絞合六邊形金屬網(wǎng)格組合的工程構(gòu)件，在構(gòu)件中填石構(gòu)成主要用于沖刷防護(hù)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)格賓墊的抗沖流速大于水流的沖刷流速時(shí)，格賓墊不會(huì)在水流的沖刷下發(fā)生位移，從而起到抑制沖刷發(fā)生、保護(hù)基層穩(wěn)定的作用，達(dá)到維持堤岸（壩體）穩(wěn)定的工程目的。

圖3 格賓墊結(jié)構(gòu)示意圖

格賓墊的抗沖能力主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一方面為格賓墊內(nèi)部填充石料的抗沖能力，另一方面為鋼絲網(wǎng)箱提供的限制填充石料位移的能力。在工程設(shè)計(jì)中通常不將兩者分開(kāi)考慮，而是綜合考慮格賓墊的整體力學(xué)性能，即在不同格賓墊厚度、填充石料粒徑情況下格賓墊的抗沖能力。目前，主要有兩種方法來(lái)確定格賓墊的整體性能是否滿(mǎn)足工程的實(shí)際需求：牽引剪切力法和抗沖流速法。

牽引剪切力法即通過(guò)計(jì)算河道中的牽引剪切力以及格賓墊的允許牽引剪切力，來(lái)判斷格賓墊能否滿(mǎn)足防護(hù)需求。抗沖流速法是一種基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)方法。1983年，馬克菲爾公司和美國(guó)科羅拉多大學(xué)做了詳盡的格賓墊的抗沖刷模型和原型試驗(yàn)，試驗(yàn)得到的抗沖流速表如表1所示。利用抗沖流速表進(jìn)行格賓墊的設(shè)計(jì)，這種方法更加直觀實(shí)用。

表1 抗沖流速表

3 施工工藝流程

在格賓墊的工程應(yīng)用中，施工工藝和質(zhì)量尤為重要，不規(guī)范的施工往往影響最終的工程效果，令實(shí)際與設(shè)計(jì)發(fā)生偏差。格賓墊的施工一般工序包括裝配、擺放、填充和安裝蓋板等步驟，具體方法和要求如下：

裝配：格賓墊單元以折疊打包方式供貨，方便安裝和運(yùn)輸。在現(xiàn)場(chǎng)擺放之前，需要進(jìn)行裝配。裝配過(guò)程很簡(jiǎn)單，就是將網(wǎng)面展開(kāi)，將端板和隔板的豎邊與長(zhǎng)邊絞接。格賓墊單元應(yīng)在離最終位置一定距離的平地上進(jìn)行裝配，其一是為了便于裝配，其二是為了避免破壞已整平的邊坡或地基。

擺放：將組裝好的格賓墊單元擺放在施工現(xiàn)場(chǎng)并將其臨邊相互絞合，使其形成一個(gè)整體。其絞合程序是用鋼絲依次穿過(guò)連續(xù)的網(wǎng)格并在每第二個(gè)網(wǎng)格繞兩圈。應(yīng)在格賓墊單元內(nèi)未填充時(shí)進(jìn)行，填充后則很難處理。

填充：格賓墊的填充非常簡(jiǎn)單，可根據(jù)不同施工場(chǎng)地使用任何機(jī)械工具。如果填充石的尺寸過(guò)小，則需少量的人工施工。填充物可為任何堅(jiān)硬、耐久的石料，能夠抗風(fēng)化，比重≥2000kg/m3(容積密度1300kg/m3)。

表2 格賓墊與其他護(hù)岸結(jié)構(gòu)對(duì)比表

封蓋：在格賓墊填充后即將網(wǎng)蓋與邊板和隔板的頂端用鋼絲連接。建議首先將兩個(gè)長(zhǎng)邊絞合，然后絞合端板和隔板。

4 與其他結(jié)構(gòu)形式的對(duì)比

護(hù)岸起著穩(wěn)定岸線(xiàn)、防沖刷、防風(fēng)浪的作用，要求護(hù)岸材料具有如下特性：

耐久性：永久工程要求護(hù)岸材料具有自身穩(wěn)定性，在水的作用下具有長(zhǎng)期的強(qiáng)度，能夠抗沖刷、防風(fēng)浪淘刷，不被水流帶走，能夠起到穩(wěn)定岸線(xiàn)的作用，要求護(hù)岸材料具有耐久性。

生態(tài)性：“生態(tài)治理、人水和諧”是當(dāng)今河湖治理的趨勢(shì)，護(hù)岸工程不應(yīng)成為割裂水陸的隔離帶，在保證安全的前提下，盡量采用透水的多孔隙的材料，為植物、水生動(dòng)物提供生長(zhǎng)、生存的空間。

美觀性：護(hù)岸材料應(yīng)具有美觀性，與周?chē)坝^的協(xié)調(diào)性，不能成為僅服務(wù)于功能要求的“孤立的防護(hù)”。

根據(jù)前述要求，將格賓墊與干砌石、水工連鎖磚以及生態(tài)混凝土等材料進(jìn)行對(duì)比。具體見(jiàn)表2。

以上比較表明，干砌石景觀效果較差，水工連鎖磚厚度不足，對(duì)預(yù)制質(zhì)量要求高，生態(tài)混凝土柔性不足，適應(yīng)變形能力較差，格賓墊在強(qiáng)度、外觀效果、整體性、柔性、生態(tài)性等方面都能符合要求，為較好的護(hù)坡材料，可在水利護(hù)坡工程中應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)水利工程中凸顯的人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的環(huán)保要求與傳統(tǒng)護(hù)坡形式生態(tài)性欠缺之間的矛盾，以伊川濱河工程為背景，介紹了格賓墊這種在國(guó)外運(yùn)用成熟的生態(tài)護(hù)坡形式及其設(shè)計(jì)原理和方法，并將其與傳統(tǒng)的護(hù)坡形式進(jìn)行了多方面的對(duì)比，對(duì)比結(jié)果表明格賓墊在強(qiáng)度、外觀效果、整體性、柔性、生態(tài)性等方面都能符合生態(tài)護(hù)坡材料的要求，從而為我國(guó)水利護(hù)坡工程提供了一種較好的新選擇方案。

[1]陳茜.洛陽(yáng)新區(qū)伊河濱水景觀規(guī)劃研究[D].東北林業(yè)大學(xué),2012.

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