生態格網技術在工程防護中的結構設計探討

張軍

【摘要】生態格網結構廣泛應用于水利工程堤坡防護，具有生態環保、消浪性能優異以及造價低等優點，是未來水利工程防護的一個重要方向。針對生態格網的結構設計，提出了網箱擋土墻的設計及驗算方法，以為類似工程提供參考。

【關鍵詞】生態格網技術；工程防護；結構設計

1、前言

生態格網作為一種新型砌護材料，將抗腐蝕、耐磨損、高強度的低碳熱鍍鋅鋼絲、鋅鋁混合稀土合金鍍層鋼絲，包覆PVC或經高抗腐蝕處理的以上同質鋼絲，采用機械鉸合編制成的六鉸狀、六邊形網孔的網片結構。具有環保性、經濟性及施工便捷性等諸多優勢，目前已在國內工程中得到了廣泛的應用。

2、網箱擋土墻設計

2.1適用條件

當需要防護的岸坡坡度陡于1∶1.5或河道空間有限等，護岸可選擇網箱擋土墻。

2.2結構設計

網箱擋土墻的設計與重力式擋土墻類似，適用標準的土力學原理，用于河道護岸工程可參考《堤防工程設計規范》。

2.2.1構造形式

常用典型構造形式包括前錯臺式、后錯臺式、寶塔式、結合式等。

2.2.2基礎處理

網箱擋墻需建造在堅實的基礎上，應特別注意網箱擋墻坡腳防護，施工時將網箱擋墻的基礎設置在計算沖刷深度之下。當難以預測沖刷深度或河床經常出現起伏，推薦采用網墊護坦。護坦最小長度等于1.5倍護坦下計算沖刷深度，當局部沖刷深度不確定時，應相應增加護坦長度。

圖2.1 網箱擋土墻基礎處理示意圖

2.2.3填料、濾層要求

選擇合適的網箱擋土墻后回填料，以滿足墻后填土的排水。網箱結構的透水性允許所防護的河堤自然透水。但從網箱擋墻濾出的土料會出現堵塞，因此回填土應采用允許自由排水的粒狀材料。填料應包括5～30cm厚的分級碎石，后鋪設一層無紡布。

2.3土壓力計算

2.3.1非黏性土土壓力

網箱擋土墻墻后填土為非黏性土時，可采用標準的庫侖公式計算。

2.3.2黏性土土壓力

目前常用的計算黏性土土壓力方法為數解法。數解法對庫侖理論進行改進，考慮土的黏聚力作用是以平面滑裂面假定為基礎的黏性土、粉土主動土壓力數值計算法。根據《建筑地基基礎設計規范》采用數解法。

2.4穩定驗算

網箱擋土墻穩定驗算需考慮傾覆、滑移、基礎穩定性、整體滑動、擋墻局部變形或破壞等。

2.4.1抗傾穩定性

由于生態格網結構具有透水性，無需考慮墻后的剩余水壓力作用。按繞墻趾轉動校核，計算抗傾安全系數。

2.4.2抗滑穩定性

通過將回填土產生的推力與基礎產生的摩擦力及黏聚力比較，校核擋墻的抗滑能力。

2.4.3基底壓應力驗算

進行基礎穩定性驗算時先確定基底合力的偏心距，根據偏心距判斷基底的應力情況，計算荷載作用下擋土墻墻趾和墻踵下土的應力，同時滿足基礎底面的最大、最小應力?；鬃畲髴Σ粦^基底允許承載力，最大、最小應力之比，黏土宜取1.5～2.5，砂土宜取2.0～3.0。

2.4.4整體抗滑穩定性

土基上的網箱擋土墻除需考慮沿基底面的抗滑穩定外，還應核算墻體與基礎整體的抗滑穩定性。抗滑穩定驗算采用瑞典圓弧滑動法。

2.4.5局部破壞

選擇墻身截面變化處作以下校核：墻體內部由于剪破壞引起的滑移，墻體轉動破壞引起的傾覆，墻體內部壓應力。

3、生態格網設計要求

3.1生態格網材料

所有鋼絲（網絲、邊絲、扎絲）的檢測都應在生態格網編織前進行，鋼絲抗拉強度介于350～520MPa；延伸率不得小于12%；鋼絲最低鍍鋅量或鍍鋁鋅量應滿足《河湖生態保護與修復材料應用技術規范》要求；將鋼絲圍繞4倍直徑的芯軸纏6圈，用尖針刮擦鍍層，不會剝落或產生裂縫。

3.2填石

網箱中填料粒徑100～300mm，網墊中填料粒徑75～150mm；填充石料需密實、堅硬、新鮮、抗風化，且小于網目大小的石料不得超過15%；每組網箱空間須同時均勻投料，每層填筑厚度20～30cm，并以機械或人工整平；外部裸露部位的石料須以人工砌壘、擺放整齊，以求美觀。沿高度方向每25～30cm設一道水平拉筋，每一拉筋處以兩網目為間距，向內拉筋并絞緊拉筋，每平方米內4處，以正反八字形設置。

3.3濾層

網箱結構必須使用土工織物濾層，鋪設在網箱及土的界面，主要是起到隔離、排水和反濾功能。非織造型（無紡）土工織物具有高能量吸收、堅固、防損傷能力，適合用于網箱結構。土工織物應結實、滲透性好、抗沖磨，以確保在有懸浮沉積物的河道中織物絲不會纏結。

4、生態格網結構優勢

4.1生態優勢

格網石籠的空洞約為10%～15%，利于水、空氣和植物相互作用，且孔隙內掛於后，植物可以在其中生長。同時空洞可作為魚、蛙等水生動物產卵地，對微生物的繁殖十分有利，屬生態型結構。

4.2結構優勢

格網石籠為柔性結構，對地基的適應性強，可大大降低地基處理費用；格網石籠不需要膠結材料，施工工藝簡單，不受天氣、氣溫的限制，施工速度快；格網石籠的網材為專業生產廠家成品供應，質量有保證；格網石籠結構的孔隙較大，排水條件好，適應抗冰凍和凍漲性能好，且有消浪作用，可減小波浪爬高。

4.3耐久優勢

生態格網結構鋼絲在應用中表層與酸性空氣、水、土以及鹽接觸，可能產生腐蝕。為了延長籠網使用壽命，鋼絲在編織前需要進行鍍鋅或鍍鋅鋁，鍍層厚度要大于規范要求值。通過鹽霧試驗，其使用壽命可達到40～50年，耐久性較好。且通過大自然的作用，石塊之間的空隙會被土填充，植物根系通過石塊之間的土深深扎入邊坡，形成一個穩定邊坡。增強結構的穩定性，增強抵抗水流沖蝕能力。

5、結論

綜上所述，鑒于生態格網結構的諸多優勢，近年來在水利工程堤坡防護、鐵路路基防護、公路邊坡防護、海岸保護、市政工程等領域的應用前景越來越廣泛。

參考文獻：

[1]任建民俞兆權.水利工程護坡生態化設計技術分析[J].中國水運（下半月刊），2011（03）

[2]嚴惠珍.河道生態護坡技術在宜春市城市防洪工程中的運用[J].江西水利科技，2011（01）