生態(tài)網(wǎng)格在水利工程邊坡修復(fù)中的應(yīng)用

周亞岐

（河北省承德市雙峰寺水庫(kù)工程建設(shè)管理局，河北 承德 067000）

生態(tài)網(wǎng)格在水利工程邊坡修復(fù)中的應(yīng)用

周亞岐

（河北省承德市雙峰寺水庫(kù)工程建設(shè)管理局，河北 承德 067000）

用于邊坡修復(fù)的生態(tài)網(wǎng)格，包括金屬線材箱、填充層、植被層。其特征在于相鄰金屬線材箱綁扎連接，填充層設(shè)置在金屬線材箱內(nèi)，植被層覆蓋在金屬線材箱上；金屬線材箱包括邊絲和網(wǎng)片構(gòu)成，網(wǎng)片固定在邊絲上，網(wǎng)片采用網(wǎng)絲編織形成。網(wǎng)片的網(wǎng)孔為正方形或六邊形，網(wǎng)孔中多線絞合部分設(shè)置橫向加強(qiáng)鋼絲，網(wǎng)絲包覆PVC鋼絲。填充層由填充材料組成，填充層孔隙率小于15%，填充材料包括天然塊石層、卵石層、碎石層、廢棄混凝土塊層，具有抗腐蝕功能強(qiáng)，能夠有效防護(hù)邊坡和固岸，有很強(qiáng)的抵抗惡劣自然環(huán)境的能力，整體柔軟性、穩(wěn)定性和耐久性好，能夠適應(yīng)較大范圍的變形。

生態(tài)網(wǎng)格；邊坡修復(fù)；金屬線材箱

1 背景

長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的河道護(hù)岸工程往往局限于防護(hù)、排澇、飲水和航運(yùn)等基本功能，在護(hù)岸工程設(shè)計(jì)中，特別是城市河道，為了控制河勢(shì)和確保河道的防洪安全，而著力于運(yùn)用塊石、混凝土等硬質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，很少考慮河道的生態(tài)、景觀、休閑、娛樂(lè)等其他功能。現(xiàn)行城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范，也未明確提出河道護(hù)岸的生態(tài)學(xué)要求，致使不少地方的河道，被人為渠化及對(duì)河岸的強(qiáng)行硬化，這樣容易忽略河道的生態(tài)功能，破壞了生態(tài)平衡，不利于環(huán)境保護(hù)、抵御自然破壞因素及承受大范圍變形的能力。本文提出了一種用于邊坡修復(fù)的生態(tài)網(wǎng)格，能夠有效防護(hù)邊坡和固坡。

2 生態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

2.1 邊坡修復(fù)的生態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

生態(tài)網(wǎng)格包括濾層、金屬線材箱、填充層、植被層。其特征在于相鄰金屬線材箱綁扎連接，濾層設(shè)置在金屬線材箱內(nèi)，金屬線材箱內(nèi)設(shè)置隔片形成多個(gè)格室，填充層設(shè)置在金屬線材箱內(nèi)，植被層覆蓋在金屬線材箱上，金屬線材箱包括邊絲和網(wǎng)片構(gòu)成，網(wǎng)片固定在邊絲上，網(wǎng)片采用網(wǎng)絲編織形成，網(wǎng)絲編織成多絞合狀，網(wǎng)片的網(wǎng)孔為正方形或六邊形，網(wǎng)孔中多線絞合的部分設(shè)置橫向加強(qiáng)鋼絲，填充層由填充材料組成，填充層孔隙率小于15%，填充材料的粒徑比1.5～2.0D。填充材料包括天然塊石層、卵石層、碎石層、廢棄混凝土塊層，植被層覆土±10～15cm。

網(wǎng)絲和邊絲為包覆PVC鋼絲，包覆PVC鋼絲包括鋼絲、防腐層和PVC覆層，防腐層包覆在鋼絲外，PVC覆層包覆在防腐層外，PVC覆層厚度0.4～0.6cm。

網(wǎng)絲和邊絲為鋅—鋁—混合稀土合金包覆PVC鋼絲，鋅—鋁—混合稀土合金包覆PVC鋼絲包括鋅—鋁—混合稀土合金鋼絲和PVC覆層，PVC覆層包覆在鋅—鋁—混合稀土合金鋼絲外。

鋅—鋁—混合稀土合金鋼絲的直徑2.44～2.56mm，網(wǎng)絲為鋅—鋁—混合稀土合金包覆PVC鋼絲的直徑3.5mm，邊絲的直徑2.92～3.08mm，包覆PVC后的直徑4.0mm。

網(wǎng)孔的尺寸有80mm×100mm，100mm×120mm或130mm×150mm多種規(guī)格。

2.2 生態(tài)網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)

（1）安全性高、抗腐蝕功能強(qiáng)，能夠有效防護(hù)邊坡和固岸，有較強(qiáng)的抵抗惡劣自然環(huán)境的能力。

（2）整體柔軟性、穩(wěn)定性和耐久性好，能夠接受大范圍的變形，壽命可達(dá)30～50年。

（3）透水透氣性好，可有效減輕水流沖刷帶來(lái)的磨損，且有利于植物生長(zhǎng)，施工后可被本地的生物和動(dòng)物所接受。

（4）施工簡(jiǎn)單，安裝成本低，不需特別技能，只需將石頭裝入金屬線材箱，簡(jiǎn)單方便。

3 生態(tài)網(wǎng)格的使用

生態(tài)網(wǎng)格是一種重力式柔性結(jié)構(gòu)，多個(gè)相鄰金屬線材箱綁扎連接形成一種組合體即生態(tài)護(hù)墊，金屬線材箱內(nèi)設(shè)置隔片形成格室，金屬線材箱內(nèi)填充包括天然塊石層、卵石層、碎石層、廢棄混凝土塊層的填充層，金屬線材箱包括邊絲和網(wǎng)片構(gòu)成，網(wǎng)片固定在邊絲上，網(wǎng)片采用網(wǎng)絲編織形成，網(wǎng)絲編織成多絞合狀，網(wǎng)片的網(wǎng)孔為正方形或六邊形，網(wǎng)孔中多線絞合的部分設(shè)置橫向加強(qiáng)鋼絲，填充層由填充材料組成，填充層孔隙率小于15%，填充材料的粒徑比1.5～2.0D，填充材料包括天然塊石層、卵石層、碎石層、廢棄混凝土塊層，植被層覆土10～15cm，植被層可栽種植物，在金屬線材箱的一角裝土，施工完后可栽種植被和插枝，可基本不擾動(dòng)原有的生物、動(dòng)物的棲息環(huán)境，工程建成后可被本土的生物接收，與周?chē)木坝^環(huán)境相協(xié)調(diào)。

4 生態(tài)網(wǎng)格在護(hù)坡修復(fù)中的應(yīng)用

生態(tài)格網(wǎng)在具體的應(yīng)用中可分為護(hù)腳和護(hù)坡，其中重點(diǎn)考慮坡腳和濾層，為了加強(qiáng)護(hù)坡側(cè)緣的強(qiáng)度，可在生態(tài)護(hù)墊的上游、下游邊界加厚。

為了保證防護(hù)效果，邊坡河岸坡度應(yīng)均勻、平整，不得留有尖銳、鈍性物體。雖然人工擺放的小尺寸石料能起到天然過(guò)濾的作用，仍需鋪設(shè)濾層，濾層為1層土工布或10～15cm厚的礫石層，濾層設(shè)置在邊坡河岸和生態(tài)護(hù)墊之間，可以有效地防止邊坡河岸上的細(xì)粒料流失。

生態(tài)護(hù)墊內(nèi)填充層的填石應(yīng)保證不出現(xiàn)位移，防止因填充層移位引起生態(tài)護(hù)墊變形造成水流阻力改變及碰壞網(wǎng)片。一般情況下這種結(jié)構(gòu)適用于河流坡度小于2%，水流條件為緩流的防護(hù)。

生態(tài)護(hù)墊內(nèi)填充的填石平均粒徑Dm按式 （1）計(jì)算，而對(duì)于轉(zhuǎn)變處的填石尺寸應(yīng)乘以1.2的系數(shù)。

式中 Dm為生態(tài)護(hù)墊中填充層內(nèi)填石的中值粒徑（m），50%的填石應(yīng)超過(guò)該值；Sf為安全系數(shù)，一般不小于1.1；Cs為石塊填充的穩(wěn)定系數(shù)，一般取0.1，最大塊填石與最小塊填石尺寸比為1.5～2.0；Dv為流速分布系數(shù)，一般為1.0～1.25；d為達(dá)到流速V處的局部水深（m）；γw為水的容重（kN/m3）；g為重力加速度（9.81m/s2）；Kl為修正因子，當(dāng)邊坡1∶1時(shí)取0.46，當(dāng)邊坡1∶1.5時(shí)取0.71，當(dāng)邊坡1∶2時(shí)取0.88，當(dāng)邊坡1∶3時(shí)取0.98，當(dāng)坡度1∶4時(shí)取1.0；R為水力半徑（m）；W為水面寬度（m）。

在計(jì)算出填石的粒徑范圍后，按t≥2.0Dm確定生態(tài)護(hù)墊的厚度，即金屬線材箱的高度，計(jì)算出的厚度為最小厚度，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇厚度不小于t的金屬線材箱。

在波浪作用下，應(yīng)對(duì)生態(tài)護(hù)墊的厚度即金屬線材箱的高度進(jìn)行修正。

式中 Hs為波浪設(shè)計(jì)高度（m）；α為河岸傾角（°）；n為填石孔隙率 （%）；Δm為水下材料的相對(duì)單位重度，Δm=（γs-γw）/γw。

大多數(shù)情況下（1-n）Δm≈1.0，因此以上兩式可簡(jiǎn)化為：

不同流速下生態(tài)護(hù)墊的規(guī)格如表1。

表1 不同流速下生態(tài)護(hù)墊的規(guī)格

5 施工

首先構(gòu)筑圍堰、設(shè)置工作臺(tái)，后進(jìn)入護(hù)坡施工階段。

護(hù)坡施工階段主要包括邊坡修整和生態(tài)護(hù)墊組裝、鋪設(shè)生態(tài)護(hù)墊和填充層內(nèi)填石的填充。

5.1 坡面整理

用挖土機(jī)開(kāi)挖，坡面平整度控制在5cm以內(nèi)，部分需填筑坡段，采用推土機(jī)分層碾壓，為了保證防護(hù)效果，河岸坡度應(yīng)均勻、平整，不得留有尖銳、鈍形物體。

5.2 鋪設(shè)濾層

人工擺放的小尺寸石料能起到天然過(guò)濾的作用，仍需鋪設(shè)濾層，濾層為1層土工布或10～15cm厚的礫石層，濾層設(shè)置在邊坡河岸和生態(tài)護(hù)墊之間，可以有效地防止邊坡河岸上的細(xì)粒料流失。

5.3 生態(tài)護(hù)墊組裝和鋪設(shè)

將折疊的單個(gè)金屬線材箱取出并放置在堅(jiān)固平整的地面上，然后展開(kāi)并壓平成原形狀。將單個(gè)金屬線材箱裝成生態(tài)護(hù)墊形狀，在水面下0.5m位置開(kāi)始順著堤岸鋪設(shè)護(hù)墊，最后采用鋼絲捆扎將相鄰金屬線材箱連接成整體，即用一定長(zhǎng)度的絞合鋼絲將左右相鄰金屬線材箱及上下層的金屬線材箱連接在一起，絞合扎點(diǎn)間距24～30cm （三孔一扎），單圈—雙圈—單圈進(jìn)行絞合，絞合1m長(zhǎng)的邊緣采用1.3m長(zhǎng)的絞合鋼絲，且每根的絞合長(zhǎng)度不超過(guò)1m。

5.4 填充層內(nèi)填石

石料根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，可選擇的粒徑需符合設(shè)計(jì)要求的填石，特殊情況下，可以選擇金屬線材箱四周裝填大石料，中間裝填適量的小石料，裝填的方式可以采用人工裝填，也可以采用半人工半機(jī)械化進(jìn)行裝填工作，填充時(shí)必須注意石料的級(jí)配均勻，考慮到石頭沉降，填充石頭要有2.5～4cm的超高，且要對(duì)上表面進(jìn)行平整，盡量減小孔隙率，填充層孔隙率小于15%，在填石時(shí)，應(yīng)注意不要損壞網(wǎng)絲外的PVC覆層，填充后將每個(gè)金屬線材箱全部鎖死固定。

5.5 植被層施工

填充層內(nèi)填石的填充施工結(jié)束后，在面層塊石的縫隙內(nèi)用細(xì)土回灌，澆水密實(shí)，保證土填滿塊石的縫隙，再在塊石護(hù)坡上覆蓋10cm厚的耕植土。采用挖泥船將拋石斷面的土方開(kāi)挖到設(shè)計(jì)高程，采用浮吊拋投塊石；生態(tài)石籠鎮(zhèn)腳施工結(jié)束后，采用兩棲式挖泥船拆除施工圍堰。拆除圍堰和土方，植被層覆土10～15cm，可栽種植物，在金屬線材箱的一角裝土，施工完后可栽種植被和插枝，可基本不擾動(dòng)原有的生物、動(dòng)物的棲息環(huán)境，工程建成后可被本土的生物接收，與周?chē)木坝^環(huán)境相協(xié)調(diào)。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）適用于水利工程邊坡修復(fù)的生態(tài)網(wǎng)格，具有抗腐蝕功能強(qiáng)，能夠有效防護(hù)邊坡和固岸，具有較強(qiáng)的抵抗惡劣自然環(huán)境能力，整體柔軟性好，穩(wěn)定性及耐久性好，能夠適應(yīng)較大的自然范圍變形。

（2）生態(tài)網(wǎng)格施工完成后，可栽種植被和插枝，不擾動(dòng)原有的生物的棲息環(huán)境，與周?chē)木坝^環(huán)境相協(xié)調(diào)。

［1］岳亮亮.生態(tài)護(hù)坡在遼寧省城市河道整治中的應(yīng)用［J］.吉林水利，2015（4）.

［2］郭海，郭明亮.三維植被固土網(wǎng)墊在護(hù)坡中的應(yīng)用［J］.東北水利水電，2012（10）.

［3］琚澤進(jìn).三維排水生態(tài)護(hù)坡在城市河道中的應(yīng)用［J］.科技視野，2012（26）.

［4］梁淑娟.華北平原區(qū)河流生態(tài)護(hù)坡措施的適宜性研究［D］.北京：北京林業(yè)大學(xué)，2013.

［5］于京要，謝子書(shū).關(guān)于城市河流生態(tài)防洪綜合整理的思考［J］.河北工程技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2015（2）.

Application of ecological grid in water conservancy engineering slope restoration

ZHOU Ya-qi
（Construction Administering Bureau of Chengde Shuangfengsi Reservoir Engineering， Chengde 067000， China）

the ecological grid， which used for repairing slope， including metal wire box， filling layer， vegetation layer.The adjacent metal wire boxes is tied together， the filling layer is set in metal wire box， the metal wire box is covering with vegetation layer.Metal wire box including wire and meshes.The meshes is weaved by twine and fixed on the wire.The form of mesh usually be as a square or hexagon，the part of multi-line stranded in the mesh is set horizontal strengthened steel wire， PVC mesh is coated by steal wire.Filling layer is composed of filling materials， the porosity is less than 15%.The filling materials including natural stone， pebble layer， gravel layer， waste concrete block layer.The filling materials has corrosion resistance and strong ability to resist the harsh natural environment， the flexibility， stability and durability is good，and the adaptability for deformation is in a larger range，the function can effectively protect slope and river.

ecological grid； slope restoration； metal wire box

TV4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-9900（2017）06-0017-03

2017-09-25

周亞岐（1968-），男（滿族），河北平泉人，正高級(jí)工程師，主要從事水利工程工作，（Tel）13903241887。

尹健婷）