淺析大凌河石籠護岸工程設計及應用

胡 艷

（沈陽順源德工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110000）

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，加速農村中小河流綜合治理，對推動美麗鄉村建設具有重要意義。十九大報告中重點關注農村發展、農村現代化建設，堅定走生態良好的文明發展道路，創造良好的生產、生活環境。因此，針對農村河道岸坡受水流沖刷破壞的問題，通過建設生態護岸，保護岸坡，保證河道原有的行洪斷面，恢復河道生態功能，通過農村河道治理與美麗鄉村建設有機結合，加速社會主義新農村的建設。本文以大凌河支流農村段河道治理為背景，結合實際情況，對生態護岸方案及石籠型式進行對比。

1 工程概況

大凌河是遼寧省西部地區最大的河流，上游分南、西兩支，南支發源于遼寧省建昌縣要路溝鄉水泉溝，西支發源于河北省平泉縣宋營子鄉泉子溝，兩支在喀左縣大城子鎮東南匯合后，流經朝陽縣、朝陽市區、北票市、義縣、凌海市，于盤錦市與凌海市交界處注入渤海。大凌河在遼寧省境內面積為19998 km2，占全流域面積的86%，大凌干流（含源頭區）河道全長522 km（南支河長108 km，西支省內河長75 km，南、西支匯合口至入?？诤娱L 339 km）[1]。

大凌河流域涉及遼西5市10縣7區，中上游以險工治理為主，規劃既要滿足防洪減災的需求，也要滿足維護河流健康的要求。項目區基本情況見表1。

表1 項目區基本情況表

2 護岸型式比選

2.1 方案比選

結合目前常用的護砌材料和工程的具體情況，對石籠護岸、生態混凝土、植草磚這三種護岸型式進行方案比選[2]，見表2。

表2 生態護岸形式比選

由于工程所在地施工基礎條件差，項目資金有限，故選擇石籠護岸。

2.2 石籠護岸型式

結合四個項目區的不同情況，提出四種不同型式的護岸石籠。具體為：下三家河的貼坡石籠直立基礎（圖1）、顧洞河的直立式擋墻（圖2）、滲津河的直立式石籠水平防護（圖3）、滲津河的貼坡石籠水平防護（圖4）、細河的貼坡石籠水平防護（圖5）。

圖1 下三家河貼坡式石籠直立基礎

圖2 顧洞河直立式擋墻

圖3 滲津河直立式石籠水平防護

圖4 滲津河貼坡式石籠水平防護

圖5 細河貼坡式石籠水平防護

通過多年大凌河支流工程治理實際經驗得出：岸坡陡峭、空間不足處選用直立式石籠，坡緩、空間充足處選用貼坡式石籠，而石籠岸坎后是允許淹沒過水，但不允許破壞，故防護高度可根據具體現狀實際岸坎高度確定。

3 石籠護岸設計

3.1 沖刷深度計算

根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）的沖刷計算公式確定石籠的埋深，四種形式沖刷分別見表3。分別計算項目中險工段各斷面沖刷深度，確定平均沖刷深度，綜合考慮項目區情況確定取值[3]。考慮施工工藝要求，采用水平石籠防護取代垂直埋深的，水平防護寬度為3倍沖刷深度。局部沖刷深度計算公式為：

式中：hs為局部沖刷深度，m；Ucp為近岸垂線平均流速，m/s；Uc為泥沙的啟動流速，m/s；Hp為沖刷處的水深，m；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關，取1/4～1/6。

表3 沖刷計算表

由表3可知：四條河道典型局部沖刷深度，分別取多處位置計算平均沖刷深度，綜合考慮顧洞河石籠工程埋深取1.3 m，下三家河石籠工程埋深取1.5 m；滲津河、細河埋深均取2.0 m，水平石籠防護長取6 m。

3.2 護岸設計

石籠網箱采用直徑10號鍍鋅鐵絲線編制而成（其中邊絲和揪子裸線直徑3.2 mm，網絲裸線直徑2.7 mm），項目不同石籠網箱具體尺寸不同，石籠之間應縱橫交錯避免出現“通縫”，同時采用揪子雙線綁扎。網箱內塊石由人工砌筑，塊石粒徑介于15 cm～30 cm，粒徑較小的塊石擺放在網箱中部，網箱空隙率不大于30%，塊石強度不小于30 MPa。貼坡式石籠坡比不宜大于1∶2，直立式石籠錯臺不宜小于0.3 m。

（1）護坡石籠防護厚度計算

以滲津河坡式石籠水平防護為例，根據下列公式計算石籠防護工程中填石的平均粒徑Dm，當用于河道轉彎處外側填石Dm乘以系數1.2[4]。

式中：Dm為填石的中值粒徑，50%的填石粒徑超過該值；S0為粒徑安全系數，本次取1.5；CS為填石穩定系數，大多數情況為0.1；Cv為流速分布系數，Cv≥1.0，在堤和混凝土渠道的端部一般為1.25；d為流速V處局部水深（m），本次取4.80；γS為填石的重度，kN/m3，本次取 25 kN/m3；γw為水的重度，kN/m3，本次取9.8 kN/m3；V為斷面評價流速，m/s，通常取水面以下0.6倍水深處流速，或者取0.2倍、0.8倍水深處流速平均值，本次取3.2；g為重力加速度，為9.81 m/s2；K1為邊坡修正因子，坡度1∶1 取 0.46，1∶1.5 取 0.71，1∶2 取 0.88，1∶3 取 0.98，1∶4以上取1.0。

經上式計算后，所用的填石中值粒徑為0.1 m，根據實際情況，填石粒徑采用15 cm～30 cm之間，網孔尺寸為11 cm×13 cm。填石粒徑確定后，確定護坡厚度。

式中：t為護坡的最小厚度。實際使用中應選用厚度不小于t的標準規格防護網墊。

經計算，t為0.2 m，結合現場實際情況、防護安全和施工等因素的影響，確定護坡厚度為0.4 m。

（2）護岸工程穩定計算

對照土壤類型，依據國家標準《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）中的規定，在正常運用條件下，土坡抗滑穩定安全系數取1.10。計算以瑞典條分法（即圓弧法）為原理，使用理正5.1版邊坡穩定分析軟件進行計算，計算結果見表4。

表4 護岸抗滑穩定安全系數計算表

由表4可知，上述石籠型式均滿足穩定性要求。貼坡式坡比大于1∶2及直立式錯臺大于0.3 m的情況下，所求得的最小安全系數Ks大于最小安全系數1.10。

（3）綠化工程

貼坡式石籠坡面可覆蓋種植土，厚度大于0.5 m，種植植物，利用綠色植物根系與石籠空隙土壤相結合，起到防洪固坡的作用，可有效增大綠化面積。綠化工程既能防止河岸坍塌和水土流失，還能使水域、岸坡與土壤之間相互結合，凈化水質，為不同的動植物棲息營造出適宜的環境條件，形成豐富、穩定的生態系統。

4 結語

大凌河支流河流水量較少，季節性特點突出，彎曲河段汛期沖刷嚴重，其中支流更為明顯，而石籠護岸主要應用在河道險工中。隨著技術的不斷成熟，石籠應用型式也逐漸變化。在實踐中總結經驗，農村河道護岸工程中石籠基礎部分水平式較直立式更為適用，同時石籠護岸工程與綠化工程可結合應用。以接近自然、模擬自然為建設理念，充分考慮動植物的生存環境，護岸工程與生態規劃相協調，對建設“水清、灘綠、岸穩、景美”的生態自然河道及實施鄉村振興戰略具有重要意義。