河道攔水壩中石籠網技術的應用研究

侯 捷

(北票市防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧 朝陽 122100)

0 引 言

我國對石籠網的應用最早可追溯至2000多年前，竹編石籠擋水壩作為已知最早的石籠網雛形曾被用于都江堰的修筑[1]。隨后，英國、日本、意大利等相繼出現裝土柳條筐和袋狀石籠網，被用于炮兵陣地掩體、防洪除險、河堤加固和修補等工程。

國外將現代石籠網技術主要用于海洋工程防護、土體支撐、橋臺修筑、河道護坡等領域，而國內多集中于景觀綠化、道路隔離護欄、山體掛網噴漿、基坑支護、邊坡支護、河道治理等領域的應用，對其相關研究還處于起始階段[2]。柔性的石籠結構相對于不能承受拉應力的素混凝土、砌石等圬工工程而言，具有承受一定拉力或者發生彎曲變形而防止結構性失效失穩、不脆性斷裂的特點，結構變形后能夠自動調整平衡，可以有效避免裂縫的出現。將石籠網護岸用于河道治理工程，可以滿足設計洪水不越堤和常水位基礎防沖的要求，在保證堤壩穩定性的基礎上，能夠維持周邊環境與河道水體之間的物質交流，具有防止土壤侵蝕、凈化水質、生態性良好、保護生態環境以及創造適合動植物生長環境的特點。此外，石籠網還存在適應性強、對周邊環境要求低、運費少、施工簡單等優點。

現代石籠網一般為機械編制經過高抗腐蝕處理以上的同質鋼絲、稀土合金鍍層混合鋅鋁低碳鋼絲、鋅鋁合金鍍層低碳鋼絲或熱鍍鋅低碳鋼絲等而成，可利用PVC覆塑層有效保護鋼絲表面。依據EN或ASTM標準、工程設計資料，選取的低碳鋼絲直徑多為2.0-4.0mm，金屬鍍層質量≥245g/m2，抗拉強度要高于38MPa。網線通常要小于網片的邊緣線直徑，為保護鋼絲表面PVC鍍層和絞合部分金屬鍍層不被破壞設計的雙線絞合部分長度應>50mm。

1 石籠網技術

1.1 技術優勢

1)透水性好。石籠網具有良好的過濾地表水及地下水的功能，通過對土壤等沉積物的截留為植物生成創造適宜的生存空間。

2)耐久性與耐腐蝕性強。熱鍍鋅鋁工藝能夠降低網絲氧化程度，提高鋼絲表面鍍層的整體穩定性；此外，采用包塑或涂樹脂后的石籠網絲具有較強的抗老化、抗氧化、防腐耐蝕的作用，可以有效增加石籠網服役年限。

3)柔韌性好。石籠網可以有效解決冬季硬質材料凍脹的問題，良好的柔韌性能夠抵抗地基不均勻沉降，地基適應性強。

4)穩定性和整體性極佳。石籠網材的整體性較好，石籠網工程的整體結構不會受局部破壞或適度變形而產生破壞，即使存在地基不均勻沉降也不會帶來裂縫或其它問題。

5)景觀效果較好。石籠網結構的顏色多樣、組合方便，可以提供滿足多種景觀需求的不同結構造型，景觀效果豐富、自然且見效快。

6)施工簡單。向籠內裝入規定尺寸的石塊并封口就可完成施工，可就地取材且對填充石料的要求較低，無需特殊的技術便于機械化操作，不受溫度、氣候等條件的限制，在保證施工質量的同時又可加快工程進度。

7)投資成本低、服役年限長。石籠網具有抗老化、抗氧化、耐腐蝕等特點，使用過程中基本無需維修，服役年限甚至可以達到幾十年。

1.2 特點分析

石籠網擋水壩相對于橡膠壩、漿砌石壩等，具有維護簡單、施工簡便、耐腐蝕強、使用壽命長、對生態環境影響小以及地基承載力要求低等特點，如表1所示。

表1 不同結構形式的壩體特點對比

1)橡膠壩。橡膠壩主要是以內外涂覆橡膠為保護層、高強合成纖維織物為受力架，并錨桿于底板形成封閉的壩袋，用水(氣)經沖排管路充脹而成的袋式攔水壩，故也稱橡膠水閘。橡膠壩具有服役年限長、維修簡便、汛期不阻水、抗震能力強、施工速度較快等優點，但以橡膠與高強度合成纖維織物為原材制成的橡膠壩與周邊生態環境不協調，生態性較差。此外，橡膠壩壩袋不宜頻繁的排放和充脹，對于水位波動明顯的河道其適用性較差，加之壩袋易受推移質的損壞，實際使用時要及時控制河道的漂浮物，其后期管理難度大。

2)漿砌石攔水壩。該類壩以重力式擋水壩為主，依靠自身產生的壓應力、自重產生的抗滑力來抵消水壓力引起的拉應力以及維持壩體安全穩定性，擋水建筑物的修筑材料為漿砌石。漿砌石攔水壩具有地形地質適應性強、便于機械化施工、操作簡單、攔水效果好等特點，但該結構存在不透水的特性，生態系統上下游之間的連通性被切斷，河水的自然形態也遭到一定破壞，周邊環境與漿砌石材料的不協調影響了景觀的整體性。

1.3 施工流程

步驟1：施工導流。石籠網攔水壩屬于橫向攔水建筑物，為保證施工安全應避開汛期，應把施工時段盡量安排在全年徑流較小的非汛期。施工期洪峰流量的推算必須考慮河道水文資料和實際情況，按設計流量對作業區域進行導流，以創造干地作業環境。

步驟2：放線清基。正式開工前，必須現場測量、合理確定壩址位置，按設計圖紙放出外邊線和壩軸線，基礎開挖時要保證與設計開挖線的一致，然后適當平整、清理基礎底部，對于地基軟、河底淤泥較多的河段還要實行基礎換填。

步驟3：基礎施工。按照設計尺寸將相應規格的石籠網片鋪設于開挖基槽內，然后遵循石料間搭接緊密、大面朝下的原則裝填規定尺寸的石材，確保石材的裝填穩定以及頂面填充高出2-3mm。完成石料裝填后將頂部用網片蓋上，并把側面與頂部網片用綁線綁緊，綁扎過程中沿網籠與框線的雙扭結邊或圍繞兩條重合的框線綁緊，保持螺距≤500mm，以防損傷鋅鍍層。

步驟4：齒墻與護坦施工。控制上、下游的護坦長度≥3m和4m，設置厚度為0.5m；齒墻埋深1.5m，設計頂寬1.0m。壩體與齒墻、護坦的施工方法基本相似，最后利用綁線將齒墻、基礎與護坦相鄰部分進行固定和連接。

步驟5：壩體施工。壩體背水面坡比1∶6，迎水面為直墻，結合水文數據可以適當調整壩體高度。施工過程中，必須按照設計圖紙先鋪設底層網片，然后將網片與護坦、基礎利用綁線連接，考慮設計尺寸要求豎起石籠網隔板及面板，并折成工程所需的形狀，為便于最終的封蓋還要預留一定尺寸的網片。完成石籠網折疊后，將石料分批依次裝填至石籠網箱內，并保證石料最終裝填高度超出箱體25mm。裝滿后向下折疊網蓋并用螺旋固定絲、綁線，將石籠網隔板、側面與網箱絞合連接成一個整體，每間隔25-30cm應綁扎一根綁線，該過程要防止損傷鋅鍍層，完成綁扎后要收緊螺旋固定絲。根據設計要求確定坡比1∶3，壩體石籠施工結束后要在壩前填充砂礫石等材料。

2 實例應用

2.1 工程概況

大凌河中游段位于閻王鼻子水庫壩下至細河入匯口處，比降在1‰左右，該段為山區性河流。河長150.8km，河寬500-3200m，平均河寬約1800m，較上游段河寬增加，主槽寬100-250m，平均主槽寬約為120m。河道彎曲系數為1.59，匯入的支流有細河、涼水河、十家子河、顧洞河、牤牛河等。流經的主要城鎮有朝陽新縣城、朝陽市、燕都新城、長寶營子、南八家子、大板鎮、下府蒙古族鄉、紅墻子滿族鄉、義縣縣城、大榆樹堡鎮等地。河道生態治理工程包括濕地恢復、景觀綠化、石籠網攔水壩建設、生態護岸、堤岸修復以及河道清淤等內容，治理長度35km。治理前河道整體景觀較差，泥沙含量高且河道水質差，為了滿足景觀需求以及取得較好的生態治理效果，采取生態型良好的石籠網修筑攔水壩，對河道清淤后修建32座石籠網攔水壩，壩體材料以石塊、石籠網為主，間距位于120-240m之間，以每組3-4座形成多級壩系。

2.2 技術參數

采用自然石塊與鉛絲石籠修筑石籠網攔水壩，石籠網邊絲徑φ3.5mm，面絲徑φ2.8mm，網目160mm×160mm，鉛絲石籠鍍鋅層≥260g/m2；將當地直徑25-30cm的石材裝填至鉛絲石籠內，保證石材表面無水銹、無風化脫落層、無污垢以及無裂紋，禁止垃圾石、風化石的使用。

2.3 結構設計

設計攔水壩基礎埋深1.5m，寬度1.5m，壩長60-185m，高出基礎0.5-1.0m，基礎及其以上部位連接成整體。齒墻埋深1.5m，頂寬1.0m，迎水坡為直墻而背水坡坡比為1∶6，按1∶3設計砂礫石料回填坡比，在橫向上每隔4m分別對齒墻、坡面、壩體單獨包鉛絲石籠。

2.4 影響分析

1)攔截上游泥沙。內部填充石塊的石籠網攔河壩具有較好的透水性，孔隙較多且允許水流穿過，每道壩都設置有過濾器，不同粒徑的石塊能夠有效的過濾上游泥沙。將多座石籠網攔水壩建于泥沙含量較高的河道，形成的多級壩系過濾系統能夠發揮層層過濾上游泥沙的作用，在發揮一定阻水作用的同時還能減緩水流速度，因此石籠網攔水壩可以提供河水泥沙沉淀的先決條件。

2)增加生物多樣性。以自然石塊、鉛絲石籠為建筑材料的石籠網攔水壩，因相鄰石塊間具有一定的孔隙，所有石塊表面均存在接觸微生物及水流的機會。通過充分利用整個壩體石塊及其表面積、石塊之間的孔隙，可為附著于石塊表面的浮游生物、微生物等創造適宜的生存空間和庇護場所。此外，石籠網攔水壩能夠在一定程度上降低水流速度，提供相對平緩的水面滿足水生動植物生長需求。石籠網攔水壩與傳統的橡膠壩、硬質的漿砌石攔水壩相比，可以利用其減緩流速、孔隙較大、石塊表面積大、透水性好等特性，有效完善河流生態系統以及生物多樣性。

3)提升沿線景觀。石籠網攔水壩能夠改善河道生態系統，在一定程度上提升景觀環境。這是由于石籠網可以形成一定壅高水面，在壩體之間、多級壩系之間形成景觀水面以及多級連續水面，在減緩水流速度的同時還可提高河道的觀賞性。此外，水流速度的減緩還可提供適于水生動植物生長的環境，有利于增加生物多樣性和提升河道景觀；增加的河道水面能夠調節流域小氣候，為提升河道景觀、改善河流生態發揮著促進作用。

4)改善河流水質。多級石籠網攔水壩可調節水流速度、降低河水泥沙含量、有效攔截泥沙、形成水流落差，通過減緩壩前水流速度、增大過壩徑流的水流速度使空氣與河水充分接觸，從而提高溶解氧的含量以及加快微生物分解有機物的速度。經過多級壩系時水流能夠形成多級曝氣，實現河流水質的逐步凈化。

3 結 論

在攔水壩建設中石籠網技術的應用具有施工簡單、耐腐蝕強、透水性、整體性、柔韌性和景觀效果好等特點，石籠網攔水壩的建設有利于改善河道生態環境、河流水質，提升河道景觀格局以及生物多樣性，此外還可有效攔截泥沙，對河道生態治理具有較強的適用性和應用前景。