石籠技術(shù)在水保工程中的應(yīng)用

彭家順 劉曉君

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045）

1.前言

石籠指的是為防止河岸或構(gòu)造物受水流沖刷而設(shè)置的裝填石塊的籠子，石籠材料一般為低碳鋼絲等材料制成。在中國(guó)，生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)起源于2000多年的竹籠，羊圈工藝，李冰父子在都江堰工程中首次使用，這是傳統(tǒng)意義上的生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)；中國(guó)現(xiàn)代意義上的生態(tài)格網(wǎng)1998年起源于江南一家名為金利達(dá)的企業(yè)。如今，作為新工藝、新技術(shù)、新材料的新型生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)，成功地應(yīng)用于水利工程、公路、鐵路工程、堤防的保護(hù)工程中。較好地實(shí)現(xiàn)了工程結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的有機(jī)結(jié)合。同時(shí)與一些傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)比較起來(lái)有其自身的優(yōu)點(diǎn)，因此在世界范圍內(nèi)已經(jīng)成為保護(hù)河床、治理滑坡、防治泥石流、防止落石兼顧環(huán)境保護(hù)的首選結(jié)構(gòu)型式。

石籠是由金屬線材由機(jī)械將雙線絞合編織成的多絞狀六角形網(wǎng)制成的網(wǎng)箱。網(wǎng)片是采用優(yōu)質(zhì)低碳鋼絲編織，鋼絲的直徑可達(dá)2.0-4.0 mm，鋼絲表面通常還采用熱鍍鋅保護(hù)，鍍鋅保護(hù)層的厚度可根據(jù)客戶的要求制做，鍍鋅量根據(jù)ASTM 和EN 標(biāo)準(zhǔn)一般為230 g/m2以上。PVC網(wǎng)片是在鍍鋅鐵絲的表面包一層PVC保護(hù)層，再編織成各種規(guī)格的網(wǎng)。這層PVC保護(hù)層將會(huì)大大增加在高度污染環(huán)境中的保護(hù)，并且通過(guò)不同顏色的選擇，使其能和周圍的自然環(huán)境相融合。雙線絞合部分的長(zhǎng)度不得低于50 mm，以使雙線絞合部分鋼絲的防腐層不受損傷。

2.水土保持工程上的應(yīng)用

2.1 石籠擋墻在礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的應(yīng)用

以陜西潼關(guān)小秦嶺金礦生態(tài)修復(fù)案例為例，他們關(guān)于山坡溝谷上游以及較為陡立的山坡上，選擇引用了“格賓石籠擋墻”。“格賓石籠擋墻”的透水固渣新技術(shù)采用格賓石籠擋墻經(jīng)濟(jì)可行，施工方便，擋墻可承受大范圍的變形，而不坍塌。同時(shí)縫隙間的淤泥有利于植物生長(zhǎng)，可與周圍自然環(huán)境融為一體；另外擋墻具有一定的滲透性，不需要專門設(shè)置排水孔，可將渣堆后部水排泄處理。

在“格賓石籠擋墻”引用之后，發(fā)揮了良好的生態(tài)效益經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過(guò)治理，不僅緩解了建設(shè)用地供需矛盾，又增加了耕地面積，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的雙贏。同時(shí)，消除了礦山區(qū)開采產(chǎn)生的最大的重金屬污染問(wèn)題，修復(fù)了生態(tài)環(huán)境和生物多樣性。

2.2 生態(tài)石籠在水利工程上的應(yīng)用

生態(tài)石籠因石籠網(wǎng)兜的柔性結(jié)構(gòu)，可以形成各種形狀，使用方式可以是箱式擋墻，也可以是護(hù)坡等形式。多使用于河流流速湍急處，在防止水土流失、環(huán)境保護(hù)和水質(zhì)保持上，具有極佳效果，因其柔性的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)外力的變化，具有一定的形變和延展性。最重要的是其具有很高的透水性，完全不影響水與土的交互，而且可以在其中進(jìn)行覆土，不妨礙自然植物的生長(zhǎng)，具有相當(dāng)高的水效益、水經(jīng)濟(jì)，結(jié)合生態(tài)膜袋的使用，可以完全還原水面以上部分，自然生態(tài)的原始面貌。

因此在具體的水利工程施工中，重點(diǎn)在于石塊的選取，其大小要和石籠網(wǎng)孔隙相配。另一重點(diǎn)則是石籠網(wǎng)的選取，因新材料的運(yùn)用，石籠網(wǎng)具有了高強(qiáng)度高防腐蝕性，便于運(yùn)輸、吊裝使用，以及長(zhǎng)時(shí)間的使用年限。我們可以看到，在水利工程上，由于石籠具有花費(fèi)少，延展性強(qiáng)，透水性好，生態(tài)性強(qiáng)，所以生態(tài)石籠是優(yōu)良的水利工程新技術(shù)之一。

2.3 石籠網(wǎng)在城市河流生態(tài)修復(fù)與護(hù)岸的應(yīng)用

利用廢舊輪胎、石籠網(wǎng)與碎石土生態(tài)袋聯(lián)合，垂直疊砌生態(tài)擋墻護(hù)岸裝置，不僅可以有效解決傳統(tǒng)硬質(zhì)護(hù)岸造成的河岸帶生態(tài)功能弱化問(wèn)題，而且在防治土質(zhì)岸坡崩岸及岸坡濕脹干縮或凍脹融沉的變形破壞方面能夠起到積極作用，兼具綠色環(huán)保、資源節(jié)約與循環(huán)利用、壽命長(zhǎng)三大效益。石籠網(wǎng)裝生態(tài)袋和廢舊輪胎的生態(tài)擋墻設(shè)計(jì)方案是在每層生態(tài)袋袋體之間水平鋪設(shè)植物錨桿，植物錨桿的梢端穿過(guò)石籠網(wǎng)孔，外露部分朝向航道側(cè)；在石籠網(wǎng)擋墻外側(cè)，設(shè)有生態(tài)防護(hù)植被覆蓋層，由廢舊汽車輪胎腔體中填土并栽種草本植物，再與穿過(guò)輪胎間隙的植物錨桿一起形成生態(tài)防護(hù)植被覆蓋層。

石籠網(wǎng)裝生態(tài)袋和廢舊輪胎的生態(tài)擋墻設(shè)計(jì)，可以在景觀層面上將水、岸和擋墻結(jié)合在一起。抵御河流對(duì)河岸侵蝕的同時(shí)，擋墻中生長(zhǎng)的植物還能有效地凈化水質(zhì)，如香根草等植物不僅耐水漬，還能去除水中氮、磷等元素，進(jìn)一步改善河岸周邊的生態(tài)環(huán)境。擋墻中使用的廢舊輪胎耐腐蝕、抗沖擊，沿長(zhǎng)了生態(tài)擋墻的使用壽命，還做到了減少環(huán)境污染。

2.4 山區(qū)水利工程的消能防沖

在山區(qū)水利工程中，使用了石籠網(wǎng)來(lái)進(jìn)行消能防沖。石籠網(wǎng)是一種可填充石塊的生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括合金鋼網(wǎng)兜、生態(tài)格網(wǎng)網(wǎng)箱和生態(tài)格網(wǎng)護(hù)墊等，網(wǎng)兜或網(wǎng)箱材料由高鍍鋅低碳鋼絲編織而成，具有柔韌性好和強(qiáng)度高等特點(diǎn)。合金鋼網(wǎng)兜在網(wǎng)兜內(nèi)裝上石塊拋入或滑入河床的過(guò)程中，網(wǎng)絲不易被切斷，破損率低，且網(wǎng)兜為柔性材料，更容易貼近河底，網(wǎng)兜間可采用同質(zhì)的鋼絲綁扎，整體性強(qiáng)，不易被水流沖走，提高了填、堵的成功率，用于拋石防沖槽表面 可以起到有效的保護(hù)作用。生態(tài)格網(wǎng)網(wǎng)箱和生態(tài)格網(wǎng)護(hù)墊由專用機(jī)械編織成的熱鍍鋅或鍍鋁鋅低碳鋼絲多絞六邊形格網(wǎng)片組裝而成，預(yù)先在網(wǎng)箱或網(wǎng)墊內(nèi)裝填塊石，調(diào)運(yùn)就位后再采用同材質(zhì)鋼絲進(jìn)行綁扎，從而形成整體防護(hù)。目前這一技術(shù)已廣泛應(yīng)用于防洪堤擋墻護(hù)岸和河道護(hù)坡中。石籠網(wǎng)的柔性高，透水性好。防沖槽下方的石塊因?yàn)樗臎_刷而產(chǎn)生位移時(shí)，石籠網(wǎng)能夠較好的適應(yīng)外部形變，而且能夠起到排水的作用。加之石籠網(wǎng)的制作能就地取材，適用于道路交通并不發(fā)達(dá)的山區(qū)河道施工，可以大大的節(jié)省施工時(shí)間和費(fèi)用，且后期維護(hù)簡(jiǎn)便。因此，石籠網(wǎng)技術(shù)被廣泛的運(yùn)用于閘下消能防沖。

2.5 石籠在攔截壩中的應(yīng)用

柔性石籠拱結(jié)構(gòu)，它以石籠網(wǎng)和塊石為材料，砌筑成拱形攔擋泥石流。將石料裝入石籠后，按照結(jié)構(gòu)尺寸要求層疊堆砌，石籠條塊之間用鋼絲進(jìn)行有效的連接，并輔以拉筋加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性。石籠拱上游面設(shè)置廢舊輪胎作緩沖層。在石籠附近種植根系發(fā)達(dá)植被，植被根系具有較高抗拉強(qiáng)度，輔助增強(qiáng)攔擋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在石籠拱結(jié)構(gòu)上下游拋填大粒徑的塊石，保護(hù)基礎(chǔ)免受淘蝕，增加對(duì)結(jié)構(gòu)的約束。

與重力式攔擋壩比較，石籠拱在結(jié)構(gòu)上更具有優(yōu)勢(shì)。由于石籠拱有梁系和拱系承擔(dān)載荷，所以石籠拱承載能力強(qiáng)，安全度高。由于本身的延展適應(yīng)性，在面對(duì)泥石流沖擊時(shí)，石籠拱會(huì)發(fā)生適當(dāng)?shù)男巫儯尫艍毫ΑＲ驗(yàn)槠浔憷院徒?jīng)濟(jì)性，柔性石籠拱是小型攔砂壩的優(yōu)良選擇。但柔性石籠拱在面對(duì)較大的沖擊時(shí)，會(huì)因?yàn)樽陨硪鬃冃魏屯杆院玫奶攸c(diǎn)，壩體會(huì)有倒塌的可能性。因此，柔性石籠拱技術(shù)的運(yùn)用要慎重考慮，并不適用于較大的工程。

3.總結(jié)

綜上所述，石籠技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用，具有良好的生態(tài)意義。制作石籠的材料簡(jiǎn)單，準(zhǔn)備好鐵絲網(wǎng)或框后，石料均可做到就地取材，省去了運(yùn)輸環(huán)節(jié)。相較于混凝土，減少了環(huán)境污染，且節(jié)約了人力、物力和財(cái)力。由于其自身的特點(diǎn)，石籠具有一定的延展性和透水性。石塊之間存在縫隙，因此籠內(nèi)的石塊具一定的活動(dòng)空間。在面對(duì)較強(qiáng)沖擊的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定的形變，抵消沖擊力，在攔蓄沙石的同時(shí)，還可以排走水分。區(qū)別于傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)坡，石籠的制作材料可循環(huán)利用，還可以為植物提供一定的生長(zhǎng)環(huán)境，不僅具有結(jié)構(gòu)和工程意義，還被更多的賦予了生態(tài)意義。