加筋格賓擋土墻和雷諾護墊在河道整治中的應用

王 坤 薛 鵬 楊榮華 鄒丕建

(1.長江勘測規(guī)劃設計研究院,湖北武漢 430010;2.馬克菲爾(長沙)新型支檔科技開發(fā)有限公司,湖南長沙 410000)

加筋格賓擋土墻和雷諾護墊在河道整治中的應用

王 坤1薛 鵬1楊榮華1鄒丕建2

(1.長江勘測規(guī)劃設計研究院,湖北武漢 430010;2.馬克菲爾(長沙)新型支檔科技開發(fā)有限公司,湖南長沙 410000)

加筋格賓擋土墻和雷諾護墊作為新型環(huán)保生態(tài)材料已在水利工程中得到了廣泛的應用。介紹了加筋格賓擋土墻和雷諾護墊的基本原理與特性,重點說明了這兩種材料的環(huán)保與生態(tài)修復功能。對二者的施工要點作了簡要描述,并通過工程實例進一步展示了它們的環(huán)保特性。

河道整治;整治措施;加筋格賓擋土墻;雷諾護墊;生態(tài)水利;環(huán)境保護;工程實例

在將傳統(tǒng)的擋土墻和各類硬質護坡運用于河岸治理中時,大都只關注河道的行洪與排澇功能,而對于生態(tài)環(huán)境方面卻關注較少。傳統(tǒng)的封閉型護岸工程阻斷了水流與土壤、水中微生物與植物之間的聯(lián)系,破壞了河道的自凈能力,會對生態(tài)環(huán)境造成不利的影響,同時圬工施工也會對環(huán)境的水域和空氣等造成不利影響,且難以進行生態(tài)恢復。

近年來,隨著社會環(huán)保意識的增加,水利工程中的生態(tài)環(huán)保措施也越來越受到人們的重視,其中加筋格賓擋土墻和雷諾護墊等各類新型環(huán)保生態(tài)材料已廣泛應用于水利工程的各個方面[1]。對于河道整治工程,格賓擋土墻和雷諾護墊不僅能夠滿足工程安全穩(wěn)定的要求,同時還能兼顧環(huán)境保護與生態(tài)的修復功能,具有廣闊的應用前景[2]。

1 加筋格賓擋土墻和雷諾護墊

1.1 加筋格賓擋土墻

加筋格賓及綠色加筋格賓均為加筋土結構,即在土體中增加筋材并利用筋材的抗拉能力以限制位移,增強土體的抗剪強度,從而達到穩(wěn)定的目的。加筋格賓、綠色加筋格賓的原理與傳統(tǒng)的加筋土的穩(wěn)定原理相同,但前者采用了低蠕變和耐久性更好的鋼絲網面作為筋材,并且采用了柔性面墻和筋材一體生產的方式,避免了傳統(tǒng)加筋土擋墻在筋材和面板銜接處強度不高且容易產生應力集中的問題。

加筋格賓及綠色加筋格賓結構均采用雙絞合六邊形金屬網面為筋材,加筋格賓面墻采用 1 m厚的填石格賓以得到較好的防護能力,而綠色加筋格賓面墻則為加強鋼絲網面及生物墊,以得到更好的綠化效果。加筋格賓擋土墻根據外形的不同,可分為直立式、階梯式和斜坡式等 3種結構形式,各種結構形式及綠化原理見圖 1。

1.2 雷諾護墊

雷諾護墊的基本原理是該防護材料的抗沖能力強于水流的沖刷能力,當防護材料的抗沖流速大于水流的沖刷流速時,防護材料可視為穩(wěn)定的防護體,不會在水流的沖刷下產生位移。

雷諾護墊是由專用機器編制而成的雙絞合六邊形金屬網面構成的箱體墊狀結構,常用于岸坡防護、河床護底等防沖刷工程。雷諾護墊的抗沖能力主要由兩雷諾護墊內部填石的自身抗沖能力和鋼絲網箱所能提供的限制石料位移的能力所決定[2]。當雷諾護墊防護體系的抗沖能力大于實際的沖刷能力時,該防護體系就是安全可靠的。此外,國外研究的流速法和剪切應力法也均能證明雷諾護墊的穩(wěn)定性[3]。

圖1 加筋格賓擋土墻結構形式及綠化示意

圖2 雷諾護墊結構形式示意

2 兩種形式防護工程的特點與優(yōu)點

加筋格賓擋土墻可保證岸坡的穩(wěn)定、促進水體與土壤之間的有機交換;而雷諾護墊能保護岸坡土體免受水流和地表徑流的沖刷侵蝕,并形成護岸植物景觀。在河道整治工程中,加筋格賓擋土墻體系與雷諾護墊經常結合使用,采用這種結合形式能夠更好地發(fā)揮出二者的生態(tài)功能,體現(xiàn)人與自然和諧相處的設計理念。

2.1 生態(tài)環(huán)保性與美觀性

首先,加筋格賓擋土墻和雷諾護墊結構沒有采用任何污染性材料,結構的主材料石材均是來源于自然界,附加的限制性材料鋼絲網也沒有任何污染作用。其次,由于結構內有較多的填石孔隙,可以實現(xiàn)河水和結構后土體的自由水交換,增強水體的自我凈化能力,改善水質,且孔隙結構可為各類水生動植物提供生存空間,恢復并維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡,建設生態(tài)型的水利工程。由于沒有使用水泥等污染水質和環(huán)境的人工材料,屬于環(huán)境友好型工程,因而即使由工程建設而引發(fā)的可能會對自然界造成的破壞,也能夠在較短的時間內得到修復。

此外,防護結構對綠化方式和種植品種沒有特殊的要求,可以根據工程需要因地制宜,采用自然生長或噴播、插植等人工方式,以使外觀達到人為的設計視覺效果,美化環(huán)境。

2.2 柔韌性與耐久性

加筋格賓擋土墻與雷諾護墊特有的柔性結構設計及高伸張率的低碳鋼絲,使得該體系具有很強的柔韌性及變形能力,尤其能夠較好地適應基礎的不均勻沉降。經過重鍍高爾凡和采用覆塑方式進行防蝕處理的鋼絲,具有較強的耐久性能。通過各類加速腐蝕試驗以及對已建工程的觀測證明,其柔韌性與耐久性能夠滿足永久性工程所要求的使用年限。

在當今水土環(huán)境非常脆弱的情況下,加筋格賓擋土墻和雷諾護墊柔性結構比傳統(tǒng)的剛性防護結構更能夠適應各種工況,其多孔隙結構和無污染材料能夠保證環(huán)境的整體性不受影響,并能維護環(huán)境中原始的植物群落的正常繁衍。

2.3 獨立性和整體性與自透水性

加筋格賓和雷諾護墊均可在工地現(xiàn)場組裝成型,相互綁扎成整體,屬于典型的柔性防護結構,具有獨立性和整體性,可以適應地基的不均勻沉降,能適應許多工程。

加筋格賓擋土墻及雷諾護墊具有天然的透水性:

(1)可以迅速降低結構后填土內由于降雨等原因導致的過高地下水位,消散孔隙水壓力,維持土體強度,降低發(fā)生滑坡的危險;

(2)無需傳統(tǒng)結構的排水設施,節(jié)省工序,加快施工速度;

(3)可以加強水體交換能力,促進植被生長和生態(tài)系統(tǒng)的恢復。

加筋格賓擋土墻和雷諾護墊都是用石塊填充的獨立體,具備天然的透水性和促淤功能,有著與自然河岸相類似的外觀,從而能改善河岸水流的邊界條件,使水流維持均勻流速狀態(tài),防止高流速和局部紊流的形成,克服了傳統(tǒng)的拋石護岸引起邊岸水流局部淘刷的問題,有利于岸坡穩(wěn)定和生態(tài)植被的自然形成。反過來,自然植被的生長又可以增加結構本身的穩(wěn)定性,這樣就可以延長工程的壽命,形成一個良性循環(huán)體。而剛性護砌恰恰相反,如果有雜草生長,則意味著工程在逐漸老化,隨時會有松動垮塌的可能。

2.4 施工便捷

加筋格賓擋土墻及雷諾護墊可按設計意圖,工廠化生產制作出半成品,施工現(xiàn)場按施工圖進行組裝定型。整體工法操作簡便、工序少、無需特殊的技術工人、受氣候因素干擾小,整體施工效率高且效果易于得到保證。在有機械設備配合施工的情況下,更加能夠加快施工進度。工人無需進行特別培訓。與同類結構相比,其施工效率更高,是傳統(tǒng)結構施工效率的 2到 3倍,可以大大減少施工周期。

雷諾護墊的安裝施工在干地和水上都可以進行。填石的裝填方法非常靈活,一般工程人員經過簡單講解就可以完全掌握,不需特別的專業(yè)施工隊伍。既可以完全采用機械化施工,也可以采用輔以人工的半機械化施工,在機械條件不具備的情況下,可以采用人工裝填的方式。

2.5 經濟性

加筋格賓擋土墻及雷諾護墊填充所需石頭可以采用漿砌石、干砌石等傳統(tǒng)結構無法利用的碎石或鵝卵石,成本較低。尤其是在鵝卵石豐富的河流附近施工,更可以大幅度地降低成本。同時由于不需要專門的技工以及具有較高的施工效率,與混凝土等傳統(tǒng)結構相比,其更具有一定的經濟優(yōu)勢。而與6m以上的傳統(tǒng)剛性擋土墻相比,加筋土擋墻的造價優(yōu)勢更加顯著,且高度越高,造價優(yōu)勢越明顯。

3 施工要點

3.1 加筋格賓擋土墻施工

首先要進行施工準備,然后進行基礎施工。在開挖至設計基底標高后,及時進行基底承載力的檢測和加固處理,確保基礎承載力滿足設計的要求。接著進行墻體地基處理和面墻安裝,面墻安裝前,首先應在基礎上定線,在確定的外緣線上定點。從起點處開始安裝,向終點處延伸。面板安裝時,應按要求調整角度或退臺,嚴禁面墻外傾。面墻填石應充填飽滿、整齊美觀,石料材質、填充率應滿足相關要求。面墻安裝完成后,開始鋪設墻后土工布,并伸展面墻后的筋材,拉直、拉平并確定筋材無褶皺和堆疊,然后攤鋪填料并將其壓實,填料需滿足設計要求和相關的壓實度要求。在對下層填料壓實度及平整度檢測合格后,再進行上層加筋層的鋪設。最后進行附屬設施的建設。

3.2 雷諾護墊施工

首先要進行施工放樣,復測工程樁號、地面高程和水下護底高程。劃定土方開挖,測算填坡邊界、整坡土方、護坡工程量,復測坡面土壤力學指標,然后進行整坡開挖,清理坡面雜物,夯實填方護坡工作面。雷諾護墊的護坡工藝流程包括:①鋪設土工布;②展開并安裝成形雷諾護墊單元格;③鋪設雷諾護墊單元格;④填充礫石;⑤雷諾護墊單元格覆蓋面網并將相互連接的單元格綁扎成一護坡整體;⑥澆注護坡頂部抗滑混凝土并養(yǎng)護達標。

圖3 長沙市楚家湖河道整治工程防護工程實施效果

圖4 長沙市湘江大道南段臨水擋土墻工程實際效果(汛期和枯水期)

4 工程實例

圖3為湖南省長沙市楚家湖岸坡防護工程中雷諾護墊的施工過程和實施完成后的綠化效果展示,目前防護段河岸的穩(wěn)定性較好,植被生長茂盛,達到了較好的生態(tài)環(huán)保效果。

圖4為湖南省長沙市湘江大道南段景觀擋土墻工程建設。該工程采用了加筋格賓擋土墻進行防護,目前該河段歷經兩個汛期考驗,穩(wěn)定性良好,同時自然生長植被,起到了良好的綠化景觀效果。

5 結 語

我國幅員遼闊,河流眾多,為了防治各種水利災害,興建了大批水利工程設施。原有的大多數(shù)水利防護工程往往在保護河岸的同時,也阻斷了水體與地下水間的水交換,影響了河岸植被的自然生長,不利于防護工程周邊生態(tài)環(huán)境的重建。

廣泛的理論論證及工程實踐表明,加筋格賓擋土墻和雷諾護墊等環(huán)保材料的透水性和結構的柔性都較強,在確保工程自身安全穩(wěn)定的前提下,可有效地保證河流水體與地下水間的交換,并能生長植被,防止水土流失,促進周邊生態(tài)環(huán)境的重建。各種類型的環(huán)保材料在水利工程中的廣泛應用,對于日益重視生態(tài)和環(huán)保問題的我國而言,具有重要的推廣意義。

[1]李金娟.復合土工帶加筋土高擋墻施工技術研究[J].山西建筑,2006,32(14):90-92.

[2]U.S Department of Transportation.Design of road channels with flexible linings[D].Federal Highway Administration,2005.

TV 85

A

1006-0081(2010)12-0009-04

2010-09-28

王 坤,男,長江勘測規(guī)劃設計研究院環(huán)境公司,工程師.

(編輯:趙秋云)