淺談生態(tài)賓格網(wǎng)在護(hù)坡設(shè)計(jì)中的選擇與應(yīng)用

劉立橋

（無錫市泓利工程監(jiān)理有限公司，江蘇無錫 214000）

1 問題的提出

隨著賓格網(wǎng)在河道生態(tài)護(hù)坡中的應(yīng)用越來越廣泛，賓格網(wǎng)應(yīng)用于河道生態(tài)護(hù)坡的設(shè)計(jì)理論越來越值得設(shè)計(jì)者關(guān)注。筆者根據(jù)近幾年對(duì)賓格網(wǎng)在河道護(hù)坡應(yīng)用中的監(jiān)理實(shí)踐，從不同的工程設(shè)計(jì)圖紙可看出，對(duì)河相關(guān)系相近的河道，賓格網(wǎng)護(hù)坡的設(shè)計(jì)也存在很大不同，說明其在設(shè)計(jì)理念上存有差異。大多數(shù)的設(shè)計(jì)者往往依據(jù)賓格網(wǎng)的規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)直接進(jìn)行河道護(hù)坡設(shè)計(jì)，而不是根據(jù)河道的特性有針對(duì)性地計(jì)算得出的技術(shù)指標(biāo)來選擇賓格網(wǎng)，這樣的設(shè)計(jì)往往會(huì)出現(xiàn)賓格網(wǎng)的規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)不能滿足河道要求，或出現(xiàn)賓格網(wǎng)的規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)大于根據(jù)河道所計(jì)算出的技術(shù)指標(biāo)。筆者根據(jù)軟體排石籠護(hù)坡設(shè)計(jì)理論并結(jié)合賓格網(wǎng)的特性，提出賓格網(wǎng)應(yīng)用于河道護(hù)坡的設(shè)計(jì)理論，以供參考。

2 賓格網(wǎng)的特性

賓格網(wǎng)是一種柔性結(jié)構(gòu)，是由特定的金屬線材箱體內(nèi)填卵石或碎石材料而成的組合體，是由多絞的、六邊形網(wǎng)目的網(wǎng)片或加筋網(wǎng)片結(jié)合建筑物的尺寸將網(wǎng)片裁剪后組裝成綠濱墊、固濱籠等結(jié)構(gòu)單元的新型護(hù)擋結(jié)構(gòu)（如圖1）。

賓格網(wǎng)體（賓格網(wǎng)內(nèi)填卵石或碎石材料，實(shí)際是石籠）應(yīng)用到河道或湖泊的護(hù)岸工程中，主要具有以下特點(diǎn)：

2.1 柔性好

賓格網(wǎng)體能夠靠自身的重力適應(yīng)河道岸坡的變形，即隨著岸坡面的變形而變形，使得賓格網(wǎng)體能夠與岸坡面緊密接觸。

2.2 整體性好

賓格網(wǎng)由前后端板、蓋板、底板、隔板、邊板組成，形成封閉的腔體。賓格網(wǎng)是用抗腐蝕、耐磨損、高強(qiáng)度的熱鍍鋅、鋅-5%鋁-混合稀土合金、鋅-10%鋁-混合稀土合金或者包覆PVC 的以上同質(zhì)鋼絲，采用機(jī)械鉸合編織成的多鉸狀、六邊形網(wǎng)孔的網(wǎng)片。內(nèi)裝填卵石或碎石后，形成一定長(zhǎng)寬高的石籠體，使得網(wǎng)片和碎石形成一體，其整體性大大高于散堆的卵石或碎石。

圖1 新型護(hù)擋結(jié)構(gòu)圖

2.3 節(jié)省投資

由于賓格網(wǎng)內(nèi)填充的主要是卵石或碎石，其來源廣泛，多數(shù)是塊石或料石的邊角廢料，往往可就地取材，因此價(jià)格便宜。

2.4 適于水陸交換

采用賓格網(wǎng)體護(hù)坡，能夠保證岸坡的水陸交換條件，以達(dá)到一種土體和生物相互涵養(yǎng)、適合生物生長(zhǎng)的仿自然狀態(tài)，且景觀性好。

3 賓格網(wǎng)護(hù)坡的設(shè)計(jì)步驟

3.1 計(jì)算河道護(hù)坡的技術(shù)參數(shù)

河道護(hù)坡主要參數(shù)是岸坡長(zhǎng)度L護(hù)坡，護(hù)底長(zhǎng)度L護(hù)底，護(hù)坡石塊的尺寸d。

3.1.1 護(hù)坡長(zhǎng)度L護(hù)坡和護(hù)底長(zhǎng)度L護(hù)底的計(jì)算

岸坡長(zhǎng)度L護(hù)坡可以直接從設(shè)計(jì)河道橫斷面圖上截?。ㄈ鐖D2），而護(hù)底長(zhǎng)度L護(hù)底的計(jì)算則是根據(jù)護(hù)岸處的沖刷坑△hp確定，護(hù)底長(zhǎng)度必須達(dá)到L護(hù)底≥△hp才能滿足護(hù)坡的抗沖刷效果。沖刷坑的計(jì)算公式有著不同的適用條件，如：水流平行岸坡產(chǎn)生的沖刷坑計(jì)算、水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷坑計(jì)算等。筆者以水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷坑為示例。

沖刷坑計(jì)算公式：

式中：

△hp—從河底算起的局部沖深，m；

α—水流流向與岸坡的交角，°；

m—防護(hù)建筑物迎水面的邊坡系數(shù)；

d—坡腳處土壤計(jì)算粒徑，cm；

vj—水流偏斜時(shí)，水流的局部沖刷流速，m/s。

計(jì)算vj時(shí)，分為有灘地河床和無灘地河床的計(jì)算，現(xiàn)僅計(jì)算無灘地河床vj。其計(jì)算公式：

式中：

Q—設(shè)計(jì)流量，m3/s；

ω—原河道過水?dāng)嗝娣e，m2；

ωp—河道縮窄部分的斷面積，m2。

根據(jù)計(jì)算出的△hp值，再依據(jù)護(hù)坡的邊坡系數(shù)m 確定護(hù)底長(zhǎng)度L護(hù)底。

3.1.2 護(hù)坡石塊的尺寸d 的計(jì)算

護(hù)坡石塊尺寸的確定，按其折算直徑考慮，具體計(jì)算公式為：

圖2 設(shè)計(jì)河道示意圖

式中：

d—石塊的折算直徑，m（取d=0.85dM）；

m—邊坡系數(shù)；

rs、r—分別為石塊及水的重率；

hB—波高，m；

A—系數(shù)（堆石護(hù)坡A=0.80，砌石護(hù)坡A=0.64，方塊石的鋪石護(hù)坡A=0.54）。

系數(shù)A 與邊坡系數(shù)m 有關(guān)，如表1 所示。

表1 A 與m 的關(guān)系表

式中：

ω風(fēng)速—風(fēng)速，m/s；

S—吹程，km。

式（4）在S≤10 km、ω風(fēng)速=10～20 m/s 時(shí)，最符合實(shí)測(cè)值。

由于計(jì)算塊石的平均折算直徑dM時(shí)，通常不考慮賓格網(wǎng)的作用，只考慮由塊石組成的護(hù)坡防護(hù)體中單塊塊石的穩(wěn)定即可。平均折算直徑dM的大小主要由堆石形態(tài)、風(fēng)速、邊坡系數(shù)及吹程等因素決定，故只要計(jì)算出dM值就可以計(jì)算出平均折算直徑dM。護(hù)坡所選的塊石平均直徑一定要大于計(jì)算出的平均折算直徑dM，這樣單個(gè)塊石才穩(wěn)定，單個(gè)塊石穩(wěn)定了，由塊石組成的護(hù)坡體也就穩(wěn)定了。

3.2 賓格網(wǎng)規(guī)格的選擇

本著小于1.5 倍的平均折算直徑dM的標(biāo)準(zhǔn)，確定賓格網(wǎng)的孔徑；以大于1.5～2.0 倍的平均折算直徑dM的標(biāo)準(zhǔn)，確定賓格網(wǎng)的高（厚）度。

通過以上闡述，完全可以計(jì)算出賓格網(wǎng)在河道生態(tài)護(hù)坡的技術(shù)指標(biāo)，即河道護(hù)坡主要參數(shù)：岸坡長(zhǎng)度L護(hù)坡、護(hù)底長(zhǎng)度L護(hù)底、護(hù)坡石塊的尺寸d、賓格網(wǎng)規(guī)格、賓格網(wǎng)的高（厚）度。

4 計(jì)算實(shí)例

某蜿蜒性河流凹向河岸采用賓格網(wǎng)護(hù)坡（如圖2），50年一遇的河道設(shè)計(jì)流量為450 m3/s，吹程為2.5 km，河道過水?dāng)嗝婷娣eω=180 m2，河道縮窄部分的斷面面積ωp=0.0 m2。水流流向與岸坡的交角α=30°，邊坡系數(shù)m=2.0，風(fēng)速級(jí)別為7 級(jí)，相應(yīng)風(fēng)速為17 m/s，坡腳處土壤計(jì)算粒徑d土壤=2.0 cm，塊石的重率rs=2.65 kg/m3，水的重率r=1 kg/m3。

4.1 計(jì)算河道護(hù)坡的技術(shù)參數(shù)

4.1.1 岸坡長(zhǎng)度L護(hù)坡

取定AB 長(zhǎng)度為岸坡長(zhǎng)度L護(hù)坡，L護(hù)坡=9 m。

4.1.2 護(hù)底長(zhǎng)度L護(hù)底

（1）首先計(jì)算波高h(yuǎn)B，由（4）式可得：

（2）計(jì)算水流的局部沖刷流速vj，由（2）式可得：

（3）沖刷坑深度計(jì)算，由（1）式可得：

（4）最后確定護(hù)底長(zhǎng)度L護(hù)底為：

L護(hù)底=m△hp=2×112=224 cm。考慮不確定的安全因素，取定護(hù)底長(zhǎng)度BC=L護(hù)底=300 cm 為設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。

從圖2 可知，BC 段是設(shè)計(jì)護(hù)底長(zhǎng)度，該段通過設(shè)計(jì)流量Q設(shè)計(jì)時(shí)，水流對(duì)河底的下切，多次沖刷形成沖刷坑△hp并淤積。BC 段受重力作用，從C 端開始逐步隨沖刷坑的形成而逐步下沉。經(jīng)過多次的沖刷和淤積使得BC 段逐步變成BD 段，從而使護(hù)底L護(hù)底的空間位置發(fā)生了變化。這樣，護(hù)坡體ABD 像帷幕一樣承受著河水的沖刷，并牢牢保護(hù)著岸坡體不崩塌。

4.1.3 護(hù)坡石塊的尺寸d 的計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)類型分析，賓格網(wǎng)護(hù)坡可視為干砌石護(hù)坡，可取A=0.64，由表1 可知，當(dāng)m=2.0 時(shí)，K=1.2。

由式（3）可得：

故塊石平均折算直徑dM≥0.299 m。

4.2 確認(rèn)賓格網(wǎng)河道生態(tài)護(hù)坡的技術(shù)指標(biāo)

4.2.1 河道護(hù)坡的主要參數(shù)

岸坡長(zhǎng)度L護(hù)坡=9m，護(hù)底長(zhǎng)度L護(hù)底=3 m，護(hù)坡石塊的尺寸d≥0.299 m。

4.2.2 確認(rèn)賓格網(wǎng)規(guī)格和厚度

根據(jù)計(jì)算出來的塊石平均折算直徑dM≥0.299 m，即只要塊石或卵石平均折算直徑大于0.299 m，均可作為碎料填空隙，賓格網(wǎng)厚度為0.3 m。

賓格網(wǎng)的材質(zhì)、長(zhǎng)度、寬度等指標(biāo)可根據(jù)生產(chǎn)廠家的具體情況而定。

5 結(jié)束語(yǔ)

依據(jù)河道沖刷理論，闡述賓格網(wǎng)應(yīng)用于河道生態(tài)護(hù)坡的設(shè)計(jì)理論，該理論是建立在軟體排石籠護(hù)坡設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上并結(jié)合賓格網(wǎng)的特性提出的。在計(jì)算護(hù)坡石塊（穩(wěn)定）的尺寸（d）時(shí)，未考慮賓格網(wǎng)的作用，主要原因是考慮賓格網(wǎng)在受到最不利破壞的情況下，洪水對(duì)岸坡（或河底）沖刷時(shí)塊石的穩(wěn)定性。在塊石穩(wěn)定的前提下，選擇穩(wěn)定的塊石尺寸，以確定賓格網(wǎng)的規(guī)格，做到最為經(jīng)濟(jì)合理地選擇賓格網(wǎng)。