格賓石籠在山區(qū)小河流治理中的應用

1.新興縣水土保持辦公室 廣東新興 527400；2.云浮市水利水電勘測設計院 廣東云浮 527300

摘要：主要通過分析格賓石籠在新興縣的成功運用，闡述了格賓石籠網(wǎng)在山區(qū)小河流整治、應急水毀加固等方面的成功應用，提出了該技術在水利行業(yè)的發(fā)展應用前景。

關鍵詞：水利；格賓石籠；小河流

1 引言

格賓是一個外來詞語，因它的英文名是Gabion，我們就音譯過來叫格賓。格賓石籠源起我們千百年來開始使用的一種簡單但實用的工藝—石籠，從開始的李冰在修筑都江堰時“其作堰破竹為籠，以石累其中”，到近現(xiàn)代鋼材出現(xiàn)后廣泛運用的鋼筋石籠。而格賓指的是鋼絲經(jīng)過鍍鋅、高爾凡、10%鋁鋅合金和相應的覆塑后，通過編織制成的網(wǎng)箱結構，在工程現(xiàn)場用符合要求的石頭填充網(wǎng)箱，形成柔性的、透水的、整體性結構，用于各種領域的重力式支檔結構。它包含了面板、端板、隔板、后板、頂蓋。這種覆塑產(chǎn)品的使用年限可超過一百年，并適應一定的變形，兼具生態(tài)特點。國外早有應用，國內(nèi)在近十年內(nèi)也逐漸引進，在河道治理、邊坡整治等方面具有廣泛的發(fā)展前景。新興縣在2011年的簕竹聯(lián)堤工程中第一次使用了格賓石籠技術，取得了良好的效果，接著在集成河河道清淤整治及其他水毀工程中也有應用，均有不錯的效果。

2 新興縣河流的特點及災害

新興縣位于廣東中部偏西，境內(nèi)南部多高山，為高山、丘陵、臺地相交錯地形，地勢呈西南高、東北低。河流一般發(fā)源于南部山峰，由東、南、西向北匯流新興江注入西江。屬亞熱帶季風型氣候，雨量充沛，多年平均年降雨量1743mm，雨量多集中在4～9月，約占全年雨量的78%～83%。多年平均逕流深976.5mm，逕流與降雨基本同步，降水常以暴雨形式出現(xiàn)，易成洪澇災害。

新興縣主要河流為新興江，其上游干流為簕竹河，支流有廻龍河及大南河。大南河由船崗河、集成河、共成河三支流組成。其余的均為小河。

新興江是西江下游的一條支流，洞口以下稱新興江，發(fā)源于新興縣境內(nèi)的天露山脈和陽春市境的竹山頂（古稱錦山），由南西北流經(jīng)云浮、高要市境，在高要市南岸注入西江，新興江在新興縣境內(nèi)河長103.8km，流域集雨面積1285.8km2，坡降為0.517‰。

簕竹河為新興江干流，流域集雨面積664.8km2，流經(jīng)里洞、大江、天堂、河頭、簕竹、新城等七個鎮(zhèn)，在洞口分別與支流大南河、廻龍河匯合，匯合后叫新興江，河長88.2km，坡降1.12‰。

大南河是由集成河、共成河、船崗河三支流于縣城附近匯合而成，集雨面積328km2，河長30km。其中船崗河河長23.3km，坡降為4.37‰；集成河河長25.5公里，坡降4.98‰；共成河河長29km，坡降7.5‰。

廻龍河發(fā)源于新興縣稔村鎮(zhèn)托盆頂。流經(jīng)稔村、東成、新城鎮(zhèn)，在新城鎮(zhèn)三挺村匯入新興江，集水面積220km2，河長30km，坡降0.8‰。

無論是新興江干流簕竹河，還是其他幾條支流中上游均坡陡流急，且河道狹窄，而下游則較為平坦，且流域內(nèi)除建有合河、共成和北峰三座中型水庫外，無其他可調(diào)蓄水利工程。每遇暴雨，各河上游極易暴發(fā)山洪，造成河堤塌岸及沿岸村莊淹浸。

3 格賓石籠在簕竹河的應用及效果

簕竹河為新興江干流，該河整治工程于2011年開展，采用格賓石籠護腳。格賓石籠分3m高和2m高斷面。

3.1 格賓石籠護腳設計

圖1 格賓護腳設計圖

本文只針對3m高格賓石籠護腳的設計進行說明。

1）設計與分析條件

護岸高度

護岸結構單位寬度體積

地面超載重

箱籠回填石材的單位體積重量，（孔隙率）

護岸結構單位寬度的重量

箱籠結構體的重心：

2）基本參數(shù)

護岸背填土的凝聚力，摩擦角，

，，

3）抗傾穩(wěn)定計算分析

4）抗滑穩(wěn)定計算分析

5）基底應力驗算

則基底壓應力合力點滿足位于底寬中央1/3范圍之內(nèi)。

6）基礎埋深沖刷驗算

由于河道岸坡受斜沖，使河道水位抬高，岸邊產(chǎn)生自上而下的水流淘刷坡腳，危及邊坡穩(wěn)定，造成岸坡坍塌失穩(wěn)。在彎道凹岸處受水流沖刷較嚴重，據(jù)水面線計算中的有關河寬、流量等資料，對這種沖刷較嚴重河段進行驗算，計算公式根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-98）中水流斜沖防護岸沖刷公式（D.2.2-2）。

=

式中：—從河底算起的局部沖深（m）；

—水流流向與岸坡交角（°），取38°；

m—防護建筑物迎水邊坡系數(shù)，取2.5；

d—坡腳處土壤計算粒徑（cm），取8cm；

—水流的局部沖刷流速（m/s），取3.15 m/s。

計算成果如下表：

表1 堤防沖刷計算表

水流夾角α代表斷面設計段流量（m3/s）沖刷流速（m/s）沖深（m）

38°斷面K2+1001164.5533.150.58

從計算結果看，局部堤段斜向沖刷不致對河岸造成威脅，根據(jù)《城市防洪工程設計規(guī)范》規(guī)定：重力式護岸基礎埋深，不應小于1m。本工程格賓護岸基礎埋深取1.0m，滿足要求。

3.2 格賓石籠施工

1）施工參數(shù)表

表2 施工參數(shù)表

網(wǎng)孔參數(shù)網(wǎng)孔型號（mm×mm）允許公差（mm）鉸制長（mm）隔片數(shù)（個）

130×150（D×H）-4%～+16%≥551/0

鍍層鋼絲

技術參數(shù)鋼絲名稱網(wǎng)絲邊絲扎絲

鋼絲直徑（mm）2.73.42.2

包覆PVC后直徑（mm）3.74.43.2

鋼絲直徑公差（mm）±0.08±0.1±0.06

編織前最小鍍層量（g/m2）245265230

2）填石要求。首先石料要求干凈、耐久性好、不易碎、無風化跡象，級配要均勻，密度應大于2.4t/m3；其次格賓外圍的填石應盡量美觀，粒徑不小于網(wǎng)孔，尺寸一般應在1.5～2位孔徑之間，不在外表面的石料尺寸允許有15%的偏差，可以利用河床現(xiàn)有的卵石填充，填石整體孔隙率應小于30%；最后填滿時，石塊適當超出格賓籠高3～5cm左右，便于適應格賓籠沉降。

3）鋪設石籠。按施工放線位置定位后安放格賓石籠。將相鄰格賓在垂直方向上綁扎成形，下方也需一并綁扎，形成一個柔性整體。在水平方向上，綁扎所有相鄰格賓框線。底層施工完成后，將上一層格賓與下層封蓋綁扎牢固，使兩層石籠連接成整體。

3.3 成效

簕竹河格賓石籠護腳工程施工完成后經(jīng)歷了2013年超10年一遇洪水安然無恙，并且經(jīng)過河水沖刷石籠內(nèi)沉積了大量的有機土體，為綠色喜水植物提供了良好的生長環(huán)境，現(xiàn)在堤、河岸與水渾成一體，形成一個新的人工景點。

4 格賓石籠應用前景

4.1在山區(qū)小河流中的應用特點

山區(qū)河流的特點均為上游坡陡流急，且河道狹窄，而下游則較為平坦，且地質(zhì)情況大同小異，每遇暴雨，各河上游極易暴發(fā)山洪，造成河堤塌岸及沿岸村莊淹浸。且廣東地處沿海，暴雨多集中在4-9月，該時期造成的河堤損毀猶為突出。采用格賓石籠治理山區(qū)小河流具有突出的特點。

1）適應變形能力強。格賓石籠這種柔性結構可以適應地基的不均勻沉降。對于山區(qū)河流暴漲暴落導致河床變形具有良好的適應能力。

2）減少洪水沖擊破壞。柔性孔洞結構大大降低了洪水對河道的沖擊，且其天然的透水性，可以迅速降低結構后填土內(nèi)由于降雨等原因?qū)е碌倪^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，另外無需傳統(tǒng)結構的排水設施，能降低造價，加快工程進度。使得山洪過后沿河群眾很快可以恢復正常的生產(chǎn)和生活，實現(xiàn)人與水和諧共處。

3）適合汛期臨河施工。一是可在水下施工，對基礎開挖要求簡單；二是無需借助特殊的機械設備，完全可以依靠人力和一些簡單的裝載設備便可完成施工。且工人無需專業(yè)培訓，施工工藝簡單易行。三是施工的便捷大大縮短了施工工期，猶適用于搶險類工程。新興縣簕竹河云龍段水毀搶險工程正是利用了格賓石籠和雷諾護墊在汛期易施工的特點對水毀河道進行應急修復。傳統(tǒng)的砼或漿砌石結構基礎水下施工難度及投資均不利于搶險工程。

4）利于就地取材。格賓填充所需的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，山區(qū)河道多有卵石、小礫石，就近取材成本較低，且后期維護成本較低。

5）對環(huán)境親和性。無論是內(nèi)部的填石還是后期長出的綠色植被，都能夠很好的和周圍的自然環(huán)境相互融合。新興縣的集成河河道清淤整治工程正是利用了格賓對環(huán)境的親和性，與新興縣集成河所在的六祖故里4A景區(qū)相融合，即解決了河道整治，又增加了新的觀景點，與當?shù)丨h(huán)境完美的結合，達到設計視覺效果，美化環(huán)境。

4.2應注意的幾點

1）確?；A埋深。山區(qū)河流河床多為砂礫基礎，容易形成沖坑并破壞基礎結構。需通過精確計算確保格賓埋深，必要時做好護底措施，以免河床形成沖坑破壞格賓。

2）防止土壤流失。格賓石籠和地基之間的接觸問題十分重要，當結構處于較高速流水中，水流進入格賓后至周圍土壤流失，這主要是由于格賓石頭間有空隙，流水在這些空隙所形成的管道中產(chǎn)生局部加速度從而導致土壤的大量流失，導致整個格賓石籠結構潰塌。

3）減少格賓變形。因為格賓石籠本來是柔性結構，完工后允許適當變形，某些部位因變形過大導致外觀形象受損。

5 結束語

格賓石籠在新興縣的成功實施，為山區(qū)小河流整治、應急水毀修復、創(chuàng)建人水和諧社會提供了樣本，相信該技術將會在水利建設中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1] 于琦，聶磊.格賓石籠在深圳市水庫排洪河綜合整治工程中的應用[J].中國河道治理與生態(tài)修復技術?？?，2010年：171-175

[2] 簕竹聯(lián)堤初步設計報告.云浮市水利水電勘測設計院

[3] 劉彥輝.格賓石籠護坡技術在水庫塌岸中的應用[J].山西建筑，2012年1月 第38卷 第3期：233-234

作者簡介：

陳小劍（1978-），男，工程師，水利水電工程專業(yè)，主要從事水利工程設計及建設管理。