格賓石籠護腳在甘州區(qū)黃水溝河道治理中的應用

沖愛國

（甘州區(qū)盈科水利管理所，甘肅 張掖 734000）

1 工程概況

黃水溝起源于甘州區(qū)盈科灌區(qū)上秦水管站西側(cè)蘆葦池，主要承擔沿途和企事業(yè)單位的生活污水、養(yǎng)殖污水、灌溉回歸水、地下泉水和雨水的排放任務。工程利用0+000 處分水閘從盈科干渠二分干引清水至溝道內(nèi)，確保溝道內(nèi)清水補給，按照黃水溝近年來的運行狀況，通過每年的實測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，綜合確定黃水溝引水流量為1.0 m3/s。甘州區(qū)黑臭水體治理黃水溝整治工程共治理長度15.5 km，其中襯砌護坡10.38 km（左岸5.19 km，右岸5.19 km）[1]。根據(jù)地質(zhì)勘察，河道沿線河堤地表多為粉砂質(zhì)粘土、碎石土及河床漂石、砂卵礫石層。沖積階地為0.5 m～3.0 m不等厚的灰褐、褐紅色粉砂質(zhì)粘土層，稍濕～濕，結(jié)構(gòu)松散～稍密，呈可塑狀態(tài)。局部夾粉砂層，灰褐色，稍濕，結(jié)構(gòu)松散～稍密狀態(tài)。下部為河床沖積層灰褐色、灰白色卵礫石，礫徑2 mm 以上顆粒含量占40%～50%，由粉砂土、細砂充填，礫徑20 mm～60 mm 的卵礫石，礫石呈亞圓型，磨圓度、分選性好，結(jié)構(gòu)稍密實。卵礫石成份主要為石英砂巖、長石石英砂巖、粉砂巖及泥巖。本次護坡斷面形式采用復式斷面為主，護腳主要采用格賓石籠護腳。本文主要從河道治理的斷面形式、護腳型式比選以及格賓石籠護腳的施工工藝及方法出發(fā)，進行河道治理中襯砌護坡的設計施工方法研究。

2 護坡設計

2.1 堤身剖面型式比選

從節(jié)約投資、合理利用土地、防洪工程必須從經(jīng)濟效益和社會效益等角度出發(fā)，本工程河道的縱、橫斷面按“利用現(xiàn)狀，綜合考慮，分段確定”的原則，對本次治理河段進行多方面比較，最后選定行洪斷面。河堤橫斷面形式常采用矩形斷面、梯形斷面以及復式斷面，一般而言，矩形斷面占地少，但墻體斷面大，砌體工程量大，投資大；梯形斷面砌體工程量小，投資少，但占地多，由于黃水溝兩岸企事業(yè)單位、養(yǎng)殖場和農(nóng)田沿河分布，土地資源寶貴，故該堤型不適用于當?shù)厍闆r；復式斷面介于矩形斷面和梯形斷面之間，占地較梯形斷面少，投資較矩形斷面少，故本次河道治理橫斷面型式采用復式斷面為主，5 a 一遇洪水位以下分別采用漿砌石擋墻及格賓石籠護腳，5 a 一遇洪水至堤頂為土堤，采用開挖料回填，土堤迎水面濱河景觀帶采用聯(lián)鎖式護坡，其余河段采用框格梁草皮護坡，背水面均采用草皮護坡[2]。

本次黃水溝治理河段河堤回填料主要采用開挖料回填，而開挖料中以砂卵礫石居多，因此，考慮到河堤的防滲等，河堤填筑時，迎水面1.0 m 采用土料場外拉粉質(zhì)粘土回填，其余堤身采用開挖料回填。治理橫斷面比較見圖1。斷面單位長度主要工程量及投資比較見表1。

圖1 治理橫斷面比較圖

表1 斷面綜合比較

2.2 護腳型式比選

現(xiàn)狀堤防地基土主要為砂卵礫石層，抗沖刷能力稍差，洪水期易對堤腳形成沖刷破壞，建議適當加寬基礎及加深基礎埋深或采取其它抗沖刷措施（如采用格賓石籠護腳等），以減弱河水對堤腳的沖刷破壞作用。根據(jù)甘州區(qū)多年來河道治理經(jīng)驗，常用的護腳有漿砌石護腳及格賓石籠護腳，結(jié)合本次治理河段所在地情況，本次河堤護腳考慮對漿砌石及格賓籠進行比較，護腳型式比較見表2[3]。

表2 護腳型式比較

由表2 可知，漿砌石護腳與格賓籠護腳相比，單位治理長度內(nèi)價格相差不大，但漿砌石屬于硬性材料，對于山區(qū)河道來說，生態(tài)性能差，不利于生態(tài)循環(huán)。格賓石籠生態(tài)性能好，易生長植物。同時結(jié)合新會上段治理效果，采用生態(tài)格賓石籠護腳，更適用于本段山區(qū)河道。因此，本次設計采用格賓石籠護腳。

2.3 格賓石籠穩(wěn)定計算

黃水溝河道治理格賓石籠有2.0 m、1.5 m，本文采用2.0 m 高格賓石籠進行計算，結(jié)構(gòu)分三層設計，第一層1.0 m×1.0 m（寬×高），第二層1.5 m×1.0 m（寬×高），第三層2.0 m×1 m（寬×高），格賓石籠墻頂以上為生態(tài)土堤，填土坡比為1∶1.5。計算簡圖見圖2。

圖2 格賓石籠護腳計算簡圖（尺寸單位：cm）

（1）主動土壓力系數(shù)Ka

根據(jù)水工設計斷面形式，采用庫侖土壓力理論進行計算，計算公式如下：

式中：Ka為庫侖主動土壓力系數(shù)；φ 土體內(nèi)摩擦角，取值為18°；α 為擋墻墻背與豎直面間夾角，按幾何尺寸選取0°；β為墻后填土面的傾角，取值為0°；δ 為墻背與填土之間內(nèi)摩擦角，δ 取值為23°（砌體砌筑的階梯形墻背）；

經(jīng)計算得：Ka=0.528。

（2）滑動穩(wěn)定校核

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算公式為：

式中：Sa為主動土壓力，kN；γ 為土壤容重，18 kN/m3；H 為格賓石籠墻高度，m。

經(jīng)計算得：Sa=1.47≥1.20。

綜上可知，本次河道治理格賓石籠護腳計算得到的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，格賓石籠護腳是穩(wěn)定的。

3 格賓籠設計施工工藝

3.1 格賓網(wǎng)設計要求

本次治理河段格賓籠采用鋅-10%鋁混合稀土合金鍍層鋼絲三鉸網(wǎng)，網(wǎng)孔8 cm×10 cm，網(wǎng)絲規(guī)格見表3。網(wǎng)孔的允許偏差為±5%。箱體尺寸為2.5 m×1 m×1 m、2.0 m×1 m×1 m、1.5 m×1 m×1 m 三種，長度、寬、高度允許偏差為±5%，內(nèi)部隔片間隔1 m 布置。鋼絲鉸制長度是保證鋼絲鉸合時不被過度拉伸，金屬防腐層不被過度擠壓造成破損的重要保證，因此鉸制長度必須≥55 mm，否則為不合格產(chǎn)品。

表3 網(wǎng)絲規(guī)格表

3.2 填充料石要求

格賓籠填充材料一般按就近原則選取塊石和碎石[4]，填充比例為8∶2，塊石飽和抗壓強度40 MPa 以上，粒徑在8 cm～25 cm，碎石應級配良好，格賓籠外露面應木棒(或模板)以保持平整，再填充石料，填充厚度不大于30 cm，嚴禁一次投滿，網(wǎng)箱填充石料的整體重度宜在15 kN/m3～20 kN/m3。

3.3 格賓籠施工工藝

格賓籠施工工藝及方法簡單，將砂石料、鋼絲網(wǎng)及輔助材料等運輸至施工場地后，一般由人工操作完成，不需要大型機械設備施工，格賓籠護腳的安裝、施工一般包括材料運輸、測量放線、地基處理、格賓網(wǎng)安裝、石料充填、扎封箱蓋等施工工序，具體施工工序見圖3。結(jié)合本工程格賓籠護腳設計，在施工過程中提出如下幾個施工要點：

圖3 格賓籠護腳施工工序示意圖

（1）格賓網(wǎng)箱組裝

格賓網(wǎng)箱組裝，根據(jù)河道地形和設計圖紙要求，將格賓網(wǎng)組裝成長方體或者正方體形狀，中間應綁扎間隔網(wǎng)，以人工掀開格賓籠大約成90°，綁扎間隔網(wǎng)成箱形，綁扎材料采用材質(zhì)為鋼絲，雙股以上綁扎并擰緊，間隔網(wǎng)先上下四處固定擰緊成箱形，在于網(wǎng)身綁扎固定，綁扎間距25 cm，完成網(wǎng)箱組裝后置于平整堅硬的基礎上，再將相鄰網(wǎng)箱進行綁扎，綁扎方法相同。

（2）填充卵石

本工程塊石料場距離項目區(qū)較遠，河道河床及附近卵石儲量多，材質(zhì)較好，首先用腳手架固定格賓鋼絲網(wǎng)，以免其變形，采用機械或人工進行卵石填裝，填充石料應分層填充，分層厚度不大于25 cm，嚴禁一次填滿一格，每組格賓網(wǎng)箱須同時均勻投料，確保格賓籠形狀完整、方正[5]。石料投入時，先在層箱底用粒徑70 mm～100 mm 的卵石均勻擺設，再開始從箱籠的四個角隅處碼砌粒徑100 mm 左右的卵石，然后再用級配合適的石料分層擺設，當石料填充高度在箱體一般設計范圍時，用比例20%的顆粒級配良好砂礫進行填充，使其充分將填料空隙填實，外部裸露部位改用人工撿拾平整，整齊密實，以求外觀美觀。

（3）扎封箱蓋

格賓網(wǎng)上層石料擺放平整后進行格賓網(wǎng)箱封蓋，防止格賓網(wǎng)因上層石料突出或不平整而發(fā)生變形現(xiàn)象。封蓋后按照設計圖紙就格賓網(wǎng)的拐點及相鄰部位進行加固綁扎，以確保封蓋牢固可靠，并對網(wǎng)箱平面平整度、位置和高程等進行嚴格驗收，滿足格賓網(wǎng)的設計要求[6]。

4 結(jié)論及建議

甘州區(qū)黑臭水體治理黃水溝整治工程采用賓格籠襯砌對植被保護有一定的好處，作為河道護坡的襯砌部分，既能節(jié)約資金，又能節(jié)約材料、人工和機械，并且環(huán)保，對施工周邊無污染，是目前河道治理的環(huán)保材料。按1+200～1+460 段河道治理途經(jīng)居民點的地形來講，具體表現(xiàn)以下幾點：一是居民點周圍環(huán)境得到了徹底改善，臟亂差現(xiàn)象得到了控制；二是河道水清，無污染物入河；三是河道襯砌使居民點附近增加了一道亮麗的風景線，人居環(huán)境得到提升，河道治理于2017 年完工至今，護腳結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，未出現(xiàn)水流沖刷破壞，格賓籠護腳效果良好。