生態(tài)型綠格網(wǎng)防護(hù)技術(shù)在河道整治中的應(yīng)用

周 勇,董懷良,許文鋒

(寧波四明湖建設(shè)有限公司,浙江 余姚 315400)

1 問題的提出

在河道整治中,傳統(tǒng)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)主要有漿砌或干砌塊石護(hù)坡、混凝土護(hù)坡等。這些傳統(tǒng)的邊坡工程,對邊坡的處理主要是強(qiáng)調(diào)其強(qiáng)度功效,卻往往忽視了其對環(huán)境的破壞;生態(tài)型綠格網(wǎng)防護(hù)技術(shù)是一種既可以保護(hù)河道岸坡、堤坡,又可以實(shí)現(xiàn)水與土體自然交換,增強(qiáng)水體自凈能力,亦可實(shí)現(xiàn)植被綠化、美化景觀,最終實(shí)現(xiàn)工程建筑與生態(tài)環(huán)境有機(jī)結(jié)合的技術(shù)。它兼顧了防護(hù)與環(huán)境兩方面的功效,是一種很有效的護(hù)坡、固坡手段。這種防護(hù)與環(huán)境的協(xié)調(diào)意味以尊重物種多樣性,減少對資源的剝奪,保持營養(yǎng)和水循環(huán),維持植物生態(tài)環(huán)境和動物棲息地的質(zhì)量,有助于改善人居環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)的和諧發(fā)展。

2 綠格網(wǎng)防護(hù)技術(shù)

綠格網(wǎng)技術(shù)就是運(yùn)用一種經(jīng)特殊處理后既具有一定強(qiáng)度,又具有不生銹、防靜電、耐腐蝕功能的涂膜鋼絲,經(jīng)機(jī)械編織形成綠格網(wǎng)箱籠充填石料后,用于公路、堤岸、山坡等水土易流失地區(qū)的防護(hù)技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的防腐處理工藝,防腐處理工藝不僅影響鋼絲和保護(hù)層的強(qiáng)度、抗腐能力,還影響鋼絲和保護(hù)層之間的粘結(jié)力,最終影響工程的使用壽命。在河道整治工程的綠格網(wǎng)防護(hù)技術(shù)中,采用先對鋼絲表面進(jìn)行熱鍍鋅處理,以有效減少鋼絲網(wǎng)線的表面氧化作用,減少表面生銹,再在熱鍍鋅的表面涂塑料保護(hù)膜。為增強(qiáng)鋼絲與塑料涂膜之間的粘結(jié)強(qiáng)度,將鋼絲截面設(shè)計(jì)成六角形。

3 綠格網(wǎng)防護(hù)形式簡介

綠格網(wǎng)防護(hù)結(jié)構(gòu)主要有綠格網(wǎng)箱、綠格網(wǎng)墊、綠格掛網(wǎng)3種形式。

3.1 綠格網(wǎng)箱

綠格網(wǎng)箱由各種網(wǎng)孔規(guī)格的綠格網(wǎng)片按照ASTM A 975—97規(guī)范組裝而成。工程現(xiàn)場填充石料組裝形成柔性的、透水的、整體的支擋結(jié)構(gòu),作用類似于擋墻,網(wǎng)箱的幾何組成及網(wǎng)孔的幾何尺寸如圖1所示 (圖中網(wǎng)箱尺寸單位為cm),圖2為綠格網(wǎng)箱在工程中的實(shí)例。

圖1 網(wǎng)箱的幾何組成及網(wǎng)孔的幾何尺寸

圖2 綠格網(wǎng)箱制做的擋墻

綠格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的耐久性受很多外在因素影響,如巖土狀況、周圍環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式等,綠格網(wǎng)絲一般采用高鍍鋅鋼絲或者10%鋁鋅合金鋼絲,如果環(huán)境條件比較惡劣,污染比較嚴(yán)重,可以在鋼絲的表面涂塑(PVC),以增強(qiáng)網(wǎng)絲的抗腐蝕性能。10%鋁鋅合金鋼絲材料指標(biāo)見表1。

表1 10%鋁鋅合金鋼絲材料指標(biāo)

3.2 綠格網(wǎng)墊

綠格網(wǎng)墊與綠格網(wǎng)箱相同,也是由機(jī)械編織而成的雙絞六邊形綠格網(wǎng)片組合成的一種結(jié)構(gòu)體 (按照ASTM A 975—97規(guī)范組裝而成)。在工程現(xiàn)場向綠格網(wǎng)墊中填充石塊以形成柔性的、透水性的、整體的防護(hù)結(jié)構(gòu),作用類似于護(hù)坡,幾何組成見圖3(圖中網(wǎng)墊尺寸單位為cm),圖4為綠格網(wǎng)箱在工程中的實(shí)例。

圖3 網(wǎng)墊的幾何組成圖

圖4 綠格網(wǎng)墊制做的堤防圖

3.3 綠格掛網(wǎng)

綠格掛網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)是由各種規(guī)格的綠格網(wǎng)片按照ASTM A 975—97規(guī)定組裝而成,多用于公路和鐵路的落石防護(hù)工程。

4 綠格網(wǎng)防護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)

應(yīng)用于河道整治工程中為綠格網(wǎng)箱和綠格網(wǎng)墊,與混凝土、砌石做的擋土墻、護(hù)坡相比,綠格網(wǎng)防護(hù)工程依靠其填充料存在空隙的優(yōu)勢,在保護(hù)土體不坍塌的同時(shí)具有兩大特點(diǎn):一是可實(shí)現(xiàn)水體和土體的自然交換,為水中微生物生存創(chuàng)造條件,從而增強(qiáng)水體自凈能力;二是空隙混雜的土體便于實(shí)施植物綠化,利于美化環(huán)境。綠格網(wǎng)防護(hù)技術(shù)特點(diǎn)如下:

(1)理想的生態(tài)建設(shè)及生態(tài)恢復(fù)功能。綠格網(wǎng)石籠內(nèi)塊石的孔隙為水體流動創(chuàng)造條件,有利于實(shí)現(xiàn)水與土體自然交換;結(jié)構(gòu)填充料之間存在大量的空隙,有利于各種魚類、蝦類生存和繁衍,維護(hù)水體凈化,改善河流水質(zhì)。有些空隙被泥沙沉積填充,提供了水生植物生長的有利條件。

(2)極佳的穩(wěn)定和整體工程。綠格網(wǎng)采用專用機(jī)械織成,整體連接,柔性好,適應(yīng)不均勻沉降,局部損壞不會造成整體性破壞。

(3)良好的透水性能。由于綠格網(wǎng)填料自身存在孔隙,其所制做的擋墻、護(hù)坡等不用再設(shè)置反濾層,砌體后部填土地下水易于排出,有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

(4)施工簡便?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)意圖,工廠化制作半成品,在施工現(xiàn)場組裝定型,灌進(jìn)填充料,加上蓋網(wǎng)即成,操作簡便,受氣候影響小,適于機(jī)械化操作;

(5)較強(qiáng)的抗沖刷和抗風(fēng)浪襲擊能力。綠格網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭受水流沖刷時(shí),石籠內(nèi)的石塊可能會發(fā)生位移,波浪沖擊后產(chǎn)生的真空吸力,被結(jié)構(gòu)瓦解;但由于是整體連接,變形后的石籠結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生新的平衡,總體完整性不會受到破壞。

(6)適應(yīng)不同的地基條件。由于構(gòu)成綠格網(wǎng)防護(hù)體的鋼絲具有一定的抗拉強(qiáng)度,不易被拉斷,填充料之間又充滿了空隙,具有一定的適應(yīng)變形的能力。當(dāng)?shù)鼗闆r發(fā)生變化時(shí),如發(fā)生不均勻沉降、地震等。箱內(nèi)填充料受箱籠的約束不會跑到箱籠外,而會自行調(diào)整形成新的平衡;又因箱籠系柔性結(jié)構(gòu),因此,防護(hù)工程表面可能會發(fā)生小的變異.但不會發(fā)生裂縫、網(wǎng)箱被拉斷從而造成防護(hù)體被破壞的現(xiàn)象。

(7)造價(jià)相對低廉。綠格網(wǎng)防護(hù)體由鋼絲箱籠和填充料組成.填充料只要能抗風(fēng)化、有一定強(qiáng)度即可,有時(shí)候甚至可以用一些較干凈的建筑垃圾作為填料,因此成本較低。特別是當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差時(shí),可節(jié)約占工程造價(jià)比重較大的地基處理費(fèi)用。

(8)優(yōu)良的耐腐蝕性和耐久性。10%鋁鋅合金鋼絲綠格網(wǎng)使用壽命可達(dá)50～70 a。

(9)極佳的景觀效果。通過自然與人工植被的 “水”和 “綠”結(jié)合,改變吊板的連續(xù)護(hù)岸,給海涂增添了一道亮麗的風(fēng)景線,達(dá)到優(yōu)化、美化環(huán)境,對維持河流生態(tài)系統(tǒng)的健康和保持原有的水邊生態(tài)環(huán)境具有特殊意義。

分析以上綠格網(wǎng)防護(hù)技術(shù)特點(diǎn)可知,綠格網(wǎng)防護(hù)應(yīng)用于臨水防護(hù)工程時(shí)與常規(guī)防護(hù)措施相比,具有其自身優(yōu)越性,特別是混凝土、砌石防護(hù)在臨水修建時(shí)常常遇到水下施工問題,基礎(chǔ)處理較為復(fù)雜,而綠格網(wǎng)防護(hù)為柔性結(jié)構(gòu),可適應(yīng)不均勻沉降,對基礎(chǔ)要求不高,易于處理。

綠格網(wǎng)防護(hù)原理其實(shí)類似于鉛絲石籠防護(hù),只不過鉛絲石籠防護(hù)通常應(yīng)用于臨時(shí)性工程,而綠格網(wǎng)鋼絲經(jīng)過特殊處理并加密空隙后成為了永久性工程措施。綠格網(wǎng)的空隙性使得防護(hù)措施后期恢復(fù)植被效果更好,在南方濕潤地區(qū)甚至可不用進(jìn)行播種,一些野生植被通過空隙可以進(jìn)行自然恢復(fù)。

5 綠格網(wǎng)防護(hù)技術(shù)的設(shè)計(jì)與施工

在河道整治工程中,根據(jù)景觀要求及地形地質(zhì)條件,綠格網(wǎng)防護(hù)體的具體設(shè)計(jì)形式主要有斜坡式、臺階式和直立式3種。在具體土壓力的計(jì)算中仍可采用庫侖公式,而滑動計(jì)算仍用瑞典圓弧滑動法。網(wǎng)箱的配置與尺寸設(shè)計(jì)則應(yīng)更多地考慮填充料的性能及堆疊方式,使結(jié)構(gòu)物內(nèi)所有網(wǎng)材發(fā)揮其高強(qiáng)度應(yīng)力之特性。當(dāng)墻高超過4m時(shí).在受壓力和剪力最大的基礎(chǔ)和底部使用0.5m高的網(wǎng)箱較有利。除此之外,增加平行土壤推力方向的隔網(wǎng),可以有效地降低由于受剪力而造成的形變。與其他擋土設(shè)施相比,綠格網(wǎng)防護(hù)體具有透水性和自排水性,所以對結(jié)構(gòu)本身提供了額外的安全性.不會受到比預(yù)期壓力更大的水壓力.更不會有基礎(chǔ)及背后土壤惡化的問題。因此,一般不需考慮專用的排水設(shè)施。

綠格網(wǎng)防護(hù)體的施工,可分為以下5個(gè)步驟:

(1)對網(wǎng)箱及填充石料規(guī)格、質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn),整理坡面,使坡面基本平整。

(2)將片狀的格網(wǎng)按照規(guī)定的步驟和要求.采用雙鉸鏈接,綁扎成箱。一般形成由多個(gè)網(wǎng)箱構(gòu)成的“網(wǎng)箱組”,然后將網(wǎng)箱組鋪放在平整好的坡面或開挖好的基坑中。

(3)將石料充填到網(wǎng)箱中,一般每層厚度控制在30 cm左右,并適當(dāng)搗實(shí).表面疊放平整。如箱籠厚度在30 cm以下的,可一次性進(jìn)行填料。

(4)復(fù)上網(wǎng)蓋,將網(wǎng)蓋與網(wǎng)身接觸的框線按規(guī)定進(jìn)行綁扎。

(5)在填充石料縫隙適當(dāng)拋灑泥土,播上草種。

6 綠格網(wǎng)結(jié)構(gòu)與不同結(jié)構(gòu)特性對比

各種結(jié)構(gòu)型式防護(hù)工程特性對比見表2:

表2 各種結(jié)構(gòu)型式防護(hù)工程特性對比表

7 結(jié) 語

由于具有適合河道恢復(fù)生態(tài)的特性,又有著良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和透水性,能適應(yīng)各種河岸地基基礎(chǔ)。它抗沖能力強(qiáng)、耐久性好、使用壽命長,施工方便、迅速,造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理,是一種良好的護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式,值得推廣應(yīng)用。綠格網(wǎng)防護(hù)工程做為柔性防護(hù),其水下適應(yīng)性和生態(tài)恢復(fù)的優(yōu)越性能是常規(guī)工程措施所不能比擬的。

隨著人們生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識的逐漸提高,從工程水利走向環(huán)境水利、生態(tài)水利的治水觀念已被廣泛接受,為實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處,綠格網(wǎng)防護(hù)體不失為一種良好的防護(hù)工程措施。