河道格賓生態(tài)護岸結(jié)構(gòu)選擇方案設(shè)計與質(zhì)量控制研究

趙慶營

(遼寧省海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200)

由于特殊的氣候環(huán)境和地理條件，北方地區(qū)河道護岸易受水流沖刷破壞、水流結(jié)冰壓力作用、護岸材料凍脹和流冰撞擊等因素影響[1]。針對以上問題，必須選用更加優(yōu)質(zhì)的材料構(gòu)建河道護岸，以確保河道護岸的長效穩(wěn)定，多孔生態(tài)型護岸因具有較強的滲透性能夠有效解決此類問題。近年來，一種新興的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格賓護岸在水土保持、水利工程、交通航運等領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛[2]。為了有效解決傳統(tǒng)的河道護岸穩(wěn)定性較差及其質(zhì)量控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，本文結(jié)合水工構(gòu)筑物運行特點以及遼寧地區(qū)實際情況，提出適用性較強的格賓生態(tài)護岸質(zhì)量控制及其方案設(shè)計方法，為促進水生態(tài)文明建設(shè)和加強生態(tài)環(huán)境保護提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 格賓生態(tài)護岸結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)選

結(jié)合區(qū)域河道實際情況和北方地區(qū)相關(guān)研究資料，在確定護岸結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上合理選擇格格賓生態(tài)護岸結(jié)構(gòu)形式[3-5]。目前，河道治理工程中比較常用的格賓產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類型，如表1。

表1 格賓護岸類型

受冬天寒冷氣候的影響，在我國北方氣候寒冷地區(qū)傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)具有較差的適用性，寒冬氣候很容易使得岸基發(fā)生變形。因此，格賓生態(tài)護岸設(shè)計要結(jié)合表1中不同結(jié)構(gòu)類型的應(yīng)用情況及北方地區(qū)特點，充分考慮河道整治要求合理的選擇結(jié)構(gòu)形式。

一般地，我國北方地區(qū)具有豐富的石料資源，將石塊填裝至格賓網(wǎng)箱內(nèi)，能夠確保寒冷冬季條件下生態(tài)護岸的功能作用[5]。此外，柔性多孔的格賓網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)，可以確保河岸空隙土壤的生態(tài)循環(huán)以及冬季水體結(jié)冰時較強的變形適應(yīng)性，能夠承受較大的變形而保持整體穩(wěn)定，如圖1。格賓石籠護岸的滲透性良好，可以有效減少流體靜力造成的破壞，并且運輸過程中可折疊起來節(jié)約運輸費用，運往施工現(xiàn)場裝配且無需特殊技術(shù)，施工比較簡便；同時，格賓石籠網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)可抵抗惡劣氣候影響、抵御自然破壞能力及耐腐蝕性極強，網(wǎng)箱與石頭間存在的淤泥有利于植物生長，能夠有機融合周邊的環(huán)境，但實際工程中對裝填的石料有粒徑要求。

本文采用網(wǎng)箱與雙絞結(jié)構(gòu)設(shè)計格賓網(wǎng)箱，并將網(wǎng)線增設(shè)覆蓋于網(wǎng)箱邊緣以確保網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)整體的牢固性。根據(jù)以上要求和區(qū)域氣候特點，合理確定護岸結(jié)構(gòu)類型、格賓網(wǎng)箱單元以及護岸形式。

圖1 格賓網(wǎng)箱護岸結(jié)構(gòu)

1.2 形式設(shè)計

以設(shè)定的格賓護岸結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)合理選擇生態(tài)護岸形式，在選擇生態(tài)護岸形式時應(yīng)比較各護岸形式的成本，如表2。

表2 格賓網(wǎng)箱護岸成本分析

通過對比斜坡、擋墻、干砌、加筋生態(tài)等護岸成本，結(jié)合北方地區(qū)實際情況和格賓網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)最終確定斜坡式護岸形式。格賓網(wǎng)格斜坡護岸不僅能夠節(jié)約建筑成本，而且可有效解決嚴寒地區(qū)氣候條件引起的護岸破壞問題，不易產(chǎn)生斷裂、跨塌破壞，耐久性好、對基礎(chǔ)要求和施工技術(shù)要求不高，在上、中、下游河道中具有較廣的適用性。因此，可結(jié)合以上選擇的結(jié)構(gòu)形式合理設(shè)計護岸類型，將其應(yīng)用于遼寧地區(qū)河道治理以完成格賓生態(tài)護岸工程建設(shè)，如圖2。

圖2 格賓護岸結(jié)構(gòu)形式

2 格賓生態(tài)護岸質(zhì)量控制

根據(jù)北方地區(qū)寒冷氣候特點和以上選擇的格賓護岸結(jié)構(gòu)形式，為確保格賓生態(tài)護岸防護質(zhì)量科學(xué)設(shè)計河道護岸質(zhì)量控制方法，具體如下。

2.1 護岸穩(wěn)定系數(shù)設(shè)定

護岸施工建設(shè)過程中設(shè)定統(tǒng)一的尺寸以控制整體施工質(zhì)量，河岸基礎(chǔ)受格賓護岸作用易發(fā)生傾斜與相對滑動的現(xiàn)象。為確保格賓護岸質(zhì)量以原有抗傾倒、抗滑移安全系數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況合理設(shè)定穩(wěn)定系數(shù)。

設(shè)∑A、∑B為垂直于河道水平面的作用力和全部作用于護岸基地的作用力，M1、M2為護岸厚度與坡角厚，H、N為護岸整體高度和護岸基礎(chǔ)體積，C為河道與護岸之間的摩擦力，可利用下式確定抗滑安全系數(shù)，即：

S=C∑A/∑B

(1)

(2)

式中：?為岸坡傾角；設(shè)∑C、∑D為基底前趾傾覆力矩和基底傾覆力矩，L、V為護岸寬度和抗傾安全系數(shù)，則利用下式可確定V值，即：

V=∑C/∑D

(3)

(4)

結(jié)合以上公式計算結(jié)果實現(xiàn)對格賓生態(tài)護岸穩(wěn)定性的空時，并考慮北方地區(qū)河道情況以保證生態(tài)護岸的整體質(zhì)量。

2.2 材料質(zhì)量控制設(shè)計

在合理運算與統(tǒng)一設(shè)定穩(wěn)定性系數(shù)的基礎(chǔ)上，生態(tài)護岸質(zhì)量控制還應(yīng)考慮建筑材料的控制。材料控制作為河道整治工程的物資基礎(chǔ)，其質(zhì)量狀況在很大程度上決定了護岸工程效應(yīng)的發(fā)揮。因此，必須從源頭上嚴格把控原材料質(zhì)量，結(jié)合工程實踐經(jīng)驗將材料質(zhì)量設(shè)定成7個控制環(huán)節(jié)，如圖3。

圖3 原材料質(zhì)量控制

在與工程師及時溝通的情況下方可采購大宗的建筑材料，并盡可能一次性訂貨購入以防出現(xiàn)分批采購質(zhì)量不一的情況。對于材料的搬運與儲存應(yīng)按照不同的類別存放，并保證建筑材料來源可追溯及其質(zhì)量。嚴格檢驗施工設(shè)備與現(xiàn)場材料狀況，確保河道治理工程所用材料能夠達到工程標準要求，貫徹落實限額制度保證材料手續(xù)齊全。最后，在材料使用時要實行跟蹤處理，回收剩余的材料以防出現(xiàn)二次污染，并進一步對材料質(zhì)量造成不利影響。

2.3 統(tǒng)一施工管理

通過設(shè)定穩(wěn)定性系數(shù)以及合理選擇護岸材料，為更加有效地控制護岸質(zhì)量還需統(tǒng)一管理施工過程。

遵循“先主體、后部分”的原則完成工程建設(shè)任務(wù)，保證整個建設(shè)過程的緊湊連續(xù)。通過對工程質(zhì)量的嚴格控制確保按照工藝要求完成每一項施工。正式開工前，要嚴格審批施工方案，對所存在的問題進行及時的修改完善。施工方案的編制應(yīng)符合規(guī)范要求，并以若干單位細化各項施工方法，對于關(guān)鍵部位要保證施工方法的具體、詳細。

科學(xué)設(shè)計格賓生態(tài)護岸施工管理方法，施工過程中最大程度的推廣應(yīng)用新工藝、新材料、新技術(shù)。在保證施工效果的情況下盡量減少投資成本，確保護按工程進度、質(zhì)量目標的實現(xiàn)，結(jié)合以上設(shè)計完成河道護岸質(zhì)量控制。

3 實證分析

為保證質(zhì)量控制方法的科學(xué)性以及格賓護岸結(jié)構(gòu)選擇的適用性，通過對比實驗分析了原有護岸質(zhì)量控制方法與文中所述設(shè)計方法的有效性，并進一步探究了實際工程中生態(tài)護岸的位移情況及其整體穩(wěn)定性。

3.1 實驗準備

本文參照遼寧地區(qū)河道護岸以確保對比實驗的有效性，格賓生態(tài)護岸施工過程中預(yù)埋設(shè)12處觀測點，并觀測一段時間后護岸的位移情況。河道左、右岸分別選用文中設(shè)計和原有的護岸質(zhì)量控制方法，以3個月作為實驗時長，定期觀測并準確紀錄護岸的相對垂直位移。

表3 垂直位移觀測結(jié)果

3.2 結(jié)果分析

本文設(shè)計和原有質(zhì)量控制方法下格賓生態(tài)護岸的垂直位移觀測值，如表3。從表3可知，實驗期間內(nèi)格賓生態(tài)護岸的位移距離逐漸平緩。進一步對比分析可知，與原有方法相比本文設(shè)計的質(zhì)量控制方法具有較小的垂直位移距離。采用文中所述方法對格賓生態(tài)護岸進行質(zhì)量控制，施工結(jié)束后的護岸位置與格賓生態(tài)護岸初始位置比較接近，而與原有控制方法的差距較大。因此，原有方法的質(zhì)量控制能力較差，其施工要求符合規(guī)范要求但控制效果明顯低于文中所述方法。研究表明，本文設(shè)計的質(zhì)量控制方法具有更加穩(wěn)定的護岸結(jié)構(gòu)，在北方地區(qū)河道治理中格賓生態(tài)護岸質(zhì)量控制方法以及選擇的結(jié)構(gòu)形式具有廣泛適用性。

4 結(jié)語

隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展以及材料科學(xué)研究的深入，因存在不利于生態(tài)保護、維修費用沉重、使用壽命較短等缺點硬岸護岸技術(shù)正逐漸退出歷史舞臺。對于我國北方地區(qū)的護岸結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須符合經(jīng)濟合理、技術(shù)先進、施工簡單可行等要求。通過科學(xué)設(shè)計質(zhì)量控制方法以及合理選擇格賓結(jié)構(gòu)方法，能夠保證北方地區(qū)河道治理中格賓生態(tài)護岸的應(yīng)用，為后續(xù)工程技術(shù)發(fā)展以及水生態(tài)文明建設(shè)提供技術(shù)支持。