石籠技術在水保工程中的應用

彭家順 劉曉君

（江西農業(yè)大學森林培育重點實驗室，江西 南昌 330045）

1.前言

石籠指的是為防止河岸或構造物受水流沖刷而設置的裝填石塊的籠子，石籠材料一般為低碳鋼絲等材料制成。在中國，生態(tài)格網結構起源于2000多年的竹籠，羊圈工藝，李冰父子在都江堰工程中首次使用，這是傳統(tǒng)意義上的生態(tài)格網結構；中國現代意義上的生態(tài)格網1998年起源于江南一家名為金利達的企業(yè)。如今，作為新工藝、新技術、新材料的新型生態(tài)格網結構，成功地應用于水利工程、公路、鐵路工程、堤防的保護工程中。較好地實現了工程結構與生態(tài)環(huán)境的有機結合。同時與一些傳統(tǒng)剛性結構比較起來有其自身的優(yōu)點，因此在世界范圍內已經成為保護河床、治理滑坡、防治泥石流、防止落石兼顧環(huán)境保護的首選結構型式。

石籠是由金屬線材由機械將雙線絞合編織成的多絞狀六角形網制成的網箱。網片是采用優(yōu)質低碳鋼絲編織，鋼絲的直徑可達2.0-4.0 mm，鋼絲表面通常還采用熱鍍鋅保護，鍍鋅保護層的厚度可根據客戶的要求制做，鍍鋅量根據ASTM 和EN 標準一般為230 g/m2以上。PVC網片是在鍍鋅鐵絲的表面包一層PVC保護層，再編織成各種規(guī)格的網。這層PVC保護層將會大大增加在高度污染環(huán)境中的保護，并且通過不同顏色的選擇，使其能和周圍的自然環(huán)境相融合。雙線絞合部分的長度不得低于50 mm，以使雙線絞合部分鋼絲的防腐層不受損傷。

2.水土保持工程上的應用

2.1 石籠擋墻在礦區(qū)生態(tài)恢復的應用

以陜西潼關小秦嶺金礦生態(tài)修復案例為例，他們關于山坡溝谷上游以及較為陡立的山坡上，選擇引用了“格賓石籠擋墻”。“格賓石籠擋墻”的透水固渣新技術采用格賓石籠擋墻經濟可行，施工方便，擋墻可承受大范圍的變形，而不坍塌。同時縫隙間的淤泥有利于植物生長，可與周圍自然環(huán)境融為一體；另外擋墻具有一定的滲透性，不需要專門設置排水孔，可將渣堆后部水排泄處理。

在“格賓石籠擋墻”引用之后，發(fā)揮了良好的生態(tài)效益經濟效益和社會效益。通過治理，不僅緩解了建設用地供需矛盾，又增加了耕地面積，實現了經濟和生態(tài)的雙贏。同時，消除了礦山區(qū)開采產生的最大的重金屬污染問題，修復了生態(tài)環(huán)境和生物多樣性。

2.2 生態(tài)石籠在水利工程上的應用

生態(tài)石籠因石籠網兜的柔性結構，可以形成各種形狀，使用方式可以是箱式擋墻，也可以是護坡等形式。多使用于河流流速湍急處，在防止水土流失、環(huán)境保護和水質保持上，具有極佳效果，因其柔性的結構能適應外力的變化，具有一定的形變和延展性。最重要的是其具有很高的透水性，完全不影響水與土的交互，而且可以在其中進行覆土，不妨礙自然植物的生長，具有相當高的水效益、水經濟，結合生態(tài)膜袋的使用，可以完全還原水面以上部分，自然生態(tài)的原始面貌。

因此在具體的水利工程施工中，重點在于石塊的選取，其大小要和石籠網孔隙相配。另一重點則是石籠網的選取，因新材料的運用，石籠網具有了高強度高防腐蝕性，便于運輸、吊裝使用，以及長時間的使用年限。我們可以看到，在水利工程上，由于石籠具有花費少，延展性強，透水性好，生態(tài)性強，所以生態(tài)石籠是優(yōu)良的水利工程新技術之一。

2.3 石籠網在城市河流生態(tài)修復與護岸的應用

利用廢舊輪胎、石籠網與碎石土生態(tài)袋聯合，垂直疊砌生態(tài)擋墻護岸裝置，不僅可以有效解決傳統(tǒng)硬質護岸造成的河岸帶生態(tài)功能弱化問題，而且在防治土質岸坡崩岸及岸坡濕脹干縮或凍脹融沉的變形破壞方面能夠起到積極作用，兼具綠色環(huán)保、資源節(jié)約與循環(huán)利用、壽命長三大效益。石籠網裝生態(tài)袋和廢舊輪胎的生態(tài)擋墻設計方案是在每層生態(tài)袋袋體之間水平鋪設植物錨桿，植物錨桿的梢端穿過石籠網孔，外露部分朝向航道側；在石籠網擋墻外側，設有生態(tài)防護植被覆蓋層，由廢舊汽車輪胎腔體中填土并栽種草本植物，再與穿過輪胎間隙的植物錨桿一起形成生態(tài)防護植被覆蓋層。

石籠網裝生態(tài)袋和廢舊輪胎的生態(tài)擋墻設計，可以在景觀層面上將水、岸和擋墻結合在一起。抵御河流對河岸侵蝕的同時，擋墻中生長的植物還能有效地凈化水質，如香根草等植物不僅耐水漬，還能去除水中氮、磷等元素，進一步改善河岸周邊的生態(tài)環(huán)境。擋墻中使用的廢舊輪胎耐腐蝕、抗沖擊，沿長了生態(tài)擋墻的使用壽命，還做到了減少環(huán)境污染。

2.4 山區(qū)水利工程的消能防沖

在山區(qū)水利工程中，使用了石籠網來進行消能防沖。石籠網是一種可填充石塊的生態(tài)格網結構，包括合金鋼網兜、生態(tài)格網網箱和生態(tài)格網護墊等，網兜或網箱材料由高鍍鋅低碳鋼絲編織而成，具有柔韌性好和強度高等特點。合金鋼網兜在網兜內裝上石塊拋入或滑入河床的過程中，網絲不易被切斷，破損率低，且網兜為柔性材料，更容易貼近河底，網兜間可采用同質的鋼絲綁扎，整體性強，不易被水流沖走，提高了填、堵的成功率，用于拋石防沖槽表面 可以起到有效的保護作用。生態(tài)格網網箱和生態(tài)格網護墊由專用機械編織成的熱鍍鋅或鍍鋁鋅低碳鋼絲多絞六邊形格網片組裝而成，預先在網箱或網墊內裝填塊石，調運就位后再采用同材質鋼絲進行綁扎，從而形成整體防護。目前這一技術已廣泛應用于防洪堤擋墻護岸和河道護坡中。石籠網的柔性高，透水性好。防沖槽下方的石塊因為水的沖刷而產生位移時，石籠網能夠較好的適應外部形變，而且能夠起到排水的作用。加之石籠網的制作能就地取材，適用于道路交通并不發(fā)達的山區(qū)河道施工，可以大大的節(jié)省施工時間和費用，且后期維護簡便。因此，石籠網技術被廣泛的運用于閘下消能防沖。

2.5 石籠在攔截壩中的應用

柔性石籠拱結構，它以石籠網和塊石為材料，砌筑成拱形攔擋泥石流。將石料裝入石籠后，按照結構尺寸要求層疊堆砌，石籠條塊之間用鋼絲進行有效的連接，并輔以拉筋加強結構整體性。石籠拱上游面設置廢舊輪胎作緩沖層。在石籠附近種植根系發(fā)達植被，植被根系具有較高抗拉強度，輔助增強攔擋結構穩(wěn)定性。在石籠拱結構上下游拋填大粒徑的塊石，保護基礎免受淘蝕，增加對結構的約束。

與重力式攔擋壩比較，石籠拱在結構上更具有優(yōu)勢。由于石籠拱有梁系和拱系承擔載荷，所以石籠拱承載能力強，安全度高。由于本身的延展適應性，在面對泥石流沖擊時，石籠拱會發(fā)生適當的形變，釋放壓力。因為其便利性和經濟性，柔性石籠拱是小型攔砂壩的優(yōu)良選擇。但柔性石籠拱在面對較大的沖擊時，會因為自身易變形和透水性好的特點，壩體會有倒塌的可能性。因此，柔性石籠拱技術的運用要慎重考慮，并不適用于較大的工程。

3.總結

綜上所述，石籠技術在生產實踐中應用，具有良好的生態(tài)意義。制作石籠的材料簡單，準備好鐵絲網或框后，石料均可做到就地取材，省去了運輸環(huán)節(jié)。相較于混凝土，減少了環(huán)境污染，且節(jié)約了人力、物力和財力。由于其自身的特點，石籠具有一定的延展性和透水性。石塊之間存在縫隙，因此籠內的石塊具一定的活動空間。在面對較強沖擊的時候會產生一定的形變，抵消沖擊力，在攔蓄沙石的同時，還可以排走水分。區(qū)別于傳統(tǒng)的硬質護坡，石籠的制作材料可循環(huán)利用，還可以為植物提供一定的生長環(huán)境，不僅具有結構和工程意義，還被更多的賦予了生態(tài)意義。