(霍邱县水利局汲东水利中心,安徽霍邱 237400)
摘要:针对网兜抛石技术与格宾石笼技术存在的护岸结构局限性,影响护岸稳定性、抗冲刷能力的问题,设计了网兜抛石结合格宾石笼的护岸施工技术。安装格宾石笼网兜护岸挡土墙,将铁丝网展开,使用钳子将网格连接成框架,在其内填充石块,确保石笼的密实性与稳定性。改建网兜抛石结合格宾石笼护岸堤线,通过河道形态、地形地貌等特征,确定堤线走向,并确定洪水水面线、堤顶高程等指标,确保护岸施工的安全性。分层回填格宾石笼护岸后土方石墙,将护岸后土方分层回填至挡土墙顶面,填充生态重力模袋,满足护岸施工的质量需求。采用实例分析,验证了该技术的施工质量更高,能够应用于实际生活中。
关键词:网兜抛石;格宾石笼;护岸;施工技术;淠河治理工程。
0引言
网兜抛石技术是河床抛石施工技术,将石块装入网兜,送到河床水下抛掷到指定区域。该技术具有良好性能,能够增加护岸的保护范围,从而提高护岸施工的质量[1]。然而,该技术对网兜抛石量、块石质量、参照漂移距离等因素具有较高的要求,任一指标出现偏差,均会导致抛石分布不均匀,影响护岸结构的稳定性。格宾石笼是由防腐处理材料编织的网状结构,并用石料填充格宾石笼箱体,提高护岸结构的稳定性[2]。该技术具有抗腐蚀性能、高强度、延展性,景观优美近似自然河岸结构,能够改善河流生态环境。但是,格宾石笼施工过程相对复杂,填充石块进行组装,施工周期与成本有所提升。
针对此类问题,本文将网兜抛石与格宾石笼相结合,利用二者的优势,摒弃二者的弊端,从而提高护岸施工的质量。使用网兜在河床地面水下抛掷石块,抛石形成的护岸基础结合形成之后,放置并固定格宾石笼,提高护岸结构的稳定性与抗冲刷能力[3]。护岸是江河湖海等水域,经过人工加固后,达到抵御波浪、维持海岸线稳定的作用。护岸工程还能够抵御洪水,达到河道治理的目的,提高水利工程建设的质量。
1网兜抛石结合格宾石笼的护岸施工技术设计
1.1安装格宾石笼网兜护岸挡土墙
格宾石笼网兜护岸挡土墙,需要网兜抛石与格宾石笼结合,将铁丝网展开,使用钳子将网格连接成石笼网兜框架[4]。在其内填充石块,减小石块之间的孔隙,确保石笼的密实性与稳定性。在石块填充完成之后,网兜封口处理,使用铁丝绑扎器扎紧网兜开口,并使用机械式压缩机加固石笼,提高石笼网兜的整体稳定性。将石笼网兜抛掷河道岸坡的位置,使用铁丝连接相邻的石笼网兜,形成挡土墙结构,抵御水流冲刷等外力作用。护岸挡土墙的验收标准如下表1所示。
表1护岸挡土墙验收标准表
类别 | 标准值 | 方法与次数 |
平面位置 | 50mm | 全站仪:每20m检查5点 |
顶面高程 | ±30mm | 水准仪:每20m检查5点3 |
垂直度或坡面 | 0.5% | 吊垂线:每20m检查4点4 |
断面尺寸 | ≤ | 尺量:每20m量4个断面 |
底面高程 | ±50mm | 水准仪:每20m检查2点 |
表面平整度 | 50mm | 水准仪:20m检查5处,每处检查竖直与墙长两个方向 |
如表1所示,格宾石笼网兜挡土墙在形成之前,开挖挡土墙基坑工程,使用触探仪检查地基承载力,≥200kPa时,直接开挖地基,并在开挖区域布置网兜挡土墙[5]。<200kPa时,采用换填法提升地基承载力,直至地基达到200kPa以上,重复上述步骤。整个挡土墙安装的过程中,尽量避免对石笼造成破坏,确保石笼网兜挡土墙的完整性与承载性能。
1.2改建网兜抛石结合格宾石笼护岸堤线
在河道治理工程中,治理河段自上而下为:湿地恢复区→湿地合理利用区→科普宣传区→管理服务区→湿地保育区→横排头水利枢纽,能够满足生态环境规划需求。根据河道比降,采用梯级布置形式,形成堤防堤型[6]。通过河道形态、地形地貌等特征,确定堤线走向,并确定洪水水面线、堤顶高程等指标,确保护岸施工的安全性。治理工程河段河道基本规整,宽窄较为均匀,采用天然河道的恒定非均匀流能量方程式,推求设计洪水水面线,公式如下:
(1)
式(1)中,为上断面水位;
为下断面水位;
、
为上、下断面的流速;
、
为动能校正系数;
为石块质量;
为水头损失。
与沿程水头损失、局部水头损失有关,二者相加为
。根据断面水位~流量关系,设计断面洪水位、平均水深、平均流速等指标,确保护岸的防洪效果[7]。护岸挡土墙堤顶高程采用洪水位堤顶超高确定,公式如下:
(2)
式(2)中,为护岸挡土墙堤顶高程;
为设计波浪爬高;
为设计洪水高度;
为安全超高。在左岸堤线将挡土墙防冲与防渗处理相结合,确定堤基埋深。右岸堤线的基本埋深在2.5m~3.5m的范围内,能够确保格宾石笼防冲效果。
1.3分层回填格宾石笼护岸后土方石墙
在回填土方石墙的过程中,铺设碎石层、土工布、格宾石笼、挡土块[8]。将护岸后土方分层回填至挡土墙顶面,填充生态重力模袋,满足护岸施工的质量需求。在碎石层吸收波浪能量,减少对护岸的冲击力。土工布防止土料流失,避免护岸渗透形变。在回填土插入锚固棒,增强抗冲击能力。并保持12°的倾角,回填土方石墙,节省更多的土地资源。护岸回填施工如下图1所示。
图1护岸施工示意图
如图1所示,回填的土方石墙采用C30强度水泥预制而成,耐酸碱、抗蠕变、抗老化,使用寿命较长。在堤线迎水侧采用生态重力模袋,防护护岸堤线[9]。生态重力模袋技术指标如下表2所示。
表2生态重力模袋技术指标表
项目 | 指标 | 检测标准 |
材质 | 聚丙烯纤维 | --- |
编制方法 | 单股纤维编织 | --- |
抗拉强度(双向) | ≥80kN/m | ASTM D4595 |
破坏前延伸率 | <30% | ASTM D4595 |
透水系数 | 5×10-1~5×10-4 | ASTM D4491 |
单股单丝纤维拉力(双向) | >0.19kN/根 | ASTM D2256 |
CBR顶破强度 | ≥9kN | JT/T514-2004 |
抗老化性能 | 连续照射150hr,拉伸强度>95% | JT/T514-2004 |
耐冻性能 | -40℃冷冻养护6d,强度保持率>95% | ASTM D4594 |
粘扣带 | 宽度5cm | --- |
外观色泽 | 经、纬向材质均为绿色环保色 | --- |
形态 | 圆编织布袋身,袋身无接缝 | --- |
如表2所示,采用圆编技术,在土压条件下,将生态重力模袋压在石笼网兜受力薄弱区域,抵抗水面漂浮物的冲击能力。同时,在良好的抗老化性能加持下,提高护岸的使用寿命,真正意义上满足护岸施工的质量需求。
2实例分析
2.1工程概况
为了验证本文设计的技术,是否满足网兜抛石结合格宾石笼的护岸施工质量需求,本文以淠河治理工程为例,对上述技术进行了实例分析。淠河是淮河中游南岸的重要支流,上游兴建了4座大型水库,中下游整治了河道、修建了堤防,但淠河防洪体系仍不完善,中下游防洪保护区的防洪标准偏低,洪涝灾害仍然严重,制约了当地经济社会发展。为提高淠河两岸堤防防洪能力,在淠河新天河口(霍山)、合六叶高速公路桥、淠河入淮河口处设计洪水水面线。其中,20年一遇洪峰:流量分别3760m/s、5480m/s、5220m/s;合六叶高速公路桥处50年一遇洪峰流量为6940m/s。并结合生态环境,规划淠河治理工程的总体规划,如下图2所示。
图2淠河治理工程总体规划示意图
如图2所示,A为湿地恢复区;B为湿地合理利用区;C为科普宣传区;D为湿地保育区;E为管理服务区;F为横排头水利枢纽。在两河口、横排头坝上10年一遇洪水位分别为58.56m、55.62m,柳林河口、两河口、横排头坝下、淠联大桥、合六叶高速公路桥、大店岗桥处20年一遇洪水位分别为68.90m、58.64m、51.39m、40.74m、37.76m、26.64m,淠联大桥、下龙爪、合六叶高速公路桥处50年一遇洪水位分别为41.70m、39.58m、38.55m,能够满足防洪需求。为了确保防洪效果,使用本文设计的施工技术,在淠河设置护岸,提高淠河治理工程的安全性。
2.2应用结果
在上述条件下,本文随机选取3个护岸区域,高径宽比分别为0.75、1.25、1.75,石笼形状均为圆柱体。将最大荷载、单轴压缩峰值强度、出现峰值强度的压缩率、压缩停止时强度与峰值强度的比值、最大裂口长度、最大裂口宽度等指标,作为护岸施工质量判断指标。在其他条件均已知的情况下,使用本文设计的网兜抛石结合格宾石笼的护岸施工技术,应用结果如下表3所示。
表3应用结果
施工区域 | 格宾石笼高径(宽)比 | 最大荷载/kN | 单轴压缩峰值强度/kPa | 出现峰值强度的压缩率/% | 压缩停止时强度与峰值强度的比值 | 最大裂口长度/mm | 最大裂口宽度/mm |
5-a | 0.75 | 37.48 | 4772.29 | 5.24 | 0.96 | 4.52 | 1.21 |
5-b | 0.75 | 35.74 | 4550.81 | 6.65 | 0.99 | 3.42 | 3.15 |
5-c | 0.75 | 36.11 | 4598.22 | 6.15 | 0.97 | 2.63 | 2.96 |
1-a | 1.25 | 22.86 | 2911.20 | 11.55 | 0.88 | 5.42 | 4.10 |
1-b | 1.25 | 24.05 | 3061.50 | 13.51 | 0.90 | 6.53 | 4.32 |
1-c | 1.25 | 22.11 | 2815.33 | 14.24 | 0.96 | 7.96 | 4.91 |
1-d | 1.25 | 22.42 | 2871.60 | 15.66 | 0.85 | 9.23 | 4.82 |
7-a | 1.75 | 24.59 | 2502.49 | 16.86 | 0.86 | 10.36 | 5.93 |
7-b | 1.75 | 23.29 | 3130.90 | 16.55 | 0.89 | 12.21 | 5.32 |
7-c | 1.75 | 20.69 | 2965.15 | 17.37 | 0.73 | 11.62 | 5.16 |
如表3所示,格宾石笼高径(宽)比是影响石笼网兜力学性能的指标,高径宽比较小时,石笼的高度相对宽度或直径的增长更轻微,石笼的稳定性与抗压缩能力随之提升,反之则影响石笼稳定性。单轴压缩峰值强度是石笼护岸能够承受的最大压力,该值越大,受力时不容易发生破坏。出现峰值强度的压缩率越小,石笼护岸越稳定,不易发生形变。压缩停止时强度与峰值强度的比值越高,护岸结构的长期稳定性越强。
最大裂口长度、最大裂口宽度越小,石笼护岸的抗裂性能越佳。在其他条件均已知的情况下,最大荷载均在20kN以上,单轴压缩峰值强度在2500kPa以上,出现峰值强度的压缩率在20%以内,压缩停止时强度与峰值强度的比值在0.70以上,最大裂口长度在15mm以内,最大裂口宽度6mm以内。由此可见,使用本文设计的网兜抛石结合格宾石笼的护岸施工技术之后,护岸稳定性、抗压缩性能、抗裂性能均较高,护岸施工质量较高,符合本文研究目的。
结束语
近些年来,护岸施工成为水利工程建设领域的关键任务,不仅保证了河岸的稳定性,还维护了水域生态环境,对于水利工程的发展与建设具有重要作用。因此,本文设计了网兜抛石结合格宾石笼的护岸施工技术。从挡土墙、护岸堤线、石墙回填等方面,提高护岸施工质量。将网兜抛石技术与格宾石笼技术相结合,形成具有一定强度与稳定性能的护岸结构,不仅能够适应河岸地形的变化,还能够利用石块之间的缝隙,使水流顺利通过,避免水流对护岸结构的冲刷作用,满足了河岸治理工程对护岸施工的质量需求。
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作者简介:
朱传青(1981.09.27),男,汉族,安徽霍邱人,大专(水利水电建筑工程专业),工程师,主要研究方向:河道治理,堤防及道路工程建设管理。
联系电话:13685644177