王 坤 薛 鵬 楊榮華 鄒丕建

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,湖北武漢 430010;2.馬克菲爾(長沙)新型支檔科技開發(fā)有限公司,湖南長沙 410000)

加筋格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊在河道整治中的應(yīng)用

王 坤1薛 鵬1楊榮華1鄒丕建2

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,湖北武漢 430010;2.馬克菲爾(長沙)新型支檔科技開發(fā)有限公司,湖南長沙 410000)

加筋格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊作為新型環(huán)保生態(tài)材料已在水利工程中得到了廣泛的應(yīng)用。介紹了加筋格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊的基本原理與特性,重點(diǎn)說明了這兩種材料的環(huán)保與生態(tài)修復(fù)功能。對二者的施工要點(diǎn)作了簡要描述,并通過工程實(shí)例進(jìn)一步展示了它們的環(huán)保特性。

河道整治;整治措施;加筋格賓擋土墻;雷諾護(hù)墊;生態(tài)水利;環(huán)境保護(hù);工程實(shí)例

在將傳統(tǒng)的擋土墻和各類硬質(zhì)護(hù)坡運(yùn)用于河岸治理中時(shí),大都只關(guān)注河道的行洪與排澇功能,而對于生態(tài)環(huán)境方面卻關(guān)注較少。傳統(tǒng)的封閉型護(hù)岸工程阻斷了水流與土壤、水中微生物與植物之間的聯(lián)系,破壞了河道的自凈能力,會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成不利的影響,同時(shí)圬工施工也會(huì)對環(huán)境的水域和空氣等造成不利影響,且難以進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。

近年來,隨著社會(huì)環(huán)保意識的增加,水利工程中的生態(tài)環(huán)保措施也越來越受到人們的重視,其中加筋格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊等各類新型環(huán)保生態(tài)材料已廣泛應(yīng)用于水利工程的各個(gè)方面[1]。對于河道整治工程,格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊不僅能夠滿足工程安全穩(wěn)定的要求,同時(shí)還能兼顧環(huán)境保護(hù)與生態(tài)的修復(fù)功能,具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。

1 加筋格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊

1.1 加筋格賓擋土墻

加筋格賓及綠色加筋格賓均為加筋土結(jié)構(gòu),即在土體中增加筋材并利用筋材的抗拉能力以限制位移,增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度,從而達(dá)到穩(wěn)定的目的。加筋格賓、綠色加筋格賓的原理與傳統(tǒng)的加筋土的穩(wěn)定原理相同,但前者采用了低蠕變和耐久性更好的鋼絲網(wǎng)面作為筋材,并且采用了柔性面墻和筋材一體生產(chǎn)的方式,避免了傳統(tǒng)加筋土擋墻在筋材和面板銜接處強(qiáng)度不高且容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的問題。

加筋格賓及綠色加筋格賓結(jié)構(gòu)均采用雙絞合六邊形金屬網(wǎng)面為筋材,加筋格賓面墻采用 1 m厚的填石格賓以得到較好的防護(hù)能力,而綠色加筋格賓面墻則為加強(qiáng)鋼絲網(wǎng)面及生物墊,以得到更好的綠化效果。加筋格賓擋土墻根據(jù)外形的不同,可分為直立式、階梯式和斜坡式等 3種結(jié)構(gòu)形式,各種結(jié)構(gòu)形式及綠化原理見圖 1。

1.2 雷諾護(hù)墊

雷諾護(hù)墊的基本原理是該防護(hù)材料的抗沖能力強(qiáng)于水流的沖刷能力,當(dāng)防護(hù)材料的抗沖流速大于水流的沖刷流速時(shí),防護(hù)材料可視為穩(wěn)定的防護(hù)體,不會(huì)在水流的沖刷下產(chǎn)生位移。

雷諾護(hù)墊是由專用機(jī)器編制而成的雙絞合六邊形金屬網(wǎng)面構(gòu)成的箱體墊狀結(jié)構(gòu),常用于岸坡防護(hù)、河床護(hù)底等防沖刷工程。雷諾護(hù)墊的抗沖能力主要由兩雷諾護(hù)墊內(nèi)部填石的自身抗沖能力和鋼絲網(wǎng)箱所能提供的限制石料位移的能力所決定[2]。當(dāng)雷諾護(hù)墊防護(hù)體系的抗沖能力大于實(shí)際的沖刷能力時(shí),該防護(hù)體系就是安全可靠的。此外,國外研究的流速法和剪切應(yīng)力法也均能證明雷諾護(hù)墊的穩(wěn)定性[3]。

圖1 加筋格賓擋土墻結(jié)構(gòu)形式及綠化示意

圖2 雷諾護(hù)墊結(jié)構(gòu)形式示意

2 兩種形式防護(hù)工程的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)

加筋格賓擋土墻可保證岸坡的穩(wěn)定、促進(jìn)水體與土壤之間的有機(jī)交換;而雷諾護(hù)墊能保護(hù)岸坡土體免受水流和地表徑流的沖刷侵蝕,并形成護(hù)岸植物景觀。在河道整治工程中,加筋格賓擋土墻體系與雷諾護(hù)墊經(jīng)常結(jié)合使用,采用這種結(jié)合形式能夠更好地發(fā)揮出二者的生態(tài)功能,體現(xiàn)人與自然和諧相處的設(shè)計(jì)理念。

2.1 生態(tài)環(huán)保性與美觀性

首先,加筋格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊結(jié)構(gòu)沒有采用任何污染性材料,結(jié)構(gòu)的主材料石材均是來源于自然界,附加的限制性材料鋼絲網(wǎng)也沒有任何污染作用。其次,由于結(jié)構(gòu)內(nèi)有較多的填石孔隙,可以實(shí)現(xiàn)河水和結(jié)構(gòu)后土體的自由水交換,增強(qiáng)水體的自我凈化能力,改善水質(zhì),且孔隙結(jié)構(gòu)可為各類水生動(dòng)植物提供生存空間,恢復(fù)并維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡,建設(shè)生態(tài)型的水利工程。由于沒有使用水泥等污染水質(zhì)和環(huán)境的人工材料,屬于環(huán)境友好型工程,因而即使由工程建設(shè)而引發(fā)的可能會(huì)對自然界造成的破壞,也能夠在較短的時(shí)間內(nèi)得到修復(fù)。

此外,防護(hù)結(jié)構(gòu)對綠化方式和種植品種沒有特殊的要求,可以根據(jù)工程需要因地制宜,采用自然生長或噴播、插植等人工方式,以使外觀達(dá)到人為的設(shè)計(jì)視覺效果,美化環(huán)境。

2.2 柔韌性與耐久性

加筋格賓擋土墻與雷諾護(hù)墊特有的柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及高伸張率的低碳鋼絲,使得該體系具有很強(qiáng)的柔韌性及變形能力,尤其能夠較好地適應(yīng)基礎(chǔ)的不均勻沉降。經(jīng)過重鍍高爾凡和采用覆塑方式進(jìn)行防蝕處理的鋼絲,具有較強(qiáng)的耐久性能。通過各類加速腐蝕試驗(yàn)以及對已建工程的觀測證明,其柔韌性與耐久性能夠滿足永久性工程所要求的使用年限。

在當(dāng)今水土環(huán)境非常脆弱的情況下,加筋格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊柔性結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的剛性防護(hù)結(jié)構(gòu)更能夠適應(yīng)各種工況,其多孔隙結(jié)構(gòu)和無污染材料能夠保證環(huán)境的整體性不受影響,并能維護(hù)環(huán)境中原始的植物群落的正常繁衍。

2.3 獨(dú)立性和整體性與自透水性

加筋格賓和雷諾護(hù)墊均可在工地現(xiàn)場組裝成型,相互綁扎成整體,屬于典型的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu),具有獨(dú)立性和整體性,可以適應(yīng)地基的不均勻沉降,能適應(yīng)許多工程。

加筋格賓擋土墻及雷諾護(hù)墊具有天然的透水性:

(1)可以迅速降低結(jié)構(gòu)后填土內(nèi)由于降雨等原因?qū)е碌倪^高地下水位,消散孔隙水壓力,維持土體強(qiáng)度,降低發(fā)生滑坡的危險(xiǎn);

(2)無需傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的排水設(shè)施,節(jié)省工序,加快施工速度;

(3)可以加強(qiáng)水體交換能力,促進(jìn)植被生長和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。

加筋格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊都是用石塊填充的獨(dú)立體,具備天然的透水性和促淤功能,有著與自然河岸相類似的外觀,從而能改善河岸水流的邊界條件,使水流維持均勻流速狀態(tài),防止高流速和局部紊流的形成,克服了傳統(tǒng)的拋石護(hù)岸引起邊岸水流局部淘刷的問題,有利于岸坡穩(wěn)定和生態(tài)植被的自然形成。反過來,自然植被的生長又可以增加結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性,這樣就可以延長工程的壽命,形成一個(gè)良性循環(huán)體。而剛性護(hù)砌恰恰相反,如果有雜草生長,則意味著工程在逐漸老化,隨時(shí)會(huì)有松動(dòng)垮塌的可能。

2.4 施工便捷

加筋格賓擋土墻及雷諾護(hù)墊可按設(shè)計(jì)意圖,工廠化生產(chǎn)制作出半成品,施工現(xiàn)場按施工圖進(jìn)行組裝定型。整體工法操作簡便、工序少、無需特殊的技術(shù)工人、受氣候因素干擾小,整體施工效率高且效果易于得到保證。在有機(jī)械設(shè)備配合施工的情況下,更加能夠加快施工進(jìn)度。工人無需進(jìn)行特別培訓(xùn)。與同類結(jié)構(gòu)相比,其施工效率更高,是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)施工效率的 2到 3倍,可以大大減少施工周期。

雷諾護(hù)墊的安裝施工在干地和水上都可以進(jìn)行。填石的裝填方法非常靈活,一般工程人員經(jīng)過簡單講解就可以完全掌握,不需特別的專業(yè)施工隊(duì)伍。既可以完全采用機(jī)械化施工,也可以采用輔以人工的半機(jī)械化施工,在機(jī)械條件不具備的情況下,可以采用人工裝填的方式。

2.5 經(jīng)濟(jì)性

加筋格賓擋土墻及雷諾護(hù)墊填充所需石頭可以采用漿砌石、干砌石等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)無法利用的碎石或鵝卵石,成本較低。尤其是在鵝卵石豐富的河流附近施工,更可以大幅度地降低成本。同時(shí)由于不需要專門的技工以及具有較高的施工效率,與混凝土等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比,其更具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。而與6m以上的傳統(tǒng)剛性擋土墻相比,加筋土擋墻的造價(jià)優(yōu)勢更加顯著,且高度越高,造價(jià)優(yōu)勢越明顯。

3 施工要點(diǎn)

3.1 加筋格賓擋土墻施工

首先要進(jìn)行施工準(zhǔn)備,然后進(jìn)行基礎(chǔ)施工。在開挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高后,及時(shí)進(jìn)行基底承載力的檢測和加固處理,確?；A(chǔ)承載力滿足設(shè)計(jì)的要求。接著進(jìn)行墻體地基處理和面墻安裝,面墻安裝前,首先應(yīng)在基礎(chǔ)上定線,在確定的外緣線上定點(diǎn)。從起點(diǎn)處開始安裝,向終點(diǎn)處延伸。面板安裝時(shí),應(yīng)按要求調(diào)整角度或退臺,嚴(yán)禁面墻外傾。面墻填石應(yīng)充填飽滿、整齊美觀,石料材質(zhì)、填充率應(yīng)滿足相關(guān)要求。面墻安裝完成后,開始鋪設(shè)墻后土工布,并伸展面墻后的筋材,拉直、拉平并確定筋材無褶皺和堆疊,然后攤鋪填料并將其壓實(shí),填料需滿足設(shè)計(jì)要求和相關(guān)的壓實(shí)度要求。在對下層填料壓實(shí)度及平整度檢測合格后,再進(jìn)行上層加筋層的鋪設(shè)。最后進(jìn)行附屬設(shè)施的建設(shè)。

3.2 雷諾護(hù)墊施工

首先要進(jìn)行施工放樣,復(fù)測工程樁號、地面高程和水下護(hù)底高程。劃定土方開挖,測算填坡邊界、整坡土方、護(hù)坡工程量,復(fù)測坡面土壤力學(xué)指標(biāo),然后進(jìn)行整坡開挖,清理坡面雜物,夯實(shí)填方護(hù)坡工作面。雷諾護(hù)墊的護(hù)坡工藝流程包括:①鋪設(shè)土工布;②展開并安裝成形雷諾護(hù)墊單元格;③鋪設(shè)雷諾護(hù)墊單元格;④填充礫石;⑤雷諾護(hù)墊單元格覆蓋面網(wǎng)并將相互連接的單元格綁扎成一護(hù)坡整體;⑥澆注護(hù)坡頂部抗滑混凝土并養(yǎng)護(hù)達(dá)標(biāo)。

圖3 長沙市楚家湖河道整治工程防護(hù)工程實(shí)施效果

圖4 長沙市湘江大道南段臨水擋土墻工程實(shí)際效果(汛期和枯水期)

4 工程實(shí)例

圖3為湖南省長沙市楚家湖岸坡防護(hù)工程中雷諾護(hù)墊的施工過程和實(shí)施完成后的綠化效果展示,目前防護(hù)段河岸的穩(wěn)定性較好,植被生長茂盛,達(dá)到了較好的生態(tài)環(huán)保效果。

圖4為湖南省長沙市湘江大道南段景觀擋土墻工程建設(shè)。該工程采用了加筋格賓擋土墻進(jìn)行防護(hù),目前該河段歷經(jīng)兩個(gè)汛期考驗(yàn),穩(wěn)定性良好,同時(shí)自然生長植被,起到了良好的綠化景觀效果。

5 結(jié) 語

我國幅員遼闊,河流眾多,為了防治各種水利災(zāi)害,興建了大批水利工程設(shè)施。原有的大多數(shù)水利防護(hù)工程往往在保護(hù)河岸的同時(shí),也阻斷了水體與地下水間的水交換,影響了河岸植被的自然生長,不利于防護(hù)工程周邊生態(tài)環(huán)境的重建。

廣泛的理論論證及工程實(shí)踐表明,加筋格賓擋土墻和雷諾護(hù)墊等環(huán)保材料的透水性和結(jié)構(gòu)的柔性都較強(qiáng),在確保工程自身安全穩(wěn)定的前提下,可有效地保證河流水體與地下水間的交換,并能生長植被,防止水土流失,促進(jìn)周邊生態(tài)環(huán)境的重建。各種類型的環(huán)保材料在水利工程中的廣泛應(yīng)用,對于日益重視生態(tài)和環(huán)保問題的我國而言,具有重要的推廣意義。

[1]李金娟.復(fù)合土工帶加筋土高擋墻施工技術(shù)研究[J].山西建筑,2006,32(14):90-92.

[2]U.S Department of Transportation.Design of road channels with flexible linings[D].Federal Highway Administration,2005.

TV 85

A

1006-0081(2010)12-0009-04

2010-09-28

王 坤,男,長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院環(huán)境公司,工程師.

(編輯:趙秋云)