陳正中

(江西省水利投資集團有限公司，江西 南昌 330029)

近年來，我國大力倡導綠色發(fā)展、生態(tài)發(fā)展，格賓石籠技術作為一種綠色無污染新技術，被逐漸推廣到河道治理中，并表現(xiàn)出了卓越的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益[1-2]。由于不同地區(qū)的氣候、地理、水文環(huán)境有著很大的區(qū)別，不同的格賓結構形式會產(chǎn)生不同的社會生態(tài)效益，如若形式和材料等選擇不善，反而會降低河道水質和工程效益。因此，需要針對不同地區(qū)的格賓生態(tài)治理護岸進行研究。

格賓石籠不僅可以有效治理河道，提高堤壩穩(wěn)定性，還可以凈化水質、防止水土流失，保護周圍生態(tài)環(huán)境。李建杰，王國強，楊發(fā)業(yè)，袁朝中，吳曉明等分別對不同地區(qū)河道治理過程中的格賓石籠設計施工技術進行了研究，取得了一些有用的成果和結論[3-7]。北方地區(qū)由于冬季氣候寒冷，一年里有很長時間的冰雪天氣，對河道水質、護岸邊坡穩(wěn)定等均會產(chǎn)生不同程度的影響[8]。我國大部分地區(qū)，其夏季和冬季氣溫、干濕度等相差較大，如何選擇格賓石籠結構形式，對河道治理的整體效益起著關鍵性作用[9]，同時，由于格賓石籠本身也具有一定的劣勢，如何避免和減小氣候環(huán)境等帶來的影響，合理的施工措施變成為主要控制手段之一，需引起各方注意[10-11]。

本文在總結前人研究理論和技術的前提下，對格賓石籠填料、結構形式的選擇進行了理論分析，同時針對江西獨特的地理氣候，進行了冬季寒冷環(huán)境下凍脹融沉分析，并提出了相應的施工質量控制措施，可為類似地區(qū)河道生態(tài)治理提供借鑒。

1 工程概況

贛江作為江西省境內最大河流、是長江的主要支流之一，流域面積83500km2。贛江流域夏季氣候溫和濕潤，冬季氣溫干燥寒冷，流域年平均氣溫為17.8℃，極端最低溫-12.5℃，年平均降雨量1660.9mm。

由于近年來開發(fā)管理中經(jīng)常出現(xiàn)冬季蓄水不足，夏季容易害水澇的災害問題，最重要的是河岸邊坡水土不斷流失，影響周圍生態(tài)環(huán)境的有效維持與河道水資源的清潔，因此對該流域進行河道整治成為當前最主要的工作之一。贛江流域某支流整治工程，按100a一遇防洪標準治理，設計洪峰流量為186m/s，治理工程主要包括河道邊坡保護、河岸綠化、淤泥清理等工程，該區(qū)段河道平均寬度為9.7m，兩岸全長約4.7km，邊坡坡度較大，約1∶2.4，邊坡斜長3～7m。經(jīng)過初步造價估算與設計，整個區(qū)段河道治理格賓石籠網(wǎng)護坡工程總量預計達到12315.17m3。

2 填料及結構形式選擇

2.1 試驗概況

填料主要考慮當?shù)夭牧锨闆r，充分利用建筑廢料原理，選擇粒徑在40～60 mm的花崗巖塊石、卵石以及廢建筑砌塊3種材料作為填料，其具體的物理力學參數(shù)見表1。同時設置U型河道模型，長×寬×高=6.08m×0.45m×0.15m，格賓網(wǎng)線直徑為1mm，網(wǎng)孔為3cm×3cm，模型裝置示意圖如圖1所示。采用連續(xù)動態(tài)運行為試驗方法，連續(xù)進行30d，分別在規(guī)定時間點采集模型中的水樣，然后進行水質檢測，包括N、P、TP以及微生物等分析；然后選取最佳填料，進行直立式、階梯式以及魚巢式3種結構形式下的水質影響分析，得出該河道格賓護岸的最佳填料結構形式。

表1 填料物理力學參數(shù)

圖1 試驗模型示意圖(單位：mm)

2.2 最佳填料分析

在連續(xù)30d運行試驗內，取水樣進行水質分析，結果如圖2所示。從圖2中可以看到：NO3-N的濃度隨時間呈“S”型曲線增長，當試驗時間進行至10～15d左右時，水中的NO3-N濃度大幅度增長，在試驗前期，卵石碎塊填料的NO3-N濃度與另外兩組填料濃度基本相等，但當試驗進行至25d后，NO3-N濃度明顯大于其它試驗組，表明在卵石填料作用下，微生物的硝化作用更強，反硝化生物難以大量繁殖，因此NO3-N濃度大大增加；對比TP去除率可以發(fā)現(xiàn)，3種填料下的去除率呈冪函數(shù)型增長，增長率在逐漸減小，且3種填料的去除率大致相當，由于格賓結構具有一定的孔隙，有利于水體流動，可為水生物生長創(chuàng)造條件，選擇對磷吸收能力強的植物可以在很大程度上保持對磷的高效去除；在TOC去除率上，3種填料基本呈線性關系增長，在前期，卵石的去除率略小于其他2組，當試驗進行至10d以后，卵石的去除率逐漸大于其他2組，這是因為卵石多微孔，具有較大的比表面積以及事宜的水分，可以為微生物的附著提供大量場所，從而使得TOC去除率更高。

綜合以上分析，認為選擇卵石作為格賓石籠網(wǎng)的填料，對于河道水質的凈化作用更好，更能發(fā)揮生態(tài)治理效益，故而卵石相比較而言為首選填料。

圖2 格賓填料對水質凈化效果影響

2.3 結構形式的選擇

基于上文分析結果，對直立式、臺階式和緩坡式卵石填料格賓護岸進行了水質的取樣分析，結果如圖3所示。從圖3中可以看到：在試驗進行30d后，NH3-N、TP、TOC 3種指標的去除率從大到小的排序為：魚巢式>階梯式>直立式，可見魚巢式結構在水質凈化方面的作用強于直立式和階梯式，這是因為直立式、階梯式和魚巢式的表面積分別為802、833、995cm2，相應的比表面積為0.8、0.83、0.99cm-1，由于魚巢式的比表面積最大，與水體的接觸面積也就越大，對水體中的N、P及微生物的清除效果也就越佳，故而魚巢式為最佳的格賓結構形式。

圖3 格賓結構形式對水質凈化影響

3 凍脹分析

圖4為現(xiàn)場試驗段的凍融深度的變化曲線，該試驗段的最大凍深為1.405m。同時對魚巢式卵石格賓進行了為期10個月的現(xiàn)場觀測(當年10月—次年8月)，觀測點設置在壩肩、渠坡上1/4處、渠坡1/2處以及渠坡下1/4處。從圖4中可知：凍脹量曲線隨時間呈先增后減的趨勢，最大凍脹量在次年1—2月，這時的溫度最低，因此凍脹量最大；對比不同位置處的凍脹量可以發(fā)現(xiàn)，格賓網(wǎng)墊護坡(格賓網(wǎng)墊護腳)的最大凍脹量在渠坡1/2處，為327mm，凍脹量為22.8%，格賓網(wǎng)墊護坡(格賓網(wǎng)箱固腳)的最大凍脹量也在渠坡1/2處，為314mm，凍脹量為22.1%；格賓網(wǎng)結構的最大殘余變形在渠坡1/2處，在渠坡上部會發(fā)生一定的融沉變形，表明格賓網(wǎng)具有很好的治愈功能，在凍融過程中，會自動調整自身的結構，尋找下一次的平衡點來適應凍融沉變形，能夠較好地適應凍脹損傷。

圖4 現(xiàn)場試驗段凍融深度的變化曲線

4 質量控制措施探討

在格賓網(wǎng)實際施工和運行過程中，對該河段格賓網(wǎng)缺陷進行了檢查和統(tǒng)計，總體而言存在通縫、厚度不夠、表面平整度不標準等，見表2。出現(xiàn)上述情況的主要原因在于：①由于格賓石籠網(wǎng)護坡技術是一項新技術，很多工人在工藝流程和質量上把控不嚴，導致人為的缺陷；②采集使用的石料沒有大致的平行面；③石塊粒徑過小，底部鋪砌不足；④施工環(huán)境影響，如雨天造成的嵌固松動、粘結度不夠等問題。這些問題或多或少影響了格賓網(wǎng)在河道治理過程中的生態(tài)治理效益。

表2 缺陷調查結果統(tǒng)計表

為了全面提高工程的生態(tài)治理效益，作者總結分析了工程中的一些實際經(jīng)驗，同時在前人研究基礎上得出以下幾點格賓網(wǎng)質量控制措施[12-15]：

(1)現(xiàn)場管理。在實施工程前應積極組織單位進行研討會議，確定本次工程的現(xiàn)場管理人員，同時必須派遣2～3名工程管理經(jīng)驗豐富、專業(yè)知識能力過關的專業(yè)人士前往管理。此外，通過不斷討論研究，制定嚴格有效的現(xiàn)場管理規(guī)章制度，以求現(xiàn)場管理工作等夠得到高效有序的執(zhí)行。

(2)工藝措施。要對施工人員進行一定時間的崗前培訓，同時在施工前有必要參照其他區(qū)域格賓石籠技術施工經(jīng)驗，制定合格有效的現(xiàn)場操作標準與技術交底書，施工前對現(xiàn)場工作人員集中進行書面技術交底，明確格賓石籠網(wǎng)技術護坡關鍵工序及施工工藝，并要求嚴格按技術交底書標準進行施工。

(3)材料進購管理。向材料供貨商明確質量標準，并派出專業(yè)的管理人員進行全程跟蹤，經(jīng)試驗檢驗合格后方可使用。

(4)監(jiān)督措施。強化監(jiān)理監(jiān)督機制，對現(xiàn)場施工不規(guī)范，如未掛線施工等問題應進行全面的管控和整治，建設管理方應加強現(xiàn)場的巡視工作。

5 結論

經(jīng)試驗分析認為：采用卵石填料、魚巢式結構的格賓網(wǎng)護岸結構形式能夠發(fā)揮河道最大的生態(tài)治理效益，且能很好適應凍融沉變形，減小凍脹損傷破壞；綜合前人研究成果，結合現(xiàn)場工程經(jīng)驗，認為應從現(xiàn)場管理、工藝措施、材料進購管理以及監(jiān)督措施等途徑提升格賓網(wǎng)的質量和效益，研究成果可為類似地區(qū)的河道治理工作提供借鑒。