沖愛國(guó)

（甘州區(qū)盈科水利管理所，甘肅 張掖 734000）

1 工程概況

黃水溝起源于甘州區(qū)盈科灌區(qū)上秦水管站西側(cè)蘆葦池，主要承擔(dān)沿途和企事業(yè)單位的生活污水、養(yǎng)殖污水、灌溉回歸水、地下泉水和雨水的排放任務(wù)。工程利用0+000 處分水閘從盈科干渠二分干引清水至溝道內(nèi)，確保溝道內(nèi)清水補(bǔ)給，按照黃水溝近年來的運(yùn)行狀況，通過每年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，綜合確定黃水溝引水流量為1.0 m3/s。甘州區(qū)黑臭水體治理黃水溝整治工程共治理長(zhǎng)度15.5 km，其中襯砌護(hù)坡10.38 km（左岸5.19 km，右岸5.19 km）[1]。根據(jù)地質(zhì)勘察，河道沿線河堤地表多為粉砂質(zhì)粘土、碎石土及河床漂石、砂卵礫石層。沖積階地為0.5 m～3.0 m不等厚的灰褐、褐紅色粉砂質(zhì)粘土層，稍濕～濕，結(jié)構(gòu)松散～稍密，呈可塑狀態(tài)。局部夾粉砂層，灰褐色，稍濕，結(jié)構(gòu)松散～稍密狀態(tài)。下部為河床沖積層灰褐色、灰白色卵礫石，礫徑2 mm 以上顆粒含量占40%～50%，由粉砂土、細(xì)砂充填，礫徑20 mm～60 mm 的卵礫石，礫石呈亞圓型，磨圓度、分選性好，結(jié)構(gòu)稍密實(shí)。卵礫石成份主要為石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、粉砂巖及泥巖。本次護(hù)坡斷面形式采用復(fù)式斷面為主，護(hù)腳主要采用格賓石籠護(hù)腳。本文主要從河道治理的斷面形式、護(hù)腳型式比選以及格賓石籠護(hù)腳的施工工藝及方法出發(fā)，進(jìn)行河道治理中襯砌護(hù)坡的設(shè)計(jì)施工方法研究。

2 護(hù)坡設(shè)計(jì)

2.1 堤身剖面型式比選

從節(jié)約投資、合理利用土地、防洪工程必須從經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等角度出發(fā)，本工程河道的縱、橫斷面按“利用現(xiàn)狀，綜合考慮，分段確定”的原則，對(duì)本次治理河段進(jìn)行多方面比較，最后選定行洪斷面。河堤橫斷面形式常采用矩形斷面、梯形斷面以及復(fù)式斷面，一般而言，矩形斷面占地少，但墻體斷面大，砌體工程量大，投資大；梯形斷面砌體工程量小，投資少，但占地多，由于黃水溝兩岸企事業(yè)單位、養(yǎng)殖場(chǎng)和農(nóng)田沿河分布，土地資源寶貴，故該堤型不適用于當(dāng)?shù)厍闆r；復(fù)式斷面介于矩形斷面和梯形斷面之間，占地較梯形斷面少，投資較矩形斷面少，故本次河道治理橫斷面型式采用復(fù)式斷面為主，5 a 一遇洪水位以下分別采用漿砌石擋墻及格賓石籠護(hù)腳，5 a 一遇洪水至堤頂為土堤，采用開挖料回填，土堤迎水面濱河景觀帶采用聯(lián)鎖式護(hù)坡，其余河段采用框格梁草皮護(hù)坡，背水面均采用草皮護(hù)坡[2]。

本次黃水溝治理河段河堤回填料主要采用開挖料回填，而開挖料中以砂卵礫石居多，因此，考慮到河堤的防滲等，河堤填筑時(shí)，迎水面1.0 m 采用土料場(chǎng)外拉粉質(zhì)粘土回填，其余堤身采用開挖料回填。治理橫斷面比較見圖1。斷面單位長(zhǎng)度主要工程量及投資比較見表1。

圖1 治理橫斷面比較圖

表1 斷面綜合比較

2.2 護(hù)腳型式比選

現(xiàn)狀堤防地基土主要為砂卵礫石層，抗沖刷能力稍差，洪水期易對(duì)堤腳形成沖刷破壞，建議適當(dāng)加寬基礎(chǔ)及加深基礎(chǔ)埋深或采取其它抗沖刷措施（如采用格賓石籠護(hù)腳等），以減弱河水對(duì)堤腳的沖刷破壞作用。根據(jù)甘州區(qū)多年來河道治理經(jīng)驗(yàn)，常用的護(hù)腳有漿砌石護(hù)腳及格賓石籠護(hù)腳，結(jié)合本次治理河段所在地情況，本次河堤護(hù)腳考慮對(duì)漿砌石及格賓籠進(jìn)行比較，護(hù)腳型式比較見表2[3]。

表2 護(hù)腳型式比較

由表2 可知，漿砌石護(hù)腳與格賓籠護(hù)腳相比，單位治理長(zhǎng)度內(nèi)價(jià)格相差不大，但漿砌石屬于硬性材料，對(duì)于山區(qū)河道來說，生態(tài)性能差，不利于生態(tài)循環(huán)。格賓石籠生態(tài)性能好，易生長(zhǎng)植物。同時(shí)結(jié)合新會(huì)上段治理效果，采用生態(tài)格賓石籠護(hù)腳，更適用于本段山區(qū)河道。因此，本次設(shè)計(jì)采用格賓石籠護(hù)腳。

2.3 格賓石籠穩(wěn)定計(jì)算

黃水溝河道治理格賓石籠有2.0 m、1.5 m，本文采用2.0 m 高格賓石籠進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)分三層設(shè)計(jì)，第一層1.0 m×1.0 m（寬×高），第二層1.5 m×1.0 m（寬×高），第三層2.0 m×1 m（寬×高），格賓石籠墻頂以上為生態(tài)土堤，填土坡比為1∶1.5。計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2 格賓石籠護(hù)腳計(jì)算簡(jiǎn)圖（尺寸單位：cm）

（1）主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka

根據(jù)水工設(shè)計(jì)斷面形式，采用庫(kù)侖土壓力理論進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：Ka為庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù)；φ 土體內(nèi)摩擦角，取值為18°；α 為擋墻墻背與豎直面間夾角，按幾何尺寸選取0°；β為墻后填土面的傾角，取值為0°；δ 為墻背與填土之間內(nèi)摩擦角，δ 取值為23°（砌體砌筑的階梯形墻背）；

經(jīng)計(jì)算得：Ka=0.528。

（2）滑動(dòng)穩(wěn)定校核

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式為：

式中：Sa為主動(dòng)土壓力，kN；γ 為土壤容重，18 kN/m3；H 為格賓石籠墻高度，m。

經(jīng)計(jì)算得：Sa=1.47≥1.20。

綜上可知，本次河道治理格賓石籠護(hù)腳計(jì)算得到的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，格賓石籠護(hù)腳是穩(wěn)定的。

3 格賓籠設(shè)計(jì)施工工藝

3.1 格賓網(wǎng)設(shè)計(jì)要求

本次治理河段格賓籠采用鋅-10%鋁混合稀土合金鍍層鋼絲三鉸網(wǎng)，網(wǎng)孔8 cm×10 cm，網(wǎng)絲規(guī)格見表3。網(wǎng)孔的允許偏差為±5%。箱體尺寸為2.5 m×1 m×1 m、2.0 m×1 m×1 m、1.5 m×1 m×1 m 三種，長(zhǎng)度、寬、高度允許偏差為±5%，內(nèi)部隔片間隔1 m 布置。鋼絲鉸制長(zhǎng)度是保證鋼絲鉸合時(shí)不被過度拉伸，金屬防腐層不被過度擠壓造成破損的重要保證，因此鉸制長(zhǎng)度必須≥55 mm，否則為不合格產(chǎn)品。

表3 網(wǎng)絲規(guī)格表

3.2 填充料石要求

格賓籠填充材料一般按就近原則選取塊石和碎石[4]，填充比例為8∶2，塊石飽和抗壓強(qiáng)度40 MPa 以上，粒徑在8 cm～25 cm，碎石應(yīng)級(jí)配良好，格賓籠外露面應(yīng)木棒(或模板)以保持平整，再填充石料，填充厚度不大于30 cm，嚴(yán)禁一次投滿，網(wǎng)箱填充石料的整體重度宜在15 kN/m3～20 kN/m3。

3.3 格賓籠施工工藝

格賓籠施工工藝及方法簡(jiǎn)單，將砂石料、鋼絲網(wǎng)及輔助材料等運(yùn)輸至施工場(chǎng)地后，一般由人工操作完成，不需要大型機(jī)械設(shè)備施工，格賓籠護(hù)腳的安裝、施工一般包括材料運(yùn)輸、測(cè)量放線、地基處理、格賓網(wǎng)安裝、石料充填、扎封箱蓋等施工工序，具體施工工序見圖3。結(jié)合本工程格賓籠護(hù)腳設(shè)計(jì)，在施工過程中提出如下幾個(gè)施工要點(diǎn)：

圖3 格賓籠護(hù)腳施工工序示意圖

（1）格賓網(wǎng)箱組裝

格賓網(wǎng)箱組裝，根據(jù)河道地形和設(shè)計(jì)圖紙要求，將格賓網(wǎng)組裝成長(zhǎng)方體或者正方體形狀，中間應(yīng)綁扎間隔網(wǎng)，以人工掀開格賓籠大約成90°，綁扎間隔網(wǎng)成箱形，綁扎材料采用材質(zhì)為鋼絲，雙股以上綁扎并擰緊，間隔網(wǎng)先上下四處固定擰緊成箱形，在于網(wǎng)身綁扎固定，綁扎間距25 cm，完成網(wǎng)箱組裝后置于平整堅(jiān)硬的基礎(chǔ)上，再將相鄰網(wǎng)箱進(jìn)行綁扎，綁扎方法相同。

（2）填充卵石

本工程塊石料場(chǎng)距離項(xiàng)目區(qū)較遠(yuǎn)，河道河床及附近卵石儲(chǔ)量多，材質(zhì)較好，首先用腳手架固定格賓鋼絲網(wǎng)，以免其變形，采用機(jī)械或人工進(jìn)行卵石填裝，填充石料應(yīng)分層填充，分層厚度不大于25 cm，嚴(yán)禁一次填滿一格，每組格賓網(wǎng)箱須同時(shí)均勻投料，確保格賓籠形狀完整、方正[5]。石料投入時(shí)，先在層箱底用粒徑70 mm～100 mm 的卵石均勻擺設(shè)，再開始從箱籠的四個(gè)角隅處碼砌粒徑100 mm 左右的卵石，然后再用級(jí)配合適的石料分層擺設(shè)，當(dāng)石料填充高度在箱體一般設(shè)計(jì)范圍時(shí)，用比例20%的顆粒級(jí)配良好砂礫進(jìn)行填充，使其充分將填料空隙填實(shí)，外部裸露部位改用人工撿拾平整，整齊密實(shí)，以求外觀美觀。

（3）扎封箱蓋

格賓網(wǎng)上層石料擺放平整后進(jìn)行格賓網(wǎng)箱封蓋，防止格賓網(wǎng)因上層石料突出或不平整而發(fā)生變形現(xiàn)象。封蓋后按照設(shè)計(jì)圖紙就格賓網(wǎng)的拐點(diǎn)及相鄰部位進(jìn)行加固綁扎，以確保封蓋牢固可靠，并對(duì)網(wǎng)箱平面平整度、位置和高程等進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收，滿足格賓網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求[6]。

4 結(jié)論及建議

甘州區(qū)黑臭水體治理黃水溝整治工程采用賓格籠襯砌對(duì)植被保護(hù)有一定的好處，作為河道護(hù)坡的襯砌部分，既能節(jié)約資金，又能節(jié)約材料、人工和機(jī)械，并且環(huán)保，對(duì)施工周邊無污染，是目前河道治理的環(huán)保材料。按1+200～1+460 段河道治理途經(jīng)居民點(diǎn)的地形來講，具體表現(xiàn)以下幾點(diǎn)：一是居民點(diǎn)周圍環(huán)境得到了徹底改善，臟亂差現(xiàn)象得到了控制；二是河道水清，無污染物入河；三是河道襯砌使居民點(diǎn)附近增加了一道亮麗的風(fēng)景線，人居環(huán)境得到提升，河道治理于2017 年完工至今，護(hù)腳結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，未出現(xiàn)水流沖刷破壞，格賓籠護(hù)腳效果良好。