曲 濤
(遼寧省河庫管理服務(wù)中心(遼寧省水文局),遼寧 沈陽 110002)
城鎮(zhèn)河道具有防洪、排澇作用,對一個城市發(fā)展具有十分重要的意義。馬友營河河道比降大,河流沖刷能力強,現(xiàn)狀河道受侵蝕沖刷影響較大,岸坡穩(wěn)定性較差,難以滿足防洪需求,針對這種情況,亟需采取河道治理工程。河道治理工程已經(jīng)取得了豐碩的成果。徐恒[1]、陳正中[2]研究了格賓石籠在河道治理中的應(yīng)用;秦大偉等[3]、李旭[4]研究了生態(tài)袋護岸在河道治理中的應(yīng)用;常根朋等[5]研究了雙排樁護岸技術(shù)的應(yīng)用;李金瑞[6]分析了拋石護岸質(zhì)量控制關(guān)鍵問題。近年來河道護岸型式正在發(fā)生轉(zhuǎn)變,不斷注重生態(tài)效益,選擇環(huán)境適宜型的防護堤已經(jīng)逐漸受到重視[7~10]。結(jié)合馬友營河治理工程,對格賓石籠在河道治理中的應(yīng)用進行研究。
馬友營河是牤牛河的一條支流,河長31.06 km,流域面積為195.91 km2。項目區(qū)干流河道比降24‰,支流河道比降33‰。干流河道寬度5 m~70 m 不等,支流河道寬度5 m~12 m,河道上游相對較狹窄,下游相對較寬闊,這就導(dǎo)致河道上游河水流速大,導(dǎo)致河道侵蝕沖刷現(xiàn)象較為嚴(yán)重。
2.1.1 河道拓浚原則
1)為了保證河流現(xiàn)狀走向,河道清淤疏浚應(yīng)盡量沿著現(xiàn)狀河道布置,保證河水自然流態(tài),同時,為了降低河水對岸坡的沖刷,應(yīng)保證河道順直或者較緩的轉(zhuǎn)彎,避免出現(xiàn)折線或急彎型河道。
2)在保證河道過水能力、岸坡穩(wěn)定性的情況下,應(yīng)盡量減少土地占用面積。
3)在河道修建橋梁的區(qū)域,應(yīng)保證擬建橋位置上下游均有一定長度的直線河道,以降低河水對橋梁的沖刷,保證橋梁的安全性。
2.1.2 拓浚斷面設(shè)計
從平面位置上分析,現(xiàn)狀河道兩岸均已布置岸坎線,因此,以岸坎線作為河道清淤拓浚的工程范圍線。從縱斷面分析,清淤拓浚以河道設(shè)計底高程為依據(jù),針對河道淤積區(qū)域,采取清淤措施,針對侵蝕、沖刷嚴(yán)重的區(qū)域,采用回填措施,綜合清淤和回填措施以保證河床的平順,改善河道水流條件。在橫斷面上,考慮到項目區(qū)工程地質(zhì)條件,為保證河道岸坡的穩(wěn)定性,結(jié)合工程經(jīng)驗,按照1∶1.5 的設(shè)計坡度對馬友營河兩岸的岸坎進行填挖修整。由于當(dāng)?shù)鼐用裆鷳B(tài)保護意識較為薄弱,在河道堆積了大量的生活、建筑垃圾,針對這對部分河段,應(yīng)及時清理生活、建筑垃圾。
圖1 河道典型清淤拓浚斷面
2.2.1 防護堤結(jié)構(gòu)方案比選
目前,在河道治理工程中常用的防護堤材料包括格賓石籠、C20 混凝土、漿砌塊石等,各種類型防護堤材料適用于不同的工程。為保證工程建設(shè)滿足安全、經(jīng)濟、環(huán)保條件,對3 種防護堤材料進行對比分析。
(1)格賓石籠
采用格賓石籠作為河道防護堤材料,設(shè)計格賓石籠基礎(chǔ)埋深1.50 m,岸坡開挖坡比為1∶1。河床以上設(shè)計格賓石籠高度為1.00 m,防護墊層采用砂卵礫石材料,可在現(xiàn)狀河道獲取,可節(jié)約運輸費用,同時也有利于河道施工進度的控制,為保證防護墊層的密實程度,砂礫粒徑應(yīng)控制在1.5 mm~30 mm 范圍內(nèi)。
(2)C20 混凝土
河道防護斷面采用全斷面的C20 現(xiàn)澆混凝土,河床以上C20 混凝土厚度為0.30 m,混凝土以下部位采用砂礫石墊層,厚度為0.60m,粒徑與格賓石籠一致,間隔10.0 m 設(shè)置一條伸縮縫,伸縮縫材料選用瀝青料,護坡基礎(chǔ)埋置深度為0.8 m。
(3)漿砌塊石
河道全斷面采用漿砌5 塊石護面,河床以上漿砌塊石厚度為0.5 m,河床以下部位使用砂礫石墊層,厚度為0.8 m,砂礫粒徑應(yīng)控制在1.5 mm~30 mm 范圍內(nèi)。
3 種方案對比見表1。
表1 不同防護方案比選
綜合考慮,采用格賓石籠作為馬友營河治理工程防護堤材料,施工工藝較為成熟,可節(jié)約工程投資,加快工程建設(shè)進度。
2.2.2 格賓石籠穩(wěn)定性分析
格賓石籠抗滑安全系數(shù)kc和抗傾覆安全系數(shù)km采用下式計算:
式中:f 表示摩擦系數(shù),取0.35;∑W、∑P 分別表示垂向力、水平力之和;∑MV、∑MH分別表示抗傾力矩和抗覆力矩。
選取8 個斷面計算安全系數(shù),采用上式進行計算,計算結(jié)果見表2。
表2 抗滑、抗傾覆安全系數(shù)
從表2 的計算結(jié)果可知,采用格賓石籠作為馬友營河防護堤材料時,其抗滑、抗傾覆安全系數(shù)計算結(jié)果均大于規(guī)范要求值,防護堤整體安全較為可靠,同時,格賓石籠施工時石籠外圍采用較為完整的塊石作為主要填充料,格賓石籠內(nèi)部填充料完整性較好,也在一定程度上保證了防護堤抗沖刷能力。采用格賓石籠材料防護堤結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。
圖2 格賓石籠結(jié)構(gòu)圖
施工質(zhì)量是影響工程安全的重要因素,格賓石籠施工工藝較為簡單,但仍需按照工藝要求合格施工,才能保證馬友營河的整體治理效果。
在河道治理過程中,格賓石籠的主要施工流程如下:防護堤位置測定→格賓石籠基礎(chǔ)開挖→岸坡鋪設(shè)反濾層材料→安裝格賓籠→裝填石料→封蓋。
3.2.1 護基施工
基礎(chǔ)施工質(zhì)量是影響格賓石籠防護堤安全的關(guān)鍵因素。格賓石籠護基施工工序如下:①首先需根據(jù)設(shè)計圖紙,通過測量人員放點定位確定基礎(chǔ)標(biāo)高,開挖放線;②格賓石籠基礎(chǔ)開挖采用人工配合機械的方式,先采用機械開挖,機械開挖后應(yīng)當(dāng)采用人工整平、清理,并將開挖土堆放至堆土區(qū),經(jīng)驗收合格后可進行下一步工序;③按照設(shè)計要求的反濾料鋪設(shè)反濾層;格賓籠安裝,為了運輸方便,可將格賓石籠材料分開運輸,在施工現(xiàn)場拼接,格賓網(wǎng)邊緣間隔0.5 m 使用鉛絲固定,綁扎質(zhì)量必須合格,格賓籠豎板應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格垂直,以提高格賓籠的耐久性;④裝填石料,為了避免石料裝填過程中格賓籠發(fā)生變形,在裝填之前,可采用鋼板、木板加以固定,石料充填采用先邊緣后內(nèi)部的順序,邊緣材料完整的石料,內(nèi)部充填碎石,以保證內(nèi)部充填度,在完成石料裝填時,人工檢查平整度,塊石高于擋板2 cm~3.0 cm 為宜;⑤格賓石籠石料充填并平整后可進行封蓋,相鄰節(jié)點均采用封蓋夾固定,間隔0.25 m 用鋼筋綁扎加固。
3.2.2 護坡施工
按照1∶1 的坡比對河道岸坡進行開挖、整平;為提高排水效果,鋪設(shè)反濾層,反濾層材料為土工布,土工布沿著垂直水流方向布置,且鋪設(shè)時需預(yù)留土工布的變形量,搭接長度控制在0.2 m~0.3 m 為宜;墊層鋪設(shè),選擇粒徑在1.5 mm~30 mm 的砂礫石作為墊層材料,墊層鋪設(shè)應(yīng)當(dāng)平整,可用人工、機械夯實;護坡格賓石籠安裝、石料充填、封蓋方式與護基一致,此處不再重復(fù)。
3.2.3 注意事項
在格賓石籠施工過程中,應(yīng)注意以下事項以保證防護堤的施工質(zhì)量:①土工布強度較低,在鋪設(shè)墊層時,應(yīng)避免石料破壞土工布,影響排水效果;②格賓石籠充填的石料規(guī)格必須滿足設(shè)計要求,防止粒徑過大或者過小,影響格賓石籠的穩(wěn)定;③石料裝填時,不能一次裝填單個石籠,應(yīng)和臨近格賓石籠一起充填;④格賓石籠長度誤差應(yīng)控制在±3%~5%之間;⑤施工過程中應(yīng)及時檢查、反饋,及時修正。
為了改善馬友營河現(xiàn)狀,通過方案比選,提出采用格賓石籠具有造價低、施工工藝簡便、適應(yīng)不均勻沉降能力強等優(yōu)勢。結(jié)果可供同類工程參考。