生态格网结构在元谋县勐岗河河道治理工程上的应用

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  【摘 要】该文结合元谋县勐岗河河道治理工程中生态格网结构技术的实践, 介绍生态格网结构的特点、施工工艺及质量要点,旨在为多泥沙的山区河道治理提供参考。
  【关键词】生态格网结构;山区河道;堤防工程
  0.前言
  勐岗河又名“勐令河”、“龙溪河”,尾段称普登河。普登河为龙川江左岸较大的一级支流之一,上游分两支,左支石者河发源于姚安县贺基果山麓的塔盘村,由西向东流经前场、月明进入姚安、大姚、牟定三县交界处,在小荒田村附近与右支古岩河交汇后称勐岗河。右支古岩河发源于姚安县石梁子的大黑么,流经中屯、岔河等村庄与石者河交汇后,流向由西南向东北,经碗厂、华竹在于龙山附近汇入龙川江。河流全长95km,河道平均比降15.5‰,径流面积1138km2。
  云南省元谋县勐岗河河道治理工程位于元谋县平田乡华竹村委会境内,起始断面位于大已保村,断面以上控制径流面积898.2km2;终止断面位于帕地村,断面以上控制径流面积956.5km2,治理段区间控制径流面58.3km2,治理河长4km,综合治理长度4.25km,其中主河道4km,支流0.25km;新建河堤7.82km,其中主河道7.16km、左岸两支流汇口0.66km。该项目分类为农田防护,项目防护区人口0.32万人,耕地面积0.21万亩,按《防洪标准》(GBS0201-94)规定,设计洪水标准为10年一遇,其洪峰流量为305m3/s,施工导流标准为枯期5年一遇,其洪峰流量为7.18m3/s。堤防工程级别为5级,主要建筑物为5级建筑物,施工围堰等临时建筑物均为5级建筑物。
  河堤设计横断面为直斜复合式,常年洪水位(P=50%)以下采用固滨笼台坎状直挡墙护脚。直线段固滨笼挡墙底宽3m,高2.7m,基础埋深1.2m,挡墙底部为0.2m厚绿滨垫,绿滨垫上面分别为0.5m、1m、1m的固滨笼;转弯凹岸固滨笼挡墙底宽3m,高3m,基础埋深1.5m,挡墙底部为0.5m、0.5m、1m、1m的固滨笼。绿滨垫与固滨笼、固滨笼与固滨笼上下层内侧阶梯宽0.5m。常年洪水位(P=50%)以上至堤顶,边坡m=1:2,采用空心砖框格草皮护坡。河堤底宽17.86m~75.04m,堤高2.8m~5m,设计底坡1:180~1:300。综合考虑交通、防汛、管理等要求,新建堤身堤顶宽3m作为河堤道路,其中路面净宽2.7m,为20cm厚泥结石路面,两侧设C20混凝土路缘。
  1.生态格网的特点及堤身结构设计
  都江堰是世界上设计施工最完美、最先进、最科学的水利杰作,其中传统结构如“竹笼”、“羊圈”用竹木为材料,用江河中的卵石构成完整的建筑构件,用于堤坝、围堰、护岸护坡等不同用途的工程中。生态格网工艺就是在都江堰使用的竹笼”、“羊圈”工艺的基础上进行发展,用经过特殊处理的钢丝作为材料取代竹木,由机械编成网片,组装成笼,里面回填石料,用于各种堤坡防护工程。
  生态格网结构是一种重力式的柔性结构,它是由特定的金属线材网箱内填卵石或碎石材料而成的组合体,是由多绞的、六边形网目的网片或加筋网片结合建筑物的尺寸将网片裁剪后组装成的绿滨垫、固滨笼等结构单元的新型的支挡结构。生态格网结构具有透水性,无需传统结构的排水设施,节省工序。生态格网结构可按设计意图,工厂化生产制作出半成品,施工现场按施工图进行组装定型。整体工法操作简便、工序少、无需特殊的技术工人、受气候干扰小,整体施工效率颇高且效果易于保证。在有机械进行配合的时候,更加能够加快施工进度。工人无需特别培训。同比此类结构的施工效率很高(是传统结构的施工效率2到3倍),可以大大减少施工周期。
  堤防工程堤身结构型式应按因地制宜、就地取材、合理利用土地的原则,根据堤段所在的地理位置、重要程度、筑堤材料、施工条件、运用和管理要求、环境景观、工程造价等因素,经技术经济比较确定。结合勐岗河河道治理工程情况,堤型方案选择主要从以下几方面进行考虑。
  1.1结合当地建材供应及施工技术
  元谋县勐岗河河道治理工程治理段现状河床拥有大量河道采砂后剩余鹅卵石,生态格网结构填充所需石头可以采用浆砌石、干砌石等无法利用的碎石或鹅卵石,石头成本较低,可以大幅度降低造价,相对于混凝土、浆砌石等传统结构具有一定的经济优势。
  1.2抗冲性
  工程所在地年降雨量充沛,雨强较大,河道属山区河流,径流面积大,洪水来得猛,走得快,洪水过程具有陡涨陡落的特点,护岸工程除满足行洪安全要求外,还需具有较强的抗冲刷能力,防止护岸再次淘刷、冲蚀,同时工程建成后,运行、管理和维修必需要方便。生态格网结构在工地现场组装成型,相互绑扎成整体,属于典型的柔性防护结构,具有很强的柔韧性及变形能力,尤其能够适应基础的不均匀沉降。美国科罗拉多州立大学对不同流速下网垫(箱)模型的试验结果表明,临界流速可达6m/s(指网垫(箱)中的填石不产生移动的流速),极限流速可达8m/s(指虽然填石移动导致网垫(箱)变形,但流速仍在可接受的范围内)。
  1.3透水性、生态环保性
  生态格网结构具有天然的透水性,可以实现河水和结构后土体的自由水交换,增强水体的自我净化能力,改善水质,促进植被生长和生态系统的恢复,为各类水生动植物提供生存空间,维持生态系统的平衡。同时可以迅速降低结构后填土内由于降雨等原因导致的过高地下水位,消散孔隙水压力,维持土体强度,降低发生滑坡的危险。生态格网结构不需要水泥等污染水质和环境的人工材料,对环境不会造成太大的破坏,且自然界易于修复这种工程破坏。
  1.4美观性、耐久性
  生态格网结构无论是内部的填石还是后期长出的绿色植被,都能够很好的与周围的自然环境相互融合。生态格网结构由具有优良防腐性能的钢丝经过机械编织,组装而成,优良的镀层工艺和编织技术,保证了镀层厚度的均匀性和抗腐蚀性。一般来说铰好的生态格网结构在自然环境可达50年,差的有腐蚀的环境能够使用30年左右。   元谋县勐岗河河道治理工程保护对象主要为农田防护,两岸拥有大量耕地,为了少占耕地、充分利用河床里面的鹅卵石和开挖料、按照生态治河理念,河堤为土堤,堤身断面型式为直斜复合式。生态格网结构具有传统浆砌石、混凝土护坡、护岸结构无法比拟的优势,堤身内侧下部采用固滨笼挡墙护脚,上部采用空心砖框格草皮护坡,背水坡采用植草护坡。
  2.生态格网结构的施工工艺及质量要求
  2.1固滨笼砌体要求
  固滨笼砌体应按照设计平面进行布置,层与层间砌体应纵横交错,上下联结,不允许出现“通缝”;每层固滨笼组均应适当摆放为“丁”字箱体。
  2.2生态格网固滨挡墙施工要点
  (1)运到施工现场的生态格网组装成固滨笼首先拉直边网片、端网片和隔片,组装时确保所有折缝位置正确,固滨笼组应按设计图示位置依次安置,并按设计要求定位,定位时需挂线调整平整度。其次间隔网与网身应成90o相交,经绑扎形成长方形或正方形固滨笼或固滨笼组,绑扎用扎丝由边缘起连接,绑扎丝应用网丝同材质的钢丝,每一道绑扎应是双股线并绞紧,钢丝的末端应向里折。
  (2)固滨笼间隔网与网身的四处交角各绑扎一道;间隔网与网身交接处每间隔20cm~25cm处绑扎一道。
  (3)相邻固滨笼组上下四角各绑扎一道;相邻固滨笼组上下框线或折线每间隔20cm~25cm绑扎一道;相邻固滨笼组网片结合面每平米绑扎2处;绑扎相邻边框线下角一道时,如下方有固滨笼组,应将下方固滨笼一并绑扎连成一体;各层箱连接完成后可用长6m以上的木杆或铁杆顺层箱边缘临时固定,保证箱体装料后边缘线顺直流畅。
  (4)箱体封盖时顶部封盖石料应砌垒平整;用封盖夹固定每端相邻结点后再绑扎;封盖与固滨笼边框相交线间隔20cm~25cm 绑扎一道。
  (5)回填土施工应以机械摊铺为主,人工配合为辅,松铺土高出5cm~10cm后进行压实,机械运行方向应平行于墙面;由中间向两边碾压,先轻压后重压,直至规定压实度;墙面1m范围内应用人工或小型冲击机械夯击压实,重型压实机械应距离固滨笼至少1m。
  (6)固滨笼绑扎方式也可采用螺旋式缠绕绑扎或采用扣件绑扎。
  (7)为了保证迎水面平整、美观,固滨挡墙组装施工时应对墙前顺直度进行控制,可采用模板或者钢管固定。
  2.3生态格网绿滨垫施工要点
  (1)绿滨垫组应按设计要求定位,并依次安置,定位时应挂线调整平整度。
  (2)拉直边网片、端网片和隔片,组装时确保所有折缝位置正确,相邻绿滨垫可靠连接。
  (3)间隔网与网身应成90o相交后才可绑扎,每道绑扎应使用扎丝双股线并绞紧。
  (4)绿滨垫组间隔网与网身四处交角需各绑扎一道;间隔网与网身交接处每间隔20cm~25cm绑扎一道。
  (5)铺设河床部分绿滨垫隔片时应垂直于水流方向,铺设岸坡时隔片应平行于水流方向;铺设陡坡时应在距顶部网片以下2m处或按工程要求打入硬木桩固定。
  (6)施工封盖时面层石料应砌垒整平;封盖网与网身、间隔网间相交边框线,每间隔20cm~25cm绑扎一道。
  (7)水流直冲位置的绿滨垫施工时,应在绿滨垫的底网片与顶网片之间垂直安装支撑钢筋。
  (8)绿滨垫绑扎方式与固滨笼相同。
  (9)为了保证坡面顶部的顺直度,绿滨垫护坡施工时可采用模板或者钢管固定。
  2.4生态格网加筋固滨挡墙施工要点
  (1)安放加筋固滨笼的地基应进行开挖或回填压实处理,处理地基时,要将表面推平,铲掉松散物质及植被。
  (2)拉筋带铺设时底面填料应碾压密实、平整,要求将筋带拉直、拉紧,平铺不重叠,无卷曲、不扭结或皱褶,与挡墙面垂直,尾部成均匀辐射形状。与墙面连接要牢靠,不得有硬质、尖锐棱角的填料直接接触。
  (3)墙面外转角处两侧相邻4个固滨笼上增设拉筋带,增加结构稳定。
  2.5填料施工
  (1)填料时,应同时均匀地向同层的多个箱体同时投料,不允许向单格箱体内一次性投满,填充材料顶面宜高出结构体3cm~5cm,且密实。一次性封盖并用同材质的扎丝或扣件连接。
  (2)填料时,要求箱体放置平整,每层投料厚度控制在30cm以下,用小碎石进行充填孔隙,调整箱体外形。外侧填充石料表面应人工或机械砌垒整平。
  (3)固滨笼内填筑石块尺寸应满足1.5D~2D(D为铰合中心线的轴线距离),不在外表面的填料可有15%的超出该范围。
  (4)高度为1m的固滨笼单元在1/3和2/3高度处的箱格内部连接加强钢丝绑扎;高度为0.5m的单元在1/2高度处绑扎;水平方向保证每一个单元格至少有2组加强钢丝;内连加强钢丝应连接格室的外露面及其对面。
  (5)生态格网内的填充料石料尺寸宜在80mm~250mm之间,其中60%的石料尺寸在100mm~200mm。石料从网袋开口处放入,填筑好后,拉紧端口钢丝并绞紧,形成网袋。填料时严格控制防止损坏镀层,必要时手工操作减小石料间空隙。
  (6)为了防止发生渗透破坏,态格网结构与回填土体之间须铺设土工布,土工布在顶部和底部应超出边界不少于0.3m。
  2.6质量控制
  2.6.1质量控制应符合下列规定:
  (1)施工单位应建立健全完善的质量保证体系,建设、监理单位应建立相应的质量检查体系,分别承担工程质量的自检和抽检任务,实行全面质量管理。
  (2)工程质量检测人员所需资质条件以及工程质量检验的职责范围、工作程序、事故处理、数据处理等要求,均应符合水利水电工程施工质量评定规程的相关规定。
  (3)应保证检测成果、材料检验资料的真实性,不得伪造或任意舍弃成果和资料;质量检测记录应妥善保存,不得涂改或自行销毁。   (4)生态格网结构防护工程施工质量控制应包括内在质量控制和外观质量控制:①应在每一道工序进行自检、抽检合格后,方可继续下道工序。质量检测部位应有代表性,且应在面上均匀分布,不得随意挑选;②隐蔽工程应会同监理一起检验,或拍照留底;③生态格网所使用的材料应符合国家现行有关标准的要求;④施工过程中要进行竖向位移的监测。
  2.6.2固滨挡墙施工质量控制应符合下列规定:
  (1)生态格网固滨挡墙基础、基坑尺寸、高程、位置应符合设计要求。
  (2)基础承载力不满足设计要求的需对基础进行处理。
  (3)固滨笼组拼装工艺、拼装程序应符合上述规定,表面无开裂现象。
  (4)固滨笼组几何尺寸抽检高度H允许偏差±5%,宽度B允许偏差±5%,长度L允许偏差±5%。
  (5)填充石料施工工艺、程序应符合设计要求。
  (6)固滨挡墙平面位置施工允许偏差±40mm;高程允许偏差±30mm。
  (7)固滨挡墙墙后回填土宜分层夯实,应按现行国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202)施工。
  (8)土工布的施工质量应符合要求。
  2.6.3绿滨护坡施工质量控制应符合下列规定:
  (1)铺设绿滨垫的铺设面平整度、土体密实度应符合设计要求。
  (2)铺设面的平面位置、高程符合设计要求。
  (3)土工布的施工符合规定。
  (4)绿滨垫组拼装工序、工艺符合上述规定。
  (5)绿滨垫高度H允许偏差±5%;宽度B允许偏差±5%;长度L允许偏差±5%。
  (6)填充石料的施工程序、施工工艺应符合规定。
  (7)绿滨垫面的平整度相对高差不应大于50mm;护坡顶部顺直度每5m允许偏差±50mm。
  3.结束语
  生态格网被广泛应用于江河湖海护坡、护岸、交通工程、水土保持工程等领域。近年来,该技术在我省正处于推广发展阶段。目前,我州元谋县勐岗河河道治理工程首先采用该项新技术、新材料,并取得了很好的效果。从技术、经济综合考虑:对于多泥沙的山区河道,河床里面鹅卵石多,河水陡涨陡落,流速快,对基础冲刷大,采用生态格网能取得很好的治理效果。生态格网不失为一种多、快、好、省的新型堤防生态护坡结构,值得推广。
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