湖南省永顺县水利水电服务中心 湖南省永顺县 416700
摘要：文章以牛路河车坪乡河段治理工程为例，介绍其治理工程中的工程任务和规模设计，研究雷诺护垫设计和格宾笼挡墙设计内容以及在此河段治理工程中的应用情况，以供参考。
关键词：河段治理工程；工程设计；格宾挡墙；雷诺护垫
1工程概况
牛路河为中小河流，河流治理工作相对大中河流一直滞后，主要工程建设是20世纪50～70年代通过群众自发投劳进行治理，工程措施简单，许多堤防为土堤、士砌石堤，防洪标准低，几乎未设防。暴雨来袭，山洪暴发，只能任由河水泛滥，“大雨大灾，小雨小灾，无雨旱灾”的局面。
本工程河段位于永顺县塔卧镇至车坪乡之间，工程范围内河道总长12.75km，河段现有河道基本处于无设防状态。该河段内的人工活动使植被破坏很严重，土壤蓄水保水能力减弱，水土流失仍十分严重，河床冲刷和淤积矛盾相当突出，河道淤积萎缩严重，河床局部抬高，影响了河道的泄洪能力，严重威胁着沿岸居民生命财产安全。
2工程任务与规模设计
2.1该河段存在的主要问题
无蓄水防洪控制性枢纽工程，没有蓄洪调洪能力。河道蛇曲蜿蜒、河道狭窄，冲刷淤积严重，抬高了河床，降低了行洪能力，水位相应上升，对村镇和农田造成灾害。河道坡降陡，洪水陡涨陡落，受冲刷和浸没后的河岸崩塌严重。占用河道严重，人为造成灾害。在河道上或行洪区修房、筑舍、倒碴，人为的造成瓶颈卡口，束窄河床，严重影响河道行洪。
2.2工程任务
通过建设和完善必要的防洪设施，提高防洪标准，增强塔卧镇、车坪乡两个乡镇所处河段抵抗自然灾害的能力，改善生态环境，保护人民生命财产安全，保障社会稳定，为沿河区域的经济发展创造有利条件。
2.3工程规模
根据河段地形特点确定防洪工程设计总体方案为“河道护岸+河道清淤疏浚”，护岸型式为雷诺护垫+格宾笼基础。本次设计牛路河河流治理工程主要布置在塔卧镇干流、塔卧镇支流、车坪乡干流三处河段，护岸总长度8.072km，范围如下：(1)车坪乡干流河段左右护岸长3353m；其中左岸格宾挡墙+雷诺护垫长1953m；右岸格宾挡墙+雷诺护垫长1350m；右岸浆砌石挡墙+雷诺护垫长90m。(2)塔卧镇干流河段左右护岸长3679m；其中左岸格宾挡墙+雷诺护垫长2089m；右岸格宾挡墙+雷诺护垫长1455m；浆砌石挡墙+雷诺护垫长135m。(3)塔卧支流河段左护岸长1040m，桩号2+360-3+560；(4)疏浚清淤治理长度1020m，其中塔卧镇4处454m，车坪乡2处566m。在河道两岸居民点附近下河道路的部位设置踏步等便民设施，共需修建下河踏步62处。
3雷诺护垫概述
3.1雷诺护垫设计的特点
(1)柔性结构设计：雷诺护垫采用柔性结构设计及高伸张率的低碳钢丝。其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。(2)生态环保性：首先整体结构并没有采用任何污染性材料，结构主材料石材为自然界中寻找，附加的限制性材料钢丝网对于自然也没有任何污染，工程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。(3)美观性：无论是内部的填石还是后期长出的绿色植被，都能够很好的于周围的自然环境相互融合，插植等人工方式更可以使外观达到人为的设计视觉效果，美化环境。(4)耐久性：采用厚镀高尔凡方式进行防蚀处理的钢丝具有较强的耐久性能，雷诺护垫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，由于结构的整体性以及和自然环境融为整体，所以在镀层损失的情况下，不影响结构的稳定性。(5)自透水性：雷诺护垫具有天然的透水性，一来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；二来无需传统结构的排水设施，节省工序，加快施工效率。(6)独立性和整体性：雷诺护垫单元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，可以适应地基的不均匀沉降。(7)施工便捷、效率高：雷诺护垫可按设计意图，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），也就是说，可以大大减少施工周期。(8)经济性：雷诺护垫填充所需石头可以采用浆砌石、干砌石等传统结构无法利用的碎石或鹅卵石，石头成本较低，相对于混凝土等传统结构具有一定的经济优势。
3.2雷诺护垫计算原理
护坡工程中的基本原理是防护材料的抗冲能力和水流的冲刷能力的对比，当防护材料的抗冲流速大于水流的冲刷流速时，防护材料可视为稳定的防护体，不会在水流的冲刷下发生位移，从而起到抑制冲刷的发生，保护基础层的稳定，从而达到维持堤岸（坝体）的稳定的最终目的。
雷诺护垫防护体系的防护基本原理也是如此，当雷诺护垫防护体系的抗冲能力大于实际的冲刷时，该防护体系就可以认为是成功的。而雷诺护垫的抗冲能力主要由两方面因素所提供：雷诺护垫内部填石自身的抗冲能力，以及钢丝网箱所能提供的限制石料位移的能力。然而在实际工程设计中，通常不会将这两方面因素分开考虑，而是采用将整个雷诺护垫防护体系视做一个整体进行考虑，综合考虑雷诺护垫系统的抗冲能力和雷诺护垫防护的厚度、石料粒径大小、以及雷诺护垫自身的力学性能。目前在雷诺护垫防冲系统的设计思维中，主要有两种方式来确定雷诺护垫防护系统能否满足工程实际需求：牵引剪切力方式和对应抗冲流速方式。本次设计平均流速Vcp≤3m/s雷诺护垫采用170mm厚，平均流速Vcp＞3m/s雷诺护垫采用230mm厚。
4雷诺护垫工程设计
4.1雷诺护垫设计安全分析理论
确定护坡厚度的公式为：
式中：△——护坡体系的相对密度，无量纲， 
，其中，ρs为石料的密度，ρW为水的密度，考虑石料中的空隙，一般对于雷诺护坡，取0.9到1.0；D——保证护坡安全的特征厚度；Φ——边坡稳定系数，对于雷诺护垫一般取0.75；Ψ——表征护坡防护能力的系数，对于雷诺护垫一般取0.07；Kt——表征水流紊动剧烈程度的系数，对于山区河流取2.0；Kh——表征水深的影响系数，Kh＝2/（log（12h/ks））2；ucr——临界流速；Ks——边坡系数，Ks＝
，其中:α为坡角，θ为石料休止角，一般取41°。
4.2材料设计参数及要求
图4.1 雷诺护垫构件图
雷诺护垫是将低碳钢丝经机器编制而成的双绞合六边形金属网格组合的工程构件，在构件中填石构成主要用于冲刷防护的结构。护垫所用钢丝采用镀高尔凡（5％铝—锌合金＋稀土元素）防腐处理。雷诺护垫为一次成型产品，隔板为双隔板，除盖板外，边板、端板、隔板及底板由一张连续不裁断的网面组成，不可采用单独的双层折叠网面通过绞合在底板上作为双隔板。
镀层附着性要求：镀高尔凡层附着力检验采用缠绕试验方法，并应达到如下标准，当镀高尔凡钢丝绕相当于自身直径2倍的芯轴紧密缠绕6圈时，用手指摩擦钢丝，其镀层不会剥落或开裂。钢丝缠绕标准：网面裁剪后末端与端丝的联接处是整个结构的薄弱环节，为加强网面与端丝的连接强度，需采用专业的翻边机将网面钢丝缠绕在端丝上≥2.5圈，不能采用手工绞。绞边技术要求：钢丝必须采用与网面钢丝一样材质的钢丝，为保证联接强度需严格按照间隔10～15cm单圈—双圈交替绞合。
4.3装填石料要求
填充物采用卵石、片石或块石，要求石料质地坚硬，强度等级MU30，比重不小于2.5t/m3，遇水不易崩解和水解，抗风化。雷诺护垫要求石料粒径D70～150mm为宜；填石空隙率不超过30％。薄片、条状等形状的石料不宜采用，风化岩石、泥岩等亦不得用作充填石料。
4.4雷诺护垫护岸抗滑稳定计算
根据《堤防工程设计规范》护坡整体稳定计算包括护岸基础基土的滑动和沿护坡底面的滑动，雷诺护垫护坡稳定计算按下式计算：
抗滑稳定安全系数：Kc＝
P1＝KM1sina1-f1W1cosa1
P2＝KM2sina2+kkP1cos(a1-a2)-w2cosa2tanψ-ct/sina2-P1sin(a1-a2)tanψ
式中：f——护坡与土的摩擦系数；ψ——基础的内摩擦角（°）；c——基础土的凝聚力（kn/m2）；W——护坡体重（kn）；a1、a2、a3——滑动面与水平的夹角（°）；
本次设计对不同护高度的雷诺护垫护岸断面进行稳定计算，其抗滑稳定安全系数满足要求。稳定计算成果见下表4.1。
表4.1 雷诺护垫护岸典型断面抗滑稳定计算成果表
5格宾笼挡墙设计
5.1材料设计参数
格宾是将低碳钢丝经机器编制而成的双绞合六边形金属网格组合的工程构件，在构件中填石构成主要用于支挡防护的结构。镀层附着性要求：镀高尔凡层附着力检验采用缠绕试验方法，并应达到如下标准，当镀高尔凡钢丝绕相当于自身直径2倍的芯轴紧密缠绕6圈时，用手指摩擦钢丝，其镀层不会剥落或开裂。钢丝缠绕标准：网面裁剪后末端与端丝的联接处是整个结构的薄弱环节，为加强网面与端丝的连接强度，需采用专业的翻边机将网面钢丝缠绕在端丝上≥2.5圈，不能采用手工绞。绞边技术要求：钢丝必须采用与网面钢丝一样材质的钢丝，为保证联接强度需严格按照间隔10～15cm单圈一双圈交替绞合。
5.2装填石料要求
挡墙分1层，单个箱体平面尺寸为：1.0m，宽1.0m，高1.0m。格宾网网线外包裹1mm厚树脂层。加强型复合箱体的箱身结构选用110mm×140mm网孔，钢丝线径为3.0mm，箱身布设加强筋，钢丝线径为3.2mm。箱盖网选用70mm×90mm网孔，钢丝线径为2.6mm，编织网框钢丝线径为3.2mm。镀锌钢丝参数为：线径为2.6mm高镀锌钢丝单根强度大于420MPa，镀锌量大于250g/m2；线径为3.0mm高镀锌钢丝单根强度大于440MPa，镀锌量大于260g/m2；线径为3.2mm高镀锌钢丝单根强度大于460MPa，镀锌量大于260g/m2。网线外包裹树脂层延伸率大于200％。
填充物采用卵石、片石或块石，要求石料粒径D100～500mm为宜，容许不超过15％的粒径<100mm，但其不得用于格宾网格的外露面，空隙率不超过30％，要求石料质地坚硬，强度等级MU30，比重不小于2.5t/m3，遇水不易崩解和水解，抗风化。薄片、条状等形状的石料不宜采用。风化岩石、泥岩等亦不得用作充填石料。格宾面墙靠外侧30cm范围内采取干砌的方式进行施工。
6结语
格宾和雷诺护垫是一种新型环保生态材料，应用于中小河流治理工程中,既能够整治河道，又避免两侧河堤沿用原来浆砌石、混凝土护岸等施工工艺，对河道两岸起到环境保护和生态修复的功能。
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论文作者:符满群
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/27
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