淺談生態賓格網在護坡設計中的選擇與應用

劉立橋

（無錫市泓利工程監理有限公司，江蘇無錫 214000）

1 問題的提出

隨著賓格網在河道生態護坡中的應用越來越廣泛，賓格網應用于河道生態護坡的設計理論越來越值得設計者關注。筆者根據近幾年對賓格網在河道護坡應用中的監理實踐，從不同的工程設計圖紙可看出，對河相關系相近的河道，賓格網護坡的設計也存在很大不同，說明其在設計理念上存有差異。大多數的設計者往往依據賓格網的規格和技術指標直接進行河道護坡設計，而不是根據河道的特性有針對性地計算得出的技術指標來選擇賓格網，這樣的設計往往會出現賓格網的規格和技術指標不能滿足河道要求，或出現賓格網的規格和技術指標大于根據河道所計算出的技術指標。筆者根據軟體排石籠護坡設計理論并結合賓格網的特性，提出賓格網應用于河道護坡的設計理論，以供參考。

2 賓格網的特性

賓格網是一種柔性結構，是由特定的金屬線材箱體內填卵石或碎石材料而成的組合體，是由多絞的、六邊形網目的網片或加筋網片結合建筑物的尺寸將網片裁剪后組裝成綠濱墊、固濱籠等結構單元的新型護擋結構（如圖1）。

賓格網體（賓格網內填卵石或碎石材料，實際是石籠）應用到河道或湖泊的護岸工程中，主要具有以下特點：

2.1 柔性好

賓格網體能夠靠自身的重力適應河道岸坡的變形，即隨著岸坡面的變形而變形，使得賓格網體能夠與岸坡面緊密接觸。

2.2 整體性好

賓格網由前后端板、蓋板、底板、隔板、邊板組成，形成封閉的腔體。賓格網是用抗腐蝕、耐磨損、高強度的熱鍍鋅、鋅-5%鋁-混合稀土合金、鋅-10%鋁-混合稀土合金或者包覆PVC 的以上同質鋼絲，采用機械鉸合編織成的多鉸狀、六邊形網孔的網片。內裝填卵石或碎石后，形成一定長寬高的石籠體，使得網片和碎石形成一體，其整體性大大高于散堆的卵石或碎石。

圖1 新型護擋結構圖

2.3 節省投資

由于賓格網內填充的主要是卵石或碎石，其來源廣泛，多數是塊石或料石的邊角廢料，往往可就地取材，因此價格便宜。

2.4 適于水陸交換

采用賓格網體護坡，能夠保證岸坡的水陸交換條件，以達到一種土體和生物相互涵養、適合生物生長的仿自然狀態，且景觀性好。

3 賓格網護坡的設計步驟

3.1 計算河道護坡的技術參數

河道護坡主要參數是岸坡長度L護坡，護底長度L護底，護坡石塊的尺寸d。

3.1.1 護坡長度L護坡和護底長度L護底的計算

岸坡長度L護坡可以直接從設計河道橫斷面圖上截?。ㄈ鐖D2），而護底長度L護底的計算則是根據護岸處的沖刷坑△hp確定，護底長度必須達到L護底≥△hp才能滿足護坡的抗沖刷效果。沖刷坑的計算公式有著不同的適用條件，如：水流平行岸坡產生的沖刷坑計算、水流斜沖防護岸坡產生的沖刷坑計算等。筆者以水流斜沖防護岸坡產生的沖刷坑為示例。

沖刷坑計算公式：

式中：

△hp—從河底算起的局部沖深，m；

α—水流流向與岸坡的交角，°；

m—防護建筑物迎水面的邊坡系數；

d—坡腳處土壤計算粒徑，cm；

vj—水流偏斜時，水流的局部沖刷流速，m/s。

計算vj時，分為有灘地河床和無灘地河床的計算，現僅計算無灘地河床vj。其計算公式：

式中：

Q—設計流量，m3/s；

ω—原河道過水斷面積，m2；

ωp—河道縮窄部分的斷面積，m2。

根據計算出的△hp值，再依據護坡的邊坡系數m 確定護底長度L護底。

3.1.2 護坡石塊的尺寸d 的計算

護坡石塊尺寸的確定，按其折算直徑考慮，具體計算公式為：

圖2 設計河道示意圖

式中：

d—石塊的折算直徑，m（取d=0.85dM）；

m—邊坡系數；

rs、r—分別為石塊及水的重率；

hB—波高，m；

A—系數（堆石護坡A=0.80，砌石護坡A=0.64，方塊石的鋪石護坡A=0.54）。

系數A 與邊坡系數m 有關，如表1 所示。

表1 A 與m 的關系表

式中：

ω風速—風速，m/s；

S—吹程，km。

式（4）在S≤10 km、ω風速=10～20 m/s 時，最符合實測值。

由于計算塊石的平均折算直徑dM時，通常不考慮賓格網的作用，只考慮由塊石組成的護坡防護體中單塊塊石的穩定即可。平均折算直徑dM的大小主要由堆石形態、風速、邊坡系數及吹程等因素決定，故只要計算出dM值就可以計算出平均折算直徑dM。護坡所選的塊石平均直徑一定要大于計算出的平均折算直徑dM，這樣單個塊石才穩定，單個塊石穩定了，由塊石組成的護坡體也就穩定了。

3.2 賓格網規格的選擇

本著小于1.5 倍的平均折算直徑dM的標準，確定賓格網的孔徑；以大于1.5～2.0 倍的平均折算直徑dM的標準，確定賓格網的高（厚）度。

通過以上闡述，完全可以計算出賓格網在河道生態護坡的技術指標，即河道護坡主要參數：岸坡長度L護坡、護底長度L護底、護坡石塊的尺寸d、賓格網規格、賓格網的高（厚）度。

4 計算實例

某蜿蜒性河流凹向河岸采用賓格網護坡（如圖2），50年一遇的河道設計流量為450 m3/s，吹程為2.5 km，河道過水斷面面積ω=180 m2，河道縮窄部分的斷面面積ωp=0.0 m2。水流流向與岸坡的交角α=30°，邊坡系數m=2.0，風速級別為7 級，相應風速為17 m/s，坡腳處土壤計算粒徑d土壤=2.0 cm，塊石的重率rs=2.65 kg/m3，水的重率r=1 kg/m3。

4.1 計算河道護坡的技術參數

4.1.1 岸坡長度L護坡

取定AB 長度為岸坡長度L護坡，L護坡=9 m。

4.1.2 護底長度L護底

（1）首先計算波高hB，由（4）式可得：

（2）計算水流的局部沖刷流速vj，由（2）式可得：

（3）沖刷坑深度計算，由（1）式可得：

（4）最后確定護底長度L護底為：

L護底=m△hp=2×112=224 cm?？紤]不確定的安全因素，取定護底長度BC=L護底=300 cm 為設計長度。

從圖2 可知，BC 段是設計護底長度，該段通過設計流量Q設計時，水流對河底的下切，多次沖刷形成沖刷坑△hp并淤積。BC 段受重力作用，從C 端開始逐步隨沖刷坑的形成而逐步下沉。經過多次的沖刷和淤積使得BC 段逐步變成BD 段，從而使護底L護底的空間位置發生了變化。這樣，護坡體ABD 像帷幕一樣承受著河水的沖刷，并牢牢保護著岸坡體不崩塌。

4.1.3 護坡石塊的尺寸d 的計算

根據設計類型分析，賓格網護坡可視為干砌石護坡，可取A=0.64，由表1 可知，當m=2.0 時，K=1.2。

由式（3）可得：

故塊石平均折算直徑dM≥0.299 m。

4.2 確認賓格網河道生態護坡的技術指標

4.2.1 河道護坡的主要參數

岸坡長度L護坡=9m，護底長度L護底=3 m，護坡石塊的尺寸d≥0.299 m。

4.2.2 確認賓格網規格和厚度

根據計算出來的塊石平均折算直徑dM≥0.299 m，即只要塊石或卵石平均折算直徑大于0.299 m，均可作為碎料填空隙，賓格網厚度為0.3 m。

賓格網的材質、長度、寬度等指標可根據生產廠家的具體情況而定。

5 結束語

依據河道沖刷理論，闡述賓格網應用于河道生態護坡的設計理論，該理論是建立在軟體排石籠護坡設計理論基礎上并結合賓格網的特性提出的。在計算護坡石塊（穩定）的尺寸（d）時，未考慮賓格網的作用，主要原因是考慮賓格網在受到最不利破壞的情況下，洪水對岸坡（或河底）沖刷時塊石的穩定性。在塊石穩定的前提下，選擇穩定的塊石尺寸，以確定賓格網的規格，做到最為經濟合理地選擇賓格網。