浅析大凌河石笼护岸工程设计及应用

胡 艳

（沈阳顺源德工程咨询有限公司，辽宁 沈阳 110000）

随着经济的发展和人民生活水平的提高，加速农村中小河流综合治理，对推动美丽乡村建设具有重要意义。十九大报告中重点关注农村发展、农村现代化建设，坚定走生态良好的文明发展道路，创造良好的生产、生活环境。因此，针对农村河道岸坡受水流冲刷破坏的问题，通过建设生态护岸，保护岸坡，保证河道原有的行洪断面，恢复河道生态功能，通过农村河道治理与美丽乡村建设有机结合，加速社会主义新农村的建设。本文以大凌河支流农村段河道治理为背景，结合实际情况，对生态护岸方案及石笼型式进行对比。

1 工程概况

大凌河是辽宁省西部地区最大的河流，上游分南、西两支，南支发源于辽宁省建昌县要路沟乡水泉沟，西支发源于河北省平泉县宋营子乡泉子沟，两支在喀左县大城子镇东南汇合后，流经朝阳县、朝阳市区、北票市、义县、凌海市，于盘锦市与凌海市交界处注入渤海。大凌河在辽宁省境内面积为19998 km2，占全流域面积的86%，大凌干流（含源头区）河道全长522 km（南支河长108 km，西支省内河长75 km，南、西支汇合口至入海口河长 339 km）[1]。

大凌河流域涉及辽西5市10县7区，中上游以险工治理为主，规划既要满足防洪减灾的需求，也要满足维护河流健康的要求。项目区基本情况见表1。

表1 项目区基本情况表

2 护岸型式比选

2.1 方案比选

结合目前常用的护砌材料和工程的具体情况，对石笼护岸、生态混凝土、植草砖这三种护岸型式进行方案比选[2]，见表2。

表2 生态护岸形式比选

由于工程所在地施工基础条件差，项目资金有限，故选择石笼护岸。

2.2 石笼护岸型式

结合四个项目区的不同情况，提出四种不同型式的护岸石笼。具体为：下三家河的贴坡石笼直立基础（图1）、顾洞河的直立式挡墙（图2）、渗津河的直立式石笼水平防护（图3）、渗津河的贴坡石笼水平防护（图4）、细河的贴坡石笼水平防护（图5）。

图1 下三家河贴坡式石笼直立基础

图2 顾洞河直立式挡墙

图3 渗津河直立式石笼水平防护

图4 渗津河贴坡式石笼水平防护

图5 细河贴坡式石笼水平防护

通过多年大凌河支流工程治理实际经验得出：岸坡陡峭、空间不足处选用直立式石笼，坡缓、空间充足处选用贴坡式石笼，而石笼岸坎后是允许淹没过水，但不允许破坏，故防护高度可根据具体现状实际岸坎高度确定。

3 石笼护岸设计

3.1 冲刷深度计算

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）的冲刷计算公式确定石笼的埋深，四种形式冲刷分别见表3。分别计算项目中险工段各断面冲刷深度，确定平均冲刷深度，综合考虑项目区情况确定取值[3]。考虑施工工艺要求，采用水平石笼防护取代垂直埋深的，水平防护宽度为3倍冲刷深度。局部冲刷深度计算公式为：

式中：hs为局部冲刷深度，m；Ucp为近岸垂线平均流速，m/s；Uc为泥沙的启动流速，m/s；Hp为冲刷处的水深，m；n为与防护岸坡在平面上的形状有关，取1/4～1/6。

表3 冲刷计算表

由表3可知：四条河道典型局部冲刷深度，分别取多处位置计算平均冲刷深度，综合考虑顾洞河石笼工程埋深取1.3 m，下三家河石笼工程埋深取1.5 m；渗津河、细河埋深均取2.0 m，水平石笼防护长取6 m。

3.2 护岸设计

石笼网箱采用直径10号镀锌铁丝线编制而成（其中边丝和揪子裸线直径3.2 mm，网丝裸线直径2.7 mm），项目不同石笼网箱具体尺寸不同，石笼之间应纵横交错避免出现“通缝”，同时采用揪子双线绑扎。网箱内块石由人工砌筑，块石粒径介于15 cm～30 cm，粒径较小的块石摆放在网箱中部，网箱空隙率不大于30%，块石强度不小于30 MPa。贴坡式石笼坡比不宜大于1∶2，直立式石笼错台不宜小于0.3 m。

（1）护坡石笼防护厚度计算

以渗津河坡式石笼水平防护为例，根据下列公式计算石笼防护工程中填石的平均粒径Dm，当用于河道转弯处外侧填石Dm乘以系数1.2[4]。

式中：Dm为填石的中值粒径，50%的填石粒径超过该值；S0为粒径安全系数，本次取1.5；CS为填石稳定系数，大多数情况为0.1；Cv为流速分布系数，Cv≥1.0，在堤和混凝土渠道的端部一般为1.25；d为流速V处局部水深（m），本次取4.80；γS为填石的重度，kN/m3，本次取 25 kN/m3；γw为水的重度，kN/m3，本次取9.8 kN/m3；V为断面评价流速，m/s，通常取水面以下0.6倍水深处流速，或者取0.2倍、0.8倍水深处流速平均值，本次取3.2；g为重力加速度，为9.81 m/s2；K1为边坡修正因子，坡度1∶1 取 0.46，1∶1.5 取 0.71，1∶2 取 0.88，1∶3 取 0.98，1∶4以上取1.0。

经上式计算后，所用的填石中值粒径为0.1 m，根据实际情况，填石粒径采用15 cm～30 cm之间，网孔尺寸为11 cm×13 cm。填石粒径确定后，确定护坡厚度。

式中：t为护坡的最小厚度。实际使用中应选用厚度不小于t的标准规格防护网垫。

经计算，t为0.2 m，结合现场实际情况、防护安全和施工等因素的影响，确定护坡厚度为0.4 m。

（2）护岸工程稳定计算

对照土壤类型，依据国家标准《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）中的规定，在正常运用条件下，土坡抗滑稳定安全系数取1.10。计算以瑞典条分法（即圆弧法）为原理，使用理正5.1版边坡稳定分析软件进行计算，计算结果见表4。

表4 护岸抗滑稳定安全系数计算表

由表4可知，上述石笼型式均满足稳定性要求。贴坡式坡比大于1∶2及直立式错台大于0.3 m的情况下，所求得的最小安全系数Ks大于最小安全系数1.10。

（3）绿化工程

贴坡式石笼坡面可覆盖种植土，厚度大于0.5 m，种植植物，利用绿色植物根系与石笼空隙土壤相结合，起到防洪固坡的作用，可有效增大绿化面积。绿化工程既能防止河岸坍塌和水土流失，还能使水域、岸坡与土壤之间相互结合，净化水质，为不同的动植物栖息营造出适宜的环境条件，形成丰富、稳定的生态系统。

4 结语

大凌河支流河流水量较少，季节性特点突出，弯曲河段汛期冲刷严重，其中支流更为明显，而石笼护岸主要应用在河道险工中。随着技术的不断成熟，石笼应用型式也逐渐变化。在实践中总结经验，农村河道护岸工程中石笼基础部分水平式较直立式更为适用，同时石笼护岸工程与绿化工程可结合应用。以接近自然、模拟自然为建设理念，充分考虑动植物的生存环境，护岸工程与生态规划相协调，对建设“水清、滩绿、岸稳、景美”的生态自然河道及实施乡村振兴战略具有重要意义。