雷诺护垫施工技术在资江河岸护坡工程中的应用

雷诺护垫施工 技术在资江 河岸 护坡工程中的应用

昌胜

桃江县桃花江灌区管理局 湖南桃江 413400

【摘 要】 江河水流流量大，流态复杂，洪水到来时引起的波浪，对河岸地质薄弱段的冲刷很大，造成资江河岸垮塌的现象严重。雷诺护垫作为一种生态护坡技术，结构具有投资小、整体紧凑、环保经济及施工方便等诸多优点。文章通过对传统非生态护坡存在问题的剖析，总结出生态护坡的特点和设计理念，对同类水利工程的实际应用有借鉴作用。

【关键词】 雷诺护垫 生态护坡 河岸护坡 施工工艺

江河水流流量大，流态复杂，洪水到来时引起的波浪，对河岸地质薄弱段的冲刷很大，造成资江河岸垮塌的现象严重。传统的水下抛石护脚、干砌石、浆砌石、混凝土预制块和现浇混凝土护坡等刚性护砌方法，适应河床土壤不均匀沉陷性能差，对水循环造成阻断，对生态环境极易造成破坏。

随着社会的发展，人们对自然界的认识逐步加深。河岸护坡也由传统护坡转向生态护坡，雷诺护坡作为一种较好的生态护坡形式，深受人们的喜爱。其研究最早由日本提出“亲水观念”，推出了植被型生态混凝土护坡技术，开创了生态护坡技术的先河；随后，法国把城市河岸建设成透水的草地，城市较低的地区或河岸滩地，开辟成公园、绿地球场、道路等，平时作为交通、公共娱乐场所，当洪水位较高时作为临时调蓄洪水设施；德国的河岸工程建设与环境保护和治理紧密结合。为不影响城市景观，城市附近的河岸采用了活动式河岸。平时河边没有河岸，人们可以尽情地与河水接触，增加人们的亲水性。当预报有洪水时，及时安装活动式河岸；我国生态护坡技术近年也有长足发展，应用生态砖、植被草、水力喷播植草技术、土工材料绿化网、植被型生态混凝土、水泥生态种植基、土壤固化剂等形式多样的生态护坡技术，推进了绿色水利的良性发展。

雷诺护垫作为一种生态护坡技术，是人们对水环境要求越来越高、追求与自然和谐相处的背景下逐步发展起来的。这一技术在1894年最先由马克菲尔公司开发并在意大利雷诺河的河岸整治工程中应用，结构具有投资小、整体紧凑、环保经济及施工方便等诸多优点，相关理论研究与设计方法亦已日趋成熟。主要应用于堤坡、岸坡防冲刷护砌和河（渠）床底、坡脚等淘刷防护。本文通过阐述雷诺护垫的技术原理和在资江河岸护坡工程的实际应用，归纳其应用价值，也论述了其生态环境效应。

1 雷诺护垫技术护坡的应用案例

1.1 工程概况

桃江县资水重要河段治理工程（鲊埠乡等四段岸坡防护），主要针对修山、白竹洲两个低水头电站库区淹没河岸的防护，涉及乍埠乡岸坡防护2.988公里；栗山河岸坡防护2.82公里；三堂街镇岸坡防护4.2公里；沾溪右岸岸坡防护0.93公里。项目总投资约4448.5万元。工程方案为：按防洪标准及设计规范进行河道岸坡防护处理，其中雷诺护坡就是其中最重要的施工内容。 雷诺护坡实施后的照片

1.2 护岸工程护坡型式

设计枯水位以上的护岸工程，主要防御风浪和水流冲刷岸坡，一般有浆砌块石护坡、混凝土预制块护坡和草皮护坡等形式。桃江县资水重要河段治理工程（鲊埠乡等四段岸坡防护），主要是对修山、白竹洲两个低水头水电站库区淹没河岸进行防护，部分河岸设计采用抛石固脚后再进行雷诺护垫护坡。在设计枯水位高程进行抛石固脚，固脚内侧开挖基槽，基槽设1m×1m格宾笼作挡墙，再往上作1∶2雷诺护坡。

1.3 护坡工程结构设计

（1） 雷诺护垫厚度计算。

根据《护岸设计》资料，河岸的裹护体的所需厚度在水的流速可知的情况下，可以采用下式进行计算：

式中 △——裹护体的相对密度；

D——雷诺护垫的厚度(m)；

u_cr——平均流速；

Φ——稳定参数，对于雷诺护垫取为 0.75；

C*——临界防护参数，对于雷诺护垫取为 0.07；

K_T——紊流系数，取 1.0；

K_h——深度系数，取 1.0；

K_S——边坡系数，

θ——河岸护坡的坡脚，当边坡为 1∶2 时为 26.6°；

Φ——雷诺护垫内填石的内摩擦角，采用 41°。

根据式（1），当水流流速为 3 m/s 时，如果采用雷诺护垫，厚度达到 0.23 m即可。 依照雷诺护垫的规格，选用0.23 m厚的雷诺护垫，综合考虑岸坡长度，本工程选用5m*3m*0.23m的雷诺雷诺护垫。

（2） 雷诺护垫的稳定计算。

稳定计算包括：雷诺护垫的抗漂浮校核、雷诺护垫抗边缘掀动校核、雷诺护垫抗顺坡下滑校核。

① 雷诺护垫的抗漂浮校核：河岸出险往往是在风雨交加的恶劣天气条件下发生的，因此，先要进行风浪作用下的稳定性计算。根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T 225-98），按照连锁压载考虑，要求的稳定系数 S_N＜5.7：

式中 H——浪高，取（1.1～1.5）m；

δm——雷诺护垫厚度，取 0.3 m；

γ′_γ——雷诺护垫的浮相对容重；

γ_α、γ_ω——雷诺护垫容重与水容重， 取22 kN/m³ 和

10 kN/m³；

求得：S_N=4.167，满足要求。

② 雷诺护垫抗边缘掀动校核：根据 SL/T 225-98 规定，当水下流速不大于按下式算得的临界流速 Vcr 时，则雷诺护垫是稳定的。

式中 θ——系数，按规范要求取 1.4；

g——重力加速度（9.8 m/s²）；

求得：Vcr=2.63 m/s， 作用于河底的水流流速一般在（0.8～1.5）m/s 之间，满足要求。

③ 雷诺护垫抗顺坡下滑校核：雷诺护垫的抗顺坡下滑稳定性计算考虑极限状态，即设计冲刷深度在 15.0 m的情况。护面稳定性的极限状态发生在石块将要移动的临界点，此时如果护坡上产生的剪应力小于临界剪应力，则护坡为稳定状态。 即：τ_m≤τ_s

式中 τ_m——作用于坡面的剪应力；

τ_s——临界状态下坡面上的允许剪应力。

其中：

临界状态下坡面上允许剪应力的表达式为：

式中 K_S——坡度参数；

θ——护坡的坡度，当边坡为 1∶2 时为 26.56°；

Φ——雷诺护垫内填石的内摩擦角，采用 41°。

计算表明，在最大冲刷水深的条件下，坡面上的剪应力 τ_m=0.025 9 kN/m² 小于采用雷诺护垫时的允许剪应力τ_s=0.076 8 kN/m²，雷诺护垫护坡是稳定的。

1.4 应用效果评价

（1）雷诺护垫施工完毕即可投入使用，避免了水泥砼结构需要一定时期养护，结构发挥效益需延时的问题。

（2）雷诺护垫作为整体性和柔软性良好的结构，较好的适应了河床土壤的局部沉降，并且通过内部的小变形可释放结构内的集中应力，不会产生结构性损伤。避免采用刚性砌体结构可能产生的不均匀沉降开裂、破坏点易迅速扩散的问题。

（3）雷诺护垫是一种生态性、透水性防护，能起到保护上五十年护岸的作用，达到了很好的效果。因此，雷诺护垫技术与环境高度融合，生态效果良好，值得推广应用。当地生态的原生性，利于环境的自然平衡。而刚性封闭式护砌，会硬性阻隔水与周边地下水自然交换，切断水中微生物迁徙途径与破坏这些自然生态的敷衍生息的环境。

（4）该工程采用雷诺护垫技术，较传统的浆砌石或混凝土预制块方案，经粗略估算，工程造价节省了 12％～20％。

2、雷诺护垫护坡的技术原理

2.1 技术原理

雷诺护垫是经过对低碳钢丝进行镀锌作表面防腐处理后，采用六边形双绞合工艺，用机器编织而成的钢丝网面制成的垫状工程防护构件（附图）。垫中填以合乎要求的石块，共同构成岸坡护砌结构。其结构具有投资小、整体紧凑、环保经济及施工方便等诸多优点，主要应用于堤坡、岸坡坡面防冲刷护砌和河（渠）床底、坡脚等淘刷防护^[1]。

附图 雷诺护垫的结构

2.2 技术特点

强度高、柔韧性好、抗腐蚀性强、整体性优、压载性能优良、透水性良好，是雷诺护垫的技术特点，在护坡工程中能起到促进淤泥沉淀，便于植物的生长。施工中体现方便、经济、环保。

3 雷诺护垫护坡施工工艺

        雷诺护垫的施工，大体上可分为四个工序：箱体组装→箱体运输及铺设→填充→封盖。

        ①箱休组装

        将成捆包装的雷诺护垫打开，然后取一个完整的护垫单元置于组装场所的地面上，地面要平坦并且坚硬。然后展开并用钳子或人工脚踩的方式把折叠成弯曲的部分拉直。将前、后以及尾板翻开使其到达相互垂直的位置，形成无盖的盒子形状。两侧要有适当的折叠及交叠，护垫的间隔板和尾板必须紧紧固定在前、后箱板上。组装成形后雷诺护垫箱体，其侧面、隔板等箱体各面都应该是成竖立状态的，并且箱体的所有弯折边都要在规定的位置上，箱体的上表面各边须在同一平面上。箱体组装完成后，要利用绞合钢丝把雷诺护垫箱体的各各边都连接牢固 。

       ②雷诺护垫的铺设

        雷诺护垫箱体组装好后，就可将其各个箱体运至现场并列整齐地摆放在护坡的坡面上，箱体摆放时两端要错开位置。注意：a护垫的隔板要垂直于护坡坡面方向；b雷诺护垫两端的格子长度不同，一定要注意摆放时使其方向统一，保证安装完成后相对应的各隔板及边板都能在同一条直线上。然后用钢丝或钢环把所有相邻护垫沿其接触面的边联接，以保证坡面上的雷诺护垫成为一个完整的结构。联接完成后，采用长木桩或钢管做为固定桩，将已经联接好的雷诺护垫固定住，从而防止雷诺护垫产生移位。

        ③填充石料

        护垫填充石料以就地取料为原则，经过筛选，石料粒径为7cm～15cm，饱和抗压强度>40Mpa，软化系数>0.8。在填充石料时为了不损坏石笼上的镀层及以及减少填充后的石料的孔隙率，石料填充均采用人工填充。在不放置在雷诺护垫表面的前提下，石料大小允许有5%的变化。考虑到石料的沉降因素，填充的石料留了2.5cm～4cm的超高。

        ④ 雷诺护垫封盖

        在对雷诺护垫进行封盖施工之前，需检查装填的石料是否饱满，表面是否平整，并对装填时造成弯曲的隔板进行校正，对已装填的石头进行平整。对弯曲变形、表面不平整利用钢钎进行校正，充分保证填充后的雷诺护垫水平边、竖直边都能在同一直线上，并且坡面上的雷诺护垫网箱不存在凸起或凹陷现象。

        雷诺护垫网箱中的石料填充完后铺上护垫的盖板，然后用钢丝将雷诺护垫的盖板与其隔板的上边缘绞合在一起；将雷诺护垫盖的边缘与箱体侧边板的边缘绞合在一起。绞合的间隔是大约15厘米，并且按单、双圈间隔方式进行绞合。

4 护坡雷诺护垫技术的生态意义

（1）雷诺护垫已成为抗冲刷结构，主要用于岸坡、堤岸、海岸等，具有柔性和适应性强的优点。实现了坡下水体与土壤的自然对流和交换，实现了生态平衡。在边坡上种植绿化，可以增加绿化生态效应。它能使植物尽快生长，如用土壤覆盖雷诺护垫或填补空隙，微生物和各种生物，在多年的加工过程中，会形成松软、营养丰富的表土，可达到多年生草本植物自然循环的目的；因其孔隙多，能充分保证了河岸与河道水体之间的水交换和调节功能、滞洪和水位调节功能，增强了水体的自净能力，有利于孔隙水在河道中的排出，以减少墙后地下水压力。同时，地表水一旦渗入墙后土壤，就可以通过砌体快速排出，有效降低地下水位；用作护坡或挡土墙工程时，体现了结构完整性好。雷诺护垫在护岸工程中的块石即使发生位移，也会对变形的褥垫结构进行调整，使其达到新的平衡，整体也不会受到破坏，从而有效地保护岸坡土壤不受破坏。因为雷诺护垫中的石头处于一定的间隙，当遇到风浪和波峰时，波浪就会被压碎，从而降低了波浪压力和冲击力。当风浪和波峰退去时，由于网箱的缝隙破坏了风浪的真空吸力，降低了对防护工程的破坏力。另外，整个结构在风浪力作用下可以进行微调，避免了墙体裂缝的缺陷。

总之，雷诺护垫护砌具有柔性结构特征，可自适应被护砌岸坡河床土壤的局部变形；其钢丝经防腐处理，具有很好的耐久性能；施工便捷、价格较低廉；结构本身可自然生长植物，美化环境。该技术对于冲崩河岸严重的岸坡护砌，很好的解决了传统刚性结构难相适应的问题。

（2）雷诺护垫技术能保护河岸土体构造，维持河岸植物的生长，优化河岸生态环境。可避免使自然河流出现渠道化和非连续化的态势，不会拦截天然径流、可调节地表径流、土壤水分与河水可以交换^[2]。对于生物群落至关重要的营养物质可保持输移的连续性，随着自然水文周期的丰枯变化以及洪水漫溢，进行交换、扩散、转化、积累和释放。沿河的水生与陆生生物随之生存繁衍，能够调动自然生态因子，与环境高度亲和^[3]。帮助和促进原生植物生长，这些植物的根系反过来又起到稳固岸坡的作用。若干年后甚至达到基本取代防护结构，成为自然平衡的主导因素。

4 结束语

在当前倡导绿色水利的环境下，水利工程与环境的融合已越来越受到关注和重视。生态护坡是结合现代水利工程学、生物科学、环境科学、生态学、美学等学科于一体的水利工程，它的发展有助于生物多样性生存，河流水质的改善，以及提供给人们一个亲水的美好环境，体现出大自然与人类融洽相处的勃勃生机。因此，生态护坡是现代河流治理的发展趋势，是水利建设发展到一种相对高级形态的必然结果^[4]。雷诺护垫技术具有良好的性能，在同类水利工程诸如护坡、水堰、河岸、护岸、防波堤、渠道等工程能起到很好的借鉴作用。

参考文献：

1 雷诺护垫在海漫及防冲槽中的应用[J].水道港口，刘新，黄伦超，张韬，2009(3):36-44.

2 水利工程对环境影响及其工程补偿措施浅析[J].水利电力技，蔺秋生.2007.33(1):12-19.

3 筑坝河流的生态补偿[J].中国工程科学，董哲仁.2006.8(1):5-10.

4 钢筋网结构在水利工程中的应用[J].黑龙江水利科技，吴兴亚，李永顺，张艳秋.2001，(3):12-15.

作者简介：昌胜（1975-），女，汉族，湖南桃江人，工程师，大专，主要从事水利工程相关工作。