生態(tài)擋墻技術(shù)在河道工程中的應(yīng)用

豐 威

(福州市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350000)

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生態(tài)擋墻技術(shù)在河道工程中的應(yīng)用

豐 威

(福州市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350000)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快發(fā)展和人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，在河道建設(shè)及整治工程中，生態(tài)與景觀要求也不斷提升。生態(tài)擋墻技術(shù)在總結(jié)傳統(tǒng)擋墻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及不足的基礎(chǔ)上，不僅能發(fā)揮應(yīng)有的水利工程功效，同時(shí)還能滿足生態(tài)及景觀等要求，在河道工程中發(fā)揮著重要作用。文章在總結(jié)現(xiàn)有生態(tài)擋墻技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)際工程介紹了生態(tài)擋墻技術(shù)在河道工程中的應(yīng)用。

生態(tài)擋墻；河道工程；水利工程；生態(tài)景觀

0 前 言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)步伐的加快以及生活水平的不斷提高，促使城市河道、堤防建設(shè)和整治工程不僅要發(fā)揮作為水利工程的功效，同時(shí)還要求能融入城市景觀及生態(tài)保護(hù)等多項(xiàng)內(nèi)容。擋墻作為重要的水利工程設(shè)施在河道建設(shè)及整治過程中發(fā)揮著不可替代的作用，過去的擋墻基本只強(qiáng)調(diào)水利工程功效，卻忽視了生態(tài)及景觀要求，相應(yīng)的擋墻技術(shù)有漿砌石擋墻、鋼筋混凝土擋墻等傳統(tǒng)技術(shù)，此類技術(shù)將整個(gè)河岸表面封閉起來，隔絕了土壤與河道水體之間的水體及其他物質(zhì)交換，同時(shí)表面的光滑特性也不具有人性化特點(diǎn)，與現(xiàn)行的“人水和諧”理念相去甚遠(yuǎn)。近年來，因生態(tài)及景觀等要求，生態(tài)擋墻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在水利工程與自然環(huán)境的和諧相處建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，生態(tài)擋墻技術(shù)主要有自嵌式加筋擋墻、石籠擋墻以及生態(tài)袋擋墻[1]。生態(tài)擋墻技術(shù)具有良好的柔韌性，整體性較好，且具有良好的透水性，生態(tài)景觀性更是其主要特色，同時(shí)生態(tài)擋墻施工靈活且施工速度快，平均施工速度是傳統(tǒng)擋墻的5倍。下面對(duì)不同生態(tài)擋墻技術(shù)進(jìn)行闡述，同時(shí)結(jié)合實(shí)際工程，介紹自嵌式擋墻技術(shù)在河道整治工程中的應(yīng)用。

1 生態(tài)擋墻技術(shù)

1.1 自嵌式擋墻

該擋墻的工作原理類似于預(yù)制面板加筋擋墻，不同的是采用自嵌塊替代混凝土面板，加筋材料采用土工格柵，通過筋帶與土體摩擦及筋帶與面板間的拉結(jié)起到擋土作用。自嵌塊塊體之之間通過臺(tái)階、榫接等方式相互咬合在一起，整體性強(qiáng)，同時(shí)臺(tái)階式的墻體可以形成10°左右的坡度，使得墻體重心偏內(nèi)，可以增加其在土壓力作用下的抗傾覆能力。同時(shí)有的自嵌塊可以在預(yù)制混凝土塊預(yù)留孔洞，使得表觀重度較低，對(duì)地基的要求較低[2]。自嵌式擋墻具有良好的透水性能，能適應(yīng)地基的沉陷，但局部破壞后會(huì)因自嵌塊之間的咬合而不易檢修。目前影響自嵌式擋墻使用的主要因素是其耐久性有待進(jìn)一步檢驗(yàn)，同時(shí)因其塊體之間留有孔縫，雖然避免了專門設(shè)置伸縮縫工序，但是其大流速情況的抗沖刷能力有待驗(yàn)證。

1.2 石籠擋墻

該擋墻符合常規(guī)的力學(xué)原理，將不同塊徑的石料固定在一起，形成巨大塊狀結(jié)構(gòu)體，具有接受張力的功能，同時(shí)還可吸收外部壓力。石籠擋墻孔隙多，可充分保證河流水體和河岸土體之間的水分與物質(zhì)交換，利于墻后地下水壓力的釋放。目前石籠擋墻的石籠網(wǎng)主要采用用涂膜熱鍍鋅低碳鋼絲，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且強(qiáng)度高，整體性好，且具有一定的變形能力，是良好適應(yīng)地基的變形。石籠擋墻的破壞往往非石籠網(wǎng)老化銹蝕破裂引起的，經(jīng)常是因網(wǎng)中石料在水流的作用下不斷摩擦石籠網(wǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致石籠網(wǎng)破損。石籠擋墻的缺點(diǎn)在于對(duì)石料需求量大，同時(shí)對(duì)石料自身特性要求高，一般只在石料豐富的地方使用。

1.3 生態(tài)袋擋墻

該擋墻由生態(tài)袋和網(wǎng)肋型聯(lián)結(jié)扣單體砌合而成，形成整體的擋土結(jié)構(gòu)，生態(tài)袋內(nèi)填充特殊配置的材料，具有優(yōu)異的物理及化學(xué)特性，可抵抗紫外線的破壞，不易發(fā)生質(zhì)變，抗老化和抗酸堿性侵蝕以及抗微生物分解。如果不加筋，墻體對(duì)地基變形具有適應(yīng)能力，但是會(huì)因袋內(nèi)土體逐漸估計(jì)，變形適應(yīng)內(nèi)力減弱，進(jìn)而有可能導(dǎo)致破壞。生態(tài)袋受袋體的孔徑影響大，過大易受雨水侵蝕，過小易堵塞失去生態(tài)能力。以上特性使得生態(tài)袋擋墻的應(yīng)用范圍收到限制，盡在小型和邊坡高度低的河道中得到應(yīng)用，且一般只作護(hù)坡形式出現(xiàn)。

2 工程實(shí)例

2.1 工程簡(jiǎn)介

烏石浦河道位于連江縣敖江鎮(zhèn)，西端與蛇塘河分流口銜接，東端至金鳳路，河道存在淤積嚴(yán)重、排水不暢、過水能力不足等問題，甚至個(gè)別河段被回填建房及道路施工回填占用，阻水較為嚴(yán)重，內(nèi)河長(zhǎng)滿水浮蓮，堵塞嚴(yán)重，造成河道泄流不暢，水面壅高，常出現(xiàn)涵閘前無水可排而遠(yuǎn)離涵閘的地方受淹的現(xiàn)象。

烏石浦河道整治工程主要作用為保護(hù)兩岸居民生產(chǎn)生活用地和市政道路的安全運(yùn)行，主要保護(hù)對(duì)象為整治河道旁擬建市政道路及周邊居民生活地。此次工程主要建筑物為河道護(hù)岸，河道整治總長(zhǎng)2704m，上接蛇塘河分流口，下至金鳳路，凈水面寬度20～28m。

2.2 自嵌式擋墻的應(yīng)用

項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)了三種擋墻形式：自嵌式擋墻、漿砌石擋墻及混凝土擋墻。綜合考慮項(xiàng)目所在地水文地質(zhì)條件、建筑材料來源、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、持久、美觀等因素及要求，從施工技術(shù)、施工工期、工程質(zhì)量、地質(zhì)條件適應(yīng)性、工程占地及工程投資等方面進(jìn)行比較得：自嵌式生態(tài)擋墻具有投資省、對(duì)基礎(chǔ)要求低的優(yōu)點(diǎn)，而其他兩種形式不相上下。故本工程確定采用自嵌式生態(tài)擋墻作為護(hù)岸方案，但根據(jù)實(shí)際情況，在住宅密集區(qū)采用混凝土擋墻護(hù)岸。

采用自嵌式擋墻方案時(shí)，堤身為回填夯實(shí)土護(hù)岸，表面為300mm厚的干砌混凝土預(yù)制塊，由3m長(zhǎng)、間距1m梅花形分布的加筋帶錨固于土堤內(nèi)部，形成擋墻。堤頂設(shè)1.2m高機(jī)砌條石欄桿，并選用適宜草、樹、花種綠化。擋墻地基處理采用1m厚碎石加砂墊層，并采用φ600水泥攪拌樁，提高地基承載力，樁長(zhǎng)8.0m，樁距1.7m×1.7m，梅花形布置。布置形式如圖1所示。

圖1 自嵌式生態(tài)擋墻護(hù)岸

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算

2.3.1 筋帶計(jì)算

筋帶抗拔穩(wěn)定性、筋帶抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0、荷載分項(xiàng)系數(shù)γQ1、抗拔力計(jì)算調(diào)整系數(shù)γR1、抗拉性能的分項(xiàng)系數(shù)γf、抗拉材料抗拉計(jì)算的分項(xiàng)系數(shù)γR2取值分別為0.95、1.4、1.4、1.25、2.0。筋帶抗拉強(qiáng)度需滿足：

fk≥γ0γfγR2Ti0

Ti0=γQ1Ti

Ti=(∑σEi)SxSy

∑σEi=σziσaiσbi

(1)

式中：Sx=1m，Sy為土工格柵之間距。

經(jīng)過計(jì)算，筋帶材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算最大值fk為60.0kN/m，選用的聚丙烯(PP)單向土工格柵抗拉力Ts=60kN/m，滿足要求。

2.3.2 抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)設(shè)計(jì)斷面的構(gòu)造尺寸和受力，確定筋帶活動(dòng)長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度，通過土工格柵所受壓力和其與填土的摩擦系數(shù)計(jì)算筋帶可產(chǎn)生的抗拔力及筋帶有效錨固長(zhǎng)度，驗(yàn)算設(shè)計(jì)筋帶長(zhǎng)度是否滿足要求。公式如下：

Tpi=2f′σibiLai

(2)

本次設(shè)計(jì)筋帶入土長(zhǎng)度2.7m，共4層，經(jīng)過計(jì)算，所需筋帶總長(zhǎng)度值最大值為2.6m，設(shè)計(jì)的筋帶總長(zhǎng)度均大于計(jì)算所得的筋帶總長(zhǎng)度值，滿足規(guī)范要求。

2.3.3 擋墻抗滑抗傾穩(wěn)定計(jì)算

本工程內(nèi)河護(hù)岸屬4級(jí)建筑物，不考慮地震力影響，穩(wěn)定計(jì)算斷面采用矩形斷面河道的標(biāo)準(zhǔn)斷面?？紤]三種工況：工況一：最高澇水位P=10%擋墻的穩(wěn)定性；工況二：最高澇水位P=10%驟降2m擋墻的穩(wěn)定性；工況三：施工期擋墻的穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 抗滑計(jì)算結(jié)果

由上述計(jì)算結(jié)果可知，在各個(gè)工況下，擋墻的的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定值，穩(wěn)定滿足要求。

2.3.4 復(fù)合地基承載力計(jì)算

水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值按下式估算：

(3)

式中：fsp，d為水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值；m為樁土面積置換率，m=d2/(1.05s)2；Pu為單樁極限承載力特征值，kN，計(jì)算方法見下文；β為樁間土承載力折減系數(shù)，軟土?xí)r0.5～1.0，硬土?xí)r0.1～0.4；fs，d為樁間天然地基土承載力設(shè)計(jì)值，kPa；Ap為樁的設(shè)計(jì)截面積，m2，直徑0.6m，截面積為0.2827m2。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2002)，水泥攪拌樁的單樁極限承載力特征值Pu值按下式估算，并取其中小值：

Pu=ηfcuAp

(4)

式中：fcu為與樁身水泥配方相同的室內(nèi)水泥試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，90d齡期的抗壓強(qiáng)度特征值(kPa)，取1.25MPa；Ap為樁的設(shè)計(jì)截面積，m2；η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.3；Up為樁身截面周長(zhǎng)，m；n為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；fsi為樁周第i層土的平均極限摩阻力，kPa；li為樁周第i層土的厚度；qp為樁端地基未經(jīng)修正的承載力特征值，kPa；α為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6，承載力高時(shí)取低值。

本工程擋墻高度以3.5m計(jì)，天然地基承載力取50kPa，計(jì)算得單樁極限承載力為106.1kN，水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值fsp，d=86.4kPa。由于基底最大壓力pk=82.3kPa

2.3.5 擋墻護(hù)腳防沖驗(yàn)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)，護(hù)岸埋置深度應(yīng)滿足穩(wěn)定、抗凍及抗沖刷要求，堤腳基座埋深≥0.5m。河床可能最大沖刷深度按該規(guī)范附錄D，水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷公式如下：

(5)

式中：hB為局部沖刷深度，m，從水面算起；hp為沖刷處水深，m，以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替；Vcp為平均流速，Vcp=0.81m/s；V允許為河床面允許不沖流速，V允許=0.24m/s；n為與護(hù)岸擋墻在平面上的形狀有關(guān)，一般取n=1/4。

經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)流量情況下，內(nèi)河流速所產(chǎn)生的沖刷深均<0.62m，而平時(shí)內(nèi)河的流量、流速均較小，一般不產(chǎn)生沖刷。由于內(nèi)河護(hù)岸前水深、風(fēng)浪均很小，本次設(shè)計(jì)新建護(hù)岸基礎(chǔ)埋深0.8m滿足規(guī)范要求。

3 結(jié) 語

注重“人水和諧”的今天，生態(tài)擋墻技術(shù)在河道建設(shè)及整治工程中起到了重要作用，不僅發(fā)揮了相應(yīng)的水利功效，而且在生態(tài)及景觀方面更是作用突出，符合現(xiàn)代社會(huì)的需要。本文中列舉的生態(tài)擋墻在河道整治工程的應(yīng)用例子為類似工程可以提供良好借鑒。但是我們也必須看到，針對(duì)生態(tài)擋墻技術(shù)目前并沒有建立良好的標(biāo)準(zhǔn)體系，未能規(guī)范其在工程中應(yīng)用，這應(yīng)是今后重要考慮方面。

[1]劉斯榮，周旭.生態(tài)景觀擋墻在河道整治工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].科技資訊,2015(04):47-48.

[2]章敏.生態(tài)擋土墻在河道工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].低碳世界，2015(21)：100-101.

決策思考

TV86

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1007-7596(2016)08-0131-03

2016-06-24

邰恩利(1971-)，男，遼寧蓋州人，工程師。