淺析西青區(qū)南運(yùn)河生態(tài)治理工程擋墻的方案比選

李 鵬 于可忱 張淑鵬

1 工程概況

天津市界內(nèi)南運(yùn)河起自靜?？h九宣閘上游2 km處，于三岔口匯入海河，流經(jīng)天津紅橋區(qū)、南開(kāi)區(qū)、西青區(qū)和靜海縣，全長(zhǎng)約84.3 km。在西青區(qū)境內(nèi)途經(jīng)中北鎮(zhèn)、楊柳青鎮(zhèn)、辛口鎮(zhèn)三鎮(zhèn)，總長(zhǎng)度28.6 km，是重要的供、排水河道。治理段中北鎮(zhèn)南運(yùn)河排澇流量為10～26 m3/s，建筑物工程級(jí)別為4級(jí)，工程規(guī)模為Ⅴ等小（2）型工程。考慮到南運(yùn)河河道的功能定位的重要性，治理段南運(yùn)河河道護(hù)岸主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)[1-2]。

實(shí)施南運(yùn)河生態(tài)治理提升改造工程：一是對(duì)南運(yùn)河主河道及相連的二級(jí)河道進(jìn)行清淤、擴(kuò)挖、堤岸建設(shè)、岸坡生態(tài)修復(fù)、岸邊過(guò)渡帶生態(tài)綠地等治理工程；二是維修、新建節(jié)制閘等水工建筑物；三是擴(kuò)建排澇與提水泵站；四是提升南運(yùn)河三鎮(zhèn)楊柳青鎮(zhèn)、中北鎮(zhèn)、辛口鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)濱水水生態(tài)、水文化環(huán)境，營(yíng)造美好的人文與生態(tài)效果，改善城市居民生活及工作環(huán)境。

2 工程地質(zhì)概述

南運(yùn)河河道兩岸，據(jù)地層巖性特征、沉積環(huán)境、時(shí)代，可劃分為：第四系全新統(tǒng)新近淤積層(Q3N4si)、人工填土（Qml）、第Ⅰ陸相層(Q34al)、第Ⅰ海相層(Q24m)及第Ⅱ陸相層(Q14al)五大層①～④小層，現(xiàn)分述如下。

（1）新近淤積層(Q3N4si)和人工填土層（Qml）為①層：①層(Q3N4si)淤泥質(zhì)黏土，灰黑色，飽和，流塑，厚度一般0.30～0.50 m，層底高程-1.00～-3.50 m之間，分布于南運(yùn)河河道內(nèi)。①層人工填土（Qml），以粉質(zhì)黏土為主，黃褐色-灰褐色，濕，可塑狀，土質(zhì)不均，局部含粉土團(tuán)塊，含黑色鐵質(zhì)物和少量碎石，主要為河堤填土，局部堤面上存在近期堆積的松散雜填土。河堤人工填土一般層厚3.60～5.50 m，平均層厚4.45 m，層底高程-0.65～1.10 m。

（2）第Ⅰ陸相層(Q34al)為②層：②層粉質(zhì)黏土為主，灰黃色，濕，可塑-軟塑，土質(zhì)不均，含粉土顆粒和團(tuán)塊，局部夾粉土或黏土透鏡體，厚度1.80～6.10 m，平均厚度4.05 m，層頂高程-0.65～1.10 m。標(biāo)貫擊數(shù)3～5擊、平均3.8擊（5段次）。

（3）第Ⅰ海相層(Q24m)為③層：③層粉土（黏質(zhì)粉土為主），灰色，飽和，稍密狀，夾少量貝殼碎屑，斷續(xù)分布，局部夾粉質(zhì)黏土薄層及透鏡體，厚度2.30～7.10 m，平均厚度4.50 m，層頂高程-1.80～-5.79 m。標(biāo)貫擊數(shù)3～9擊、平均5.0擊（51段次）。

（4）第Ⅱ陸相層(Q14al)為④層：④層粉質(zhì)黏土，黃褐色，濕，可塑、局部軟塑，土質(zhì)不均，頂部可見(jiàn)灰黑色泥炭層，局部夾有粉土薄層，勘探過(guò)程中部分鉆孔揭露該層。

根據(jù)本次勘察成果及對(duì)區(qū)域地質(zhì)條件的分析判定，在本工程擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)，不存在影響場(chǎng)地整體穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。綜合評(píng)價(jià)地震烈度Ⅷ度時(shí)，本場(chǎng)地15.0 m深度范圍內(nèi)，③層粉土為可液化土，液化等級(jí)屬輕微—中等。

3 河道擋土墻工程

3.1 設(shè)置擋墻的必要性

在河道生態(tài)治理過(guò)程中，建設(shè)用地十分緊張，而人們對(duì)于綠地、美景的追求卻很強(qiáng)烈。為節(jié)約用地，增加景觀和綠地面積，同時(shí)使河道景觀更加立體、內(nèi)容豐富多變。我們?cè)O(shè)計(jì)在不同河段采用不同擋墻與護(hù)坡相搭配，以達(dá)到河道治理與景觀布設(shè)相一致的目的。

3.2 常用擋土墻的類(lèi)型

擋土墻是指支承路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩(wěn)的構(gòu)造物。根據(jù)擋土墻的設(shè)置位置不同，分為路肩墻、路堤墻、路塹墻和山坡墻等。根據(jù)擋土墻穩(wěn)定的機(jī)理不同，擋土墻又有很多形式，主要有重力式擋土墻、衡重式擋土墻、薄壁式擋土墻、錨碇板式擋土墻、加筋土擋土墻等。

3.3 不同類(lèi)型擋土墻比選

首先我們通過(guò)分析各類(lèi)擋墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工難易程度、與景觀的協(xié)調(diào)性等，初步分析各類(lèi)擋墻的適用范圍。

3.3.1 重力式擋土墻、衡重式擋土墻

根據(jù)地質(zhì)勘察工作得出的地質(zhì)參數(shù)可知，河道內(nèi)擋墻基底承載能力較低，而重力式擋墻、衡重式擋墻對(duì)地基承載力要求高，經(jīng)過(guò)計(jì)算不能滿足此類(lèi)型擋墻的穩(wěn)定性計(jì)算要求。另外，重力式擋墻、衡重式擋墻占地面積大，美觀性較差，需消耗大量圬工材料，見(jiàn)圖1。

圖1 重力式擋土墻結(jié)構(gòu)圖

3.3.2 自嵌式擋土墻

自嵌式砌塊擋土墻分自嵌式景觀擋墻和自嵌式植生擋墻。自嵌式擋墻是塊與塊干壘而成，塊與塊之間存在孔隙，擋土塊后是級(jí)配碎石并設(shè)置土工布將土體與級(jí)配碎石隔離開(kāi)，因此，滿足生態(tài)要求的透水、透氣功能。在水面以上可采用景觀擋墻，可以有不同的色彩和不同的形狀可供選擇，整個(gè)擋墻整齊、干凈，富于藝術(shù)感染力，面板可根據(jù)要求設(shè)計(jì)成各種圖案滿足景觀設(shè)計(jì)的要求；在河道或水下使用自嵌式植生擋墻，其獨(dú)特的內(nèi)孔造型為水生植物提供良好的生長(zhǎng)空間，為凈化水質(zhì)創(chuàng)造了條件，塊體魚(yú)巢設(shè)計(jì)提高了水生植物的成活率，加強(qiáng)了水體的生態(tài)平衡。

這種擋墻形式外觀漂亮，施工簡(jiǎn)單速度快，水下部分可植草凈化水質(zhì)，起到墻體內(nèi)外生態(tài)營(yíng)養(yǎng)交互器的作用，水上部分有很好的生態(tài)景觀效應(yīng)。該結(jié)構(gòu)生態(tài)透水，整體穩(wěn)定性較好，高度在1.2～1.8 m之間開(kāi)挖寬度較小。

由于在預(yù)制混凝土塊中留孔等方法，使自嵌式植生擋土墻塊體的表觀容重控制在18～20 kN/m3，比巖石及現(xiàn)澆混凝土的容重低，因此，擋土結(jié)構(gòu)本身重量輕，以至于對(duì)基礎(chǔ)的要求較低，見(jiàn)圖2。

圖2 自嵌式植生擋土墻結(jié)構(gòu)圖

3.3.3 混凝土懸臂墻式擋土墻

該類(lèi)型擋墻具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、斷面尺寸較小、開(kāi)挖寬度較小、施工方便、對(duì)地基承載力要求不高、工作面大等優(yōu)點(diǎn)?？赏ㄟ^(guò)采取清水混凝土墻體或貼石浮雕、文化石等，以及料石壓頂?shù)却胧?，整體效果較好，便于營(yíng)造高雅的景觀，見(jiàn)圖3。

圖3 混凝土懸臂墻擋墻結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.4 箱式聯(lián)鎖式擋土墻

該類(lèi)型擋墻箱體內(nèi)填塊石，具有生態(tài)透水性，并且箱與箱之間采用螺栓連接，整體穩(wěn)定性較好，施工速度快，開(kāi)挖寬度小，景觀效果較好，投資與混凝土墻相當(dāng)。箱式聯(lián)鎖墻尺寸較大，由于河道蜿蜒曲折，容易造成河岸不平整，影響河道整體美觀，因此，可用做河道較順直段的常水位之上的擋墻，見(jiàn)圖4。

圖4 箱式聯(lián)鎖墻結(jié)構(gòu)圖（三層）

3.3.5 反濾混凝土砌塊生態(tài)擋墻

反濾混凝土砌塊生態(tài)擋墻具有反濾透水功能，砌塊內(nèi)栽植水生植物，凈化水質(zhì)，砌塊箱體內(nèi)可形成魚(yú)巢，為水生動(dòng)物提供棲息場(chǎng)所，從而形成特有的水岸生物環(huán)境系統(tǒng)?？梢宰鳛樗?lián)鯄Φ难a(bǔ)充，使河道富有變化效果。反濾混凝土砌塊生態(tài)擋墻由于存在大面積種植植物，在冬天河道內(nèi)效果較差，而且由于河道較為彎曲，容易造成河岸不平整，影響河道整體美觀。

其次通過(guò)分析不同類(lèi)型擋墻的工程造價(jià)，以便選取既經(jīng)濟(jì)又美觀適用的擋墻類(lèi)型（見(jiàn)表1）。

表1 擋墻造價(jià)對(duì)比表

從表1可以看出，擋土墻高度相同時(shí)，采用自嵌式植生擋土墻工程造價(jià)最低，混凝土懸臂式擋土墻造價(jià)較高，反慮混凝土砌塊生態(tài)擋墻和箱式聯(lián)鎖擋墻造價(jià)居中。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)不同類(lèi)型擋墻的比較，除重力式、衡重式擋土墻外，其余類(lèi)型擋土墻均適用于南運(yùn)河生態(tài)整治的河道內(nèi)，根據(jù)平臺(tái)高程的不同，擋墻高度可以進(jìn)行調(diào)整。

（2）自嵌式擋土墻工程造價(jià)低，結(jié)構(gòu)輕，施工簡(jiǎn)單，面板可根據(jù)要求設(shè)計(jì)成各種圖案滿足景觀設(shè)計(jì)的要求，因此，推薦在本次治理河道內(nèi)全線普遍使用。

（3）混凝土懸臂混凝土擋土墻造價(jià)高，因此，該類(lèi)型擋土墻宜用在擋土高度比較高，且有文化宣傳要求的特殊河段。

（4）箱式聯(lián)鎖墻和反濾混凝土砌塊生態(tài)擋墻造價(jià)適中，但截面尺寸較大，容易造成河岸不平整，可用做河道較順直段的常水位之上的擋墻。為使河道斷面富有變化，本次河道治理工程中可以在部分順直河段使用。

因此，在本次西青區(qū)南運(yùn)河生態(tài)治理工程中，我們推薦全線普遍使用自嵌式擋土墻，僅在有特殊要求的碼頭和有文化宣傳要求的河段采用懸臂混凝土擋土墻，另外為使河道斷面富有變化在河道部分順直段采用箱式連鎖墻。