退臺式透水混凝土砌塊擋墻在河道護岸中的應用

陳 萍,任 柯，申新山

(1.重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 401147； 2.北京世紀綠色科技有限公司，北京 100096)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類的各種生產(chǎn)、建設活動不斷侵占、擠壓河湖空間。河湖岸坡?lián)跬?、防護結(jié)構(gòu)常采用擋土墻，其中重力式擋土墻使用最為廣泛，而擋土墻多采用漿砌石、混凝土等硬質(zhì)材料，這些擋土墻結(jié)構(gòu)強度高，安全性好，但也有一些負面效應，如：破壞了水陸兩棲動物及水生植物、魚類、昆蟲、微生物的生長棲息環(huán)境，造成了生物多樣性下降、河道凈化水體的能力大大降低；擋土墻的外立面單調(diào)、灰暗，景觀效果差；將人與河湖隔離開來，有水不近水，難以滿足人民群眾日益增長的親水、休閑、娛樂需求；對于落水者，傳統(tǒng)擋墻光滑、陡直、不易攀爬，不利于自救。

擋土墻既要很好地排水又要很好地保土，既要形成生態(tài)化結(jié)構(gòu)又要安全可靠，這是相互制約的矛盾。針對傳統(tǒng)擋墻及加筋土小型砌塊的不足，技術(shù)研發(fā)、工程管理人員提出了多種解決辦法，如石籠擋墻、蜂巢格室柔性擋墻、退臺式砌塊擋墻、連鎖砌塊擋墻等，此類擋墻都具有施工快速、透水透氣等特點，有利于植物生長，可給魚蝦、昆蟲、微生物等提供棲息地，因此得到了廣泛的應用。筆者結(jié)合朝陽電廠引水口至門源橋河道防洪治理工程，介紹退臺式透水混凝土砌塊擋墻技術(shù)的特點、設計思路和施工工藝，以供同類工程建設及研究參考。

1 項目簡介

項目名稱為西寧市城北區(qū)北川河朝陽電廠引水口至門源橋河道防洪治理工程。河道治理長度7.743 km，防洪堤總長15.441 km(左堤岸長7.698 km，右堤岸長7.743 km)，其中朝陽電廠引水口至寧大鐵路橋段采用斜坡式復式斷面，下部采用現(xiàn)澆C15砼護坡，上部采用蜂巢網(wǎng)箱石籠護坡；寧大鐵路橋至門源橋段采用直立擋墻+斜坡式復式斷面，下部采用重力式C15砼擋墻結(jié)構(gòu)，上部采用蜂巢網(wǎng)箱石籠護坡；堤身為夯填砂礫石。橫向建筑物包括退水涵管18座，跨河橋1座。

項目區(qū)屬大陸性高原半干旱氣候區(qū)，年均日照時數(shù)為1 939.7 h，年均氣溫7.6 ℃，最高氣溫34.6 ℃，最低氣溫零下18.9 ℃。夏季平均氣溫17～19 ℃，氣候宜人。項目區(qū)所在的西寧市地處青海東部，黃河支流湟水河中游，四面環(huán)山，三川會聚。西川河、南川河、北川河分別由西、南、北三個方向匯合于市區(qū)，而北川河為西寧市三川河中的重要一川，河道水量充沛。北川河5年一遇的洪峰流量為165 m3/s。

工程區(qū)處于湟水中上游流域黃土高原向青藏高原過渡的鑲嵌地帶，地勢西高東低，河谷盆地與峽谷呈串珠狀相間分布。盆地周邊山地高山聳立，溝谷深切，屬青藏高原東部邊緣，呈侵蝕、切割基巖山地地貌。盆地內(nèi)低山丘陵起伏，黃土深厚，溝壑縱橫，水土流失嚴重，呈現(xiàn)出黃土高原特點。防洪河堤所經(jīng)地貌單元均為現(xiàn)代河漫灘或Ⅰ級階地前緣，河堤軸線巖性主要為沖洪積砂卵礫石層和人工堆積砂礫卵石層及第三系砂質(zhì)黏土巖。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度。

2 設計方案

2.1 設計理念

根據(jù)“安全、環(huán)境、景觀”三位一體的現(xiàn)代化河道理念，建設水質(zhì)改善型、濱河景觀型、生態(tài)環(huán)境改善型河道，北川河整治邁出了更大的步伐，在狹窄的空間，更多地采用生態(tài)治河的方法，創(chuàng)造一個更為豐富多彩的河道景觀，形成一個宜商宜居的新環(huán)境。

根據(jù)北川河治理平面規(guī)劃，河道斷面形式豐富，二級親水平臺以下為直立式擋墻，二級親水平臺以上擋墻與緩坡、臺地交替布置，移步換景，創(chuàng)造出宜人的濱水空間[1]。由于擋墻在北川河平面設計中被大量使用，因此對擋墻方案的選擇尤為重要，直接影響北川河的景觀及生態(tài)效果。

在西寧北川河項目中，我們經(jīng)過綜合考慮、方案比選，在北川河的一級擋墻中采用了退臺式透水混凝土砌塊擋土墻，建設現(xiàn)代河道，使北川河河道沿岸形成小區(qū)域濱河景觀帶，為廣大市民提供更多的休閑場所，有效改善市民的生活環(huán)境。

2.2 設計方案

根據(jù)西寧北川河治理現(xiàn)場實際情況，我們提出透水混凝土砌塊擋墻設計方案(圖1)。透水混凝土砌塊擋墻是一種基于加筋土理論的新型擋墻，該擋墻系統(tǒng)是由透水混凝土砌塊、砌塊內(nèi)填塊石土及緩釋肥料包、素混凝土基礎(chǔ)、墻后反濾體及土工布、墻后土工格柵或拉筋帶、壓頂6個部分組成。

圖1 退臺式透水混凝土砌塊擋墻設計示意

2.2.1 退臺式透水混凝土砌塊擋墻系統(tǒng)簡介

退臺式透水混凝土砌塊擋墻系統(tǒng)是基于加筋土理論的生態(tài)擋墻系統(tǒng)，由透水混凝土砌塊、連接件、塊石、植物、土工格柵共同組成。除具有岸坡?lián)跬练雷o作用外，因透水混凝土材料自身具多孔性和良好的透氣透水性，故擋墻的反濾效果、消除靜水壓力作用也很明顯，因此在確保堤體長期穩(wěn)定的同時，可實現(xiàn)植物和水中生物的生長，起到改善景觀、凈化水質(zhì)的多重功能。

透水混凝土砌塊采用高強度透水混凝土預制，為雙孔箱型結(jié)構(gòu)。由四周側(cè)壁和中隔板組成，上下無頂板或底板，均采用滲透系數(shù)不小于0.1 cm/s、強度不低于C25的高強透水混凝土材料?？紤]混凝土材料的特性和砌塊受力特點，砌塊側(cè)壁和中隔板采取不等厚的楔形結(jié)構(gòu)。同時為保證植物生長空間和日照，砌塊前部側(cè)壁上部設置一定寬度和深度的開口。透水混凝土砌塊大樣見圖2。

圖2 透水混凝土砌塊大樣

砌塊砌筑時采用層層退臺的方式，擋墻坡度緩于75°。水平方向上相鄰的兩個擋墻砌塊通過鋼絲繩及鎖頭連接，豎直方向上相鄰的兩個擋墻砌塊通過凹槽咬合固定。擋墻砌塊內(nèi)常水位以下回填塊石，形成魚巢，為水生生物提供棲息場所；常水位以上回填種植土，利于灌木及藤蔓植物生長生存，形成特有的水岸生存環(huán)境。退臺式透水混凝土砌塊擋墻示意圖見圖3。

圖3 退臺式透水混凝土砌塊擋墻示意

2.2.2 技術(shù)特點

(1)砌塊體積較大，砌塊之間通過水平向連接件和垂直向凹槽等柔性連接互相限制位移，對小規(guī)?；A(chǔ)沉陷或遇到短暫的非常荷載組合(如地震、高地下水位等)有一定的變形能力。

(2)砌塊箱體內(nèi)常水位以上填充種植土，可在其中栽植小喬木、小灌木或藤蔓植物，迅速形成綠化擋墻，植物還可以有效去除水體中的氮、磷，有效抑制藻類的生長繁殖，凈化水質(zhì)[2]。

(3)砌塊完全透水，可以充分保證河岸與河流水體之間的水分交換和調(diào)節(jié)功能，可發(fā)揮水體自凈作用。

(4)砌塊箱體內(nèi)常水位以下填充塊石，其縫隙能改善水中動物的生存環(huán)境。

(5)對于不慎落水者，生態(tài)墻為層層退臺式，易于攀爬，有利于自救。

2.2.3 生態(tài)擋墻設計

(1)擋墻基礎(chǔ)。北川河二級平臺以下的素砼重力式擋土墻墻頂設置了0.2 m×0.2 m(寬×高)的素混凝土擋塊，透水混凝土砌塊垂直方向共2塊，砌塊底部前半部0.2 m位于素砼擋墻墻頂，砌塊后半部0.3 m位于土基上，為防止墻體發(fā)生不均勻沉降，造成墻體破壞，在砌塊底部土基部分設置級配碎石墊層，寬0.5 m，厚0.1 m。

(2)透水混凝土砌塊。砌塊采用C25透水混凝土預制，內(nèi)填種植土和緩釋肥料包，并種植生命力強、覆蓋面積大的野花、灌木。

(3)墻后反濾體及土工布。生態(tài)擋墻后設置反濾體，反濾層厚0.45 m，由外向內(nèi)由中粗砂、瓜子片及級配碎石組成，并在墻體與反濾體之間設置一層300 g/m2的土工布。

(4)壓頂。生態(tài)擋墻壓頂可采用多種形式，如景觀石、植物等。根據(jù)北川河現(xiàn)狀，采用較大塊石壓頂，植物穿插其中，形成綠籬。擋墻墻頂與親水平臺路面之間設置防護欄桿。

(5)墻后土工格柵拉筋。反濾混凝土砌塊生態(tài)擋墻墻后填土是由土和筋體組成的復合土體。在填土工程實施過程中鋪設加筋帶或土工格柵等加筋材料，以增強土體的抗拉、抗剪強度和整體穩(wěn)定性。北川河一級平臺以下生態(tài)擋墻位于下部素砼擋墻墻頂，僅1 m高，土壓力較小，可不設置土工格柵。

3 施工工藝

3.1 砌塊預制

透水混凝土砌塊采用透水混凝土預制，設計強度C25，空隙率10%。工藝流程：稱料→加料→攪拌→成型→震動平臺震實→蒸汽養(yǎng)護→拆模。在生產(chǎn)過程中，應對材料準確計量，嚴格控制材料配合比，并保證充分攪拌。成型時要加料均勻以保證生產(chǎn)的預制塊達到應有的厚度和強度。

3.2 擋墻施工工藝

3.2.1 基礎(chǔ)開挖、地基處理

在施工前，設置排水溝及集水坑進行施工排水，保證工作面干燥且基底不被水浸。施工時，開挖基槽，基礎(chǔ)采用換砂墊層500 mm，用平板式振搗器壓實，壓實度不小于0.94?；A(chǔ)埋深不低于500 mm，有沖刷地段埋深應大于沖刷線。

3.2.2 澆筑C20素砼擋土墻基礎(chǔ)及擋塊

砌塊下部澆筑C20混凝土擋土墻基礎(chǔ)，每20 m設一道沉降縫，用20 mm厚塑料泡沫板充填。施工時，C20混凝土擋土墻基礎(chǔ)高程要求準確無誤，平整度要求誤差不大于±10 mm。墻身外露部分在地面(或常水位)30 cm以上交錯設置泄水孔，每隔2～3 m設一個。

3.2.3 基礎(chǔ)后回填、壓實

C20素砼擋土墻基礎(chǔ)及阻滑塊拆模并達到設計強度后，應及時在墻背后填筑填料并壓實。填料采用級配碎石加土的拌合混合料，夯實土不得使用淤泥、耕植土、凍土、膨脹土及有機物含量大于5%的土，夯實時土的含水率應接近最優(yōu)含水率。擋墻背后填土應分層夯實，每層碾壓回填厚度不得大于30 cm，壓實系數(shù)不小于0.95。

3.2.4 墊層鋪設

墻背后回填至擋土墻基礎(chǔ)頂面下10 cm時，在填料上鋪一層碎石墊層并夯實，寬度50 cm，厚度為10 cm。

3.2.5 無紡土工布

墊層鋪設完成后，在墊層表面鋪設一層土工布，起隔離、反濾、排水作用，規(guī)格為300 g/m2。土工布靠墻面一端應通過混凝土擋土墻墻頂鋪設至阻滑塊后側(cè)并延伸至阻滑塊頂部，靠墻背一端反包透水混凝土砌塊并延伸至墻頂，防止墻背后填料及反濾料流失。

3.2.6 第一層透水混凝土砌塊安裝

第一層砌塊安置在C20混凝土基礎(chǔ)底板上。施工時，先用水泥砂漿對基礎(chǔ)面進行找平，采用坐漿法安裝第一層砌塊，并用橡皮錘調(diào)整其位置，然后在砌塊與抗滑擋塊之間的縫隙、砌塊空腔內(nèi)澆筑0.2 m厚C20混凝土。

相鄰砌塊之間的水平連接采用φ8鋼絲，并使用配套鎖頭。

3.2.7 填筑反濾料

無紡布后側(cè)填筑砂卵石作為反濾層，寬度45 cm。

3.2.8 回填種植土

當?shù)谝粚悠鰤K安裝完畢后立即填土。北川河河道邊坡土質(zhì)砂礫石較多，土壤肥力較差，不利于植物的長期生長，需要在回填土內(nèi)設置緩釋肥料包進行改良，提升土壤肥力、改善透水透氣性。

3.2.9 安裝上層砌塊

上層砌塊與第一層砌塊采用錯縫擺放，無須用砂漿或其他黏合劑。人工干壘時在擺放上面一層砌塊前，需先將下層塊體表面清理干凈，然后再插上玻璃纖維尼龍合成錨固棒。砌塊安裝完成后，重復3.2.7和3.2.8中的步驟，直至達到設計高度。

3.2.10 壓頂

本項目中，采用塊石壓頂，既增加野趣又可供行人休息。塊石應放置在頂層砌塊后半部，留下綠化空間，方便栽植苗木。

3.3 擋墻綠化、養(yǎng)護

3.3.1 植物選擇

植物的配置需要根據(jù)項目區(qū)的情況來定，結(jié)合當?shù)貧夂蛱卣髯鋈娴呐渲?。我們選用了一些適應高寒、高海拔地區(qū)的灌木、草本植物、野花，如：①檉柳、丁香、榆樹、金露梅、沙地柏等木本植物；②波斯菊、披堿草等草本植物。這些植物都具有耐寒、耐旱、耐貧瘠的特點。

3.3.2 栽植小苗、播種

在砌塊種植槽內(nèi)開挖種植穴，將檉柳、丁香、榆樹、金露梅、沙地柏等苗木根部土球放置于種植穴內(nèi)，用細土堆于根部，并使根系舒展，輕輕壓實。灌木土球或根系距種植穴底部應至少有15 cm，種植時坑底回填約15 cm厚的表土。栽后及時澆透定根水。在栽植的苗木周邊撒播波斯菊、披堿草種子，撒播密度不小于20 g/m2，并拌入長效緩釋有機肥料、保水劑等。種植后要及時灌水，使土壤保持濕潤狀態(tài)。

4 結(jié) 語

退臺式透水混凝土砌塊擋墻安裝完成后，栽植、綠化，養(yǎng)護10個月，灌木成活率達到98%以上，披堿草高度30 cm以上，波斯菊也已經(jīng)開花，景觀效果良好，吸引眾多市民前來散步、拍照，成為北川河一道亮麗的風景線。同時，經(jīng)過多次暴雨和水位漲落，砌塊擋墻穩(wěn)定性良好，砌塊無移位、無斷裂，種植土損失不超過5%，擋土效果良好。

河道生態(tài)擋墻是水生態(tài)文明建設的一個重要組成部分。通過西寧市城北區(qū)北川河朝陽電廠引水口至門源橋河道防洪治理工程的實踐，基本解決了靜水壓力、擋土墻排水、景觀綠化等難題，達到了項目預期目標，得到了建設單位的充分肯定，為西北高寒高海拔地區(qū)河道岸坡建設提供了一種切實可行的技術(shù)。相信隨著水生態(tài)文明建設工作的進一步展開，退臺式透水混凝土砌塊擋墻技術(shù)將得到更多應用和發(fā)展。