河道治理工程中護坡技術(shù)研究與應(yīng)用

郗文軍

（新疆昌吉州阜康市水利局，新疆 阜康 831500）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生態(tài)環(huán)境逐步重視[1]，因此需大力推動現(xiàn)代技術(shù)對傳統(tǒng)施工工藝的改進。其中河道治理過程中護坡技術(shù)是一個很值得深入探討的課題[2]。生態(tài)護坡技術(shù)在我國當前部分河道治理過程中應(yīng)用較為廣泛，不僅可對岸坡防護加固，同時也提高岸坡的景觀人文性，展現(xiàn)出與自然的協(xié)調(diào)性發(fā)展[3～4]。選擇合理的生態(tài)護坡與傳統(tǒng)的人工材料相結(jié)合是當前一個較為關(guān)注的重點，故本文以某工程為例分析RXP 生態(tài)砌塊擋墻護坡和植物護坡的穩(wěn)定性、生態(tài)協(xié)調(diào)性及造價。

1 工程現(xiàn)狀

在某地河道治理過程中遇到一處高坎岸坡，其巖土體主要為均質(zhì)土，擋墻高度約為3.0 m，坡度比約為1∶0.17。擋土墻以上承重平臺具有一處高陡斜坡，坡度比達到1.5，高度約為7.02 m，見圖1。巖土體主要抗剪參數(shù)為：粘聚力c 約為25 kPa，內(nèi)摩擦角Φ 為16°，彈性模量與泊松比分別為30 MPa、0.3，土體滲透系數(shù)為10-6cm/s，屬于低滲透性土體，土體容重約為19 kN/m3。在前期護坡設(shè)計中主要采用傳統(tǒng)護坡工藝，對坡面人工澆筑0.28 m 厚的C25 混凝土。又由于采用傳統(tǒng)護坡施工工藝導(dǎo)致周邊人文景觀不搭配，且生態(tài)環(huán)境受到損害，故采用自然植被與人工材料聯(lián)合護坡的生態(tài)護坡進行設(shè)計施工。

圖1 岸坡幾何形態(tài)（尺寸單位：m）

2 RXP 生態(tài)砌塊擋墻護坡設(shè)計

RXP 生態(tài)砌塊指的是榮勛砌塊擋墻[5]，此類砌塊具有占地面積小、有效節(jié)約土地面積的特點。根據(jù)具體地質(zhì)情況和RXP生態(tài)砌塊的特點，設(shè)計方案見圖2。擋墻底部基礎(chǔ)采用C20 砼澆筑，寬度為60 cm，厚度為20 cm。擋墻在C25 砼的基礎(chǔ)上采用RXP280-10 型生態(tài)砌塊。

圖2 RXP 生態(tài)砌塊剖面圖（尺寸單位：mm）

在擋墻背后坡面處采用土工格柵鋪墊，土工格柵主要采用的是單向聚丙烯土工格柵，此類格柵具有增強巖土體之間摩擦力的作用，同時需保證壓實度在90%以上。砌塊之間留有縫隙，縫隙寬度約為80 mm，可以進行播種植物種子，方便微生物的繁衍與能量的傳輸。擋墻頂部主要采用C20 混凝土澆筑，厚度與寬度分別為10 cm、2 m。

2.1 穩(wěn)定性分析

護坡設(shè)計方案采用ANSYS 進行建模仿真計算分析。首先，對計算模型進行網(wǎng)格劃分，該幾何模型劃分成節(jié)點4870 個，共有分析單元2325 個，主要采用的是四邊形八節(jié)點應(yīng)變變形單元體。根據(jù)實際工程設(shè)定邊界條件，岸坡底面采用完全約束，上部為自由邊界，左右邊界存在水平方向的約束條件，主要承受重力與河流的靜水壓力。在ANSYS 中網(wǎng)格劃分的計算模型見圖3。

圖3 網(wǎng)格劃分后的計算模型圖

計算模型網(wǎng)格劃分之后，對其進行穩(wěn)定性計算。根據(jù)計算知，該岸坡破壞面主要集中在圖中黑色部分。進一步計算岸坡穩(wěn)定性系數(shù)得Fs=1.9，滿足規(guī)范要求。

2.2 生態(tài)協(xié)調(diào)性分析

由于采用RXP 砌塊擋墻設(shè)計，在擋墻上下砌塊存在一定的縫隙聯(lián)通，這些縫隙的聯(lián)通將進一步打通該岸坡的生態(tài)結(jié)構(gòu)。水下生物可以在擋墻內(nèi)外自由活動，水體處于連通狀態(tài)，微生物之間的傳輸交流處于和諧狀態(tài)，這些水下聯(lián)通的關(guān)系也為水體植物的生長提供了一個良好的生態(tài)協(xié)調(diào)性，使水下、水上生物之間處于自然的物質(zhì)交換狀態(tài)。

RXP 生態(tài)砌墻將幫助岸坡面上一些植物可以快速布滿整個坡面，美化環(huán)境，指物體的存在也維持了巖土體的存在，不至于水土流失嚴重。植物體與人工燈光美化措施的協(xié)調(diào)使用，將使整個岸坡面具有生態(tài)型的光影自然人文景觀變化，成為一個美麗的旅游休閑場所。

2.3 造價分析

表1 材料費

表2 單位面積總成本

根據(jù)具體的工程成本換算成每平方米的造價，且折合機械費與其他輔助性費用，該岸坡面材料費用見表2。RXP 砌塊擋墻生態(tài)護坡設(shè)計的造價約為684.11 元/m2。

3 植物護坡設(shè)計

針對在河道治理過程中遇到的高坎岸坡，設(shè)計出植物護坡設(shè)計方案，在岸坡邊種植一些水濕生植物，盡量避免種植沉水植物。在岸坡面上種植一些生命力頑強、固土能力強的灌木或喬木等。

根據(jù)巖土體性質(zhì)，結(jié)合生態(tài)學(xué)知識，植物護坡設(shè)計中主要植物材料選用的是水蔥、麥冬草、夾竹桃、欒樹、構(gòu)骨冬青、樟樹六種植物。見圖4。坡腳處主要采用樁基礎(chǔ)抗沖刷，固堤護坡，樁基礎(chǔ)直徑約為15 cm，木樁間距約為5 cm，打入水中，但入水深度不可超過樁身長度的一半。在岸坡面主要種植一些麥冬草籽，岸頂種植樟樹，成間隔布置，保證間距約為0.5 m，營建和諧的河邊植被景觀。

圖4 植物護坡剖面示意圖（尺寸單位：mm）

3.1 穩(wěn)定性分析

采用植物護坡技術(shù)，植物帶交錯分布在岸坡面和岸頂，所選用的草本植物具有生長迅速，根系發(fā)育較完善，喬灌植物能有效保證坡面的土壤不被侵蝕。植物通過自身的收集雨水的能力，保證植被可以固土，留住水分，減小坡面水體流量，削弱河流對岸坡的侵蝕。由于本方案中采用樁基保護坡腳，故而不用擔心坡腳處水流對岸坡的沖刷，保證岸坡的穩(wěn)定性。

3.2 生態(tài)協(xié)調(diào)性與造價分析

表3 植物護坡材料費

表4 單位面積總成本

由于采用植物護坡技術(shù)，因其具有良好的生態(tài)協(xié)調(diào)性，故能有效涵養(yǎng)植物，吸收水分，減少河流與岸坡的景觀不可協(xié)調(diào)性，增加植物對水分的吸收。這種可協(xié)調(diào)性可改善河道水流水質(zhì)，保護生態(tài)環(huán)境，增強水域的強有力生態(tài)型。岸坡上的植被具有可觀賞性，可發(fā)揮綠化功能，樟樹可提供動物的繁衍場所，使岸坡成為一個良好的自然生態(tài)場所。

根據(jù)成本造價分析，護坡材料費用主要由材料費與單位面積內(nèi)的人工費、養(yǎng)護費組成，該方案單位面積的護坡成本約為97.26 元/m2。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過應(yīng)用生態(tài)護坡技術(shù)與傳統(tǒng)護坡技術(shù)相結(jié)合，選用RXP 生態(tài)砌塊擋墻護坡設(shè)計或者植被護坡技術(shù)，可大大增強岸坡的穩(wěn)定性，且造價成本相對低廉，可提高岸坡的景觀人文性，在實際河道治理過程中可根據(jù)具體的實際坡體情況選擇合理的生態(tài)護坡技術(shù)。

4.2 建議

生態(tài)護坡實施過程中，在坡腳與河道接觸之處，由于水中營養(yǎng)豐富，存在許多雜草，高低不一，雖然這些雜草在一定程度上掩蓋了坡面的完整性，但是從另一方面來說，會使水位的高度掩蓋，增加危險性，同時雜草存在影響了整體的美觀性。為了安全考慮，應(yīng)該對植物遮擋水位設(shè)置水深標志牌。河岸坡面應(yīng)設(shè)置警示牌，尤其是在活動密集場所設(shè)置警示牌，保證岸坡面之上人員的活動安全。