五河分洪道直墻護砌方案的探討

金 嚴(yán) 陳 闖 夏成亮 楊雅男

鋼筋混凝土擋墻以自身良好的抗沖刷、耐久性、穩(wěn)定性、易取材等優(yōu)點，在傳統(tǒng)的河道治理中應(yīng)用廣泛，但隨著生態(tài)河道治理理念的推廣，各種生態(tài)型護岸正在逐步替代鋼筋混凝土擋墻。本文從五河分洪道直墻護砌方案的選定入手，提出了應(yīng)用生態(tài)型護岸對傳統(tǒng)混凝土直墻護岸的假設(shè)性改良方案的探討，為類似河道治理工程的設(shè)計提供參考。

一、工程概況

五河分洪道是黃河故道宿遷境內(nèi)重要的分洪河道之一, 位于洋河新區(qū)境內(nèi)，河道總長16.92km，其中平地開河1.9km，自黃河故道樁號K60+500 處五河分洪閘，承泄黃河故道洪水入成子湖。五河平地開河段地勢北高南低、西高東低，地面高程黃河老大堤以北24 ～20m，老大堤以南18 ～17m，現(xiàn)狀河底高程13 ～9.5m。河道自身控制排澇面積69.27km2，其中平原坡水區(qū)面積41.42km2，圩區(qū)面積27.85km2；河道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇分洪時，五河分洪閘下泄?jié)乘?12m3/s，遭遇洪澤湖蔣壩水位13.50m；20年一遇分洪時，五河分洪閘下泄?jié)乘?13m3/s，遭遇洪澤湖蔣壩水位14.50m，自身防洪與分洪不疊加。鋼筋混凝土擋墻位于五河分洪道平地開河段，黃河老大堤處（五河分洪道樁號K-0-680）設(shè)置跌水，跌水以上段直墻高度2.0m；跌水以下段直墻高度2.5m。此次從生態(tài)河道治理的角度出發(fā)，提出運用生態(tài)護岸對該段鋼筋混凝土擋墻方案進行改良的探討。

二、鋼筋混凝土擋墻方案設(shè)計

1.河道設(shè)計方案

五河分洪道平地開河段上游銜接五河分洪閘，下游順接五河現(xiàn)狀河道，河底高程范圍基本確定，加之河道堤頂高程相對較高，該段河道深度范圍為5.5～8.5m，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50288-2018），應(yīng)在河底以上3～5m 設(shè)置戧道，則河道斷面型式基本確定為復(fù)式梯形斷面。根據(jù)平面布置，從控制水位、不沖流速、工程占地、工程投資及相關(guān)規(guī)范等方面的要求，提出開明河不護砌、開明河+邊坡護砌、開明河+直墻護砌及箱涵等四種方案，方案比選見圖1。

方案一：開明河（不護砌）方案

采用復(fù)式梯形斷面，使斷面平均流速小于不沖流速，跌水（K-0-680）以上段底寬85m，跌水以下段底寬19m，河底縱比降1/2500，坡比1 ∶3，河底以上4m 設(shè)置3m 寬平臺。從河道景觀、河槽防沖等因素考慮，在跌水上設(shè)置溢流堰。

方案二：開明河+邊坡護砌方案

為減少征地，在方案一的基礎(chǔ)上，河道底寬縮小為15m，跌水以上段河底高程適當(dāng)降低。由于斷面平均流速大于不沖流速，需進行邊坡護砌，護砌頂高程為20年一遇水位以上0.5m。

方案三：開明河+直墻護砌方案

為進一步減少征地，在方案二的基礎(chǔ)上，跌水以上河道底寬縮小為12m，跌水以下河道底寬縮小為15m，邊坡采用施工相對容易且經(jīng)濟的直墻護岸，跌水以上段直墻底高程為19.0m，高度2m；跌水以下段直墻設(shè)置于河底以上3m 處，高度2.5m。由于斷面平均流速大于不沖流速，直墻以下段邊坡及河底需進行護砌。

方案四：箱涵方案

為避免永久征地，采用箱涵方案，箱涵孔徑為4 孔，每孔凈寬5m，總凈寬20m，河底比降1/2500?？紤]箱涵位于地下，抗沖刷能力強，跌水上不設(shè)置溢流堰。

經(jīng)比選，選定投資較節(jié)省、占地數(shù)量較少、水流條件相對較好、水面率相對較大的方案三，即開明河+直墻護砌方案（堰上底寬12m，跌水下底寬15m）。

2.鋼筋混凝土直墻設(shè)計方案

根據(jù)河道設(shè)計方案，確定了河道護砌型式為坡式+直墻護岸。其中，跌水以上段（K-0-680～K-1-900）1.22km河道，直墻高度2.0m，跌水以下段（K-0-680～K0+000）0.68km 河道，直墻高度2.5m，平地開河段河道斷面平均流速達1.35m/s，大于不沖流速，為防止河底沖刷，直墻以下邊坡采用造價較低、水土保持效果較好的聯(lián)鎖塊護砌，河底2m 范圍內(nèi)采用灌砌石護腳。

（1）擋墻選擇

圖1 河道設(shè)計方案比選圖

由于五河分洪道的定位為黃河故道的分洪河道，保障分洪安全是設(shè)計的第一要義，其次考慮生態(tài)、環(huán)境等因素。根據(jù)《擋土墻設(shè)計實用手冊》，擋土墻按承重方式分重力式擋土墻和輕型結(jié)構(gòu)擋土墻，主要的輕型結(jié)構(gòu)擋土墻包括懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻和孔格式擋土墻，考慮到扶壁式、孔格式擋墻一般適應(yīng)于9m 以上建筑物，輕型結(jié)構(gòu)擋土墻選用懸臂式擋墻參與比選。

重力式擋土墻自身體積和質(zhì)量均較大，對地基要求較高，但自身穩(wěn)定性較好，施工簡便；懸臂式擋墻結(jié)構(gòu)較輕、承載能力較大，但自身穩(wěn)定性較差，需配置鋼筋，施工相對重力式擋墻復(fù)雜。

由于重力式擋墻較懸臂式擋墻工程投資略高，同時平地開河段擋墻底板位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，地基基礎(chǔ)較差，需進行基礎(chǔ)處理，綜合考慮，選用懸臂式擋墻。

（2）基礎(chǔ)處理

根據(jù)地勘報告揭示的土質(zhì)，五河分洪道跌水上段有約2km（兩岸，下同）、跌水以下段有約1.2km 河道擋墻底板位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，為保障工程整體安全，需對該段地基基礎(chǔ)進行處理。

此次選用水泥土換填和方樁復(fù)核基礎(chǔ)進行比選分析：

方案一：水泥土換填方案。根據(jù)各段擋墻基礎(chǔ)下淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層厚度不同，分別進行水泥土換填情況計算，總計使用水泥土33613m3，投資約480 萬元。

方案二：方樁復(fù)合基礎(chǔ)方案。根據(jù)各段擋墻基礎(chǔ)下淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層厚度不同，分別進行方樁規(guī)格計算，總計使用方樁約1808m3,投資約360 萬元。

總體而言，方樁復(fù)合基礎(chǔ)投資較省，且質(zhì)量控制較好，因此采用方樁復(fù)合基礎(chǔ)方案。

3.鋼筋混凝土直墻方案評價

該方案能夠滿足五河分洪道河道設(shè)計要求，具備良好的穩(wěn)定性、抗沖刷性、耐久性，節(jié)約占地、節(jié)約投資等優(yōu)點，直墻以下連鎖塊護坡的應(yīng)用也具有一定的生態(tài)效果；但直墻護砌非分洪期呈裸露狀態(tài)，視覺效果較為生硬，水生態(tài)、水景觀性較差。該種方案的形成，除了工程投資限制及防洪需求定位等客觀因素外，主要受限于傳統(tǒng)河道治理思維模式的影響，更多的關(guān)注防洪功能，而忽略了河道治理的生態(tài)理念，造成了生態(tài)效益較差的結(jié)果。鋼筋混凝土直墻方案典型圖如圖2所示。

三、生態(tài)護岸改良方案設(shè)計

造成鋼筋混凝土直墻水景觀效果較差的根本原因，是傳統(tǒng)平面模板造成混凝土材料澆筑成型的單調(diào)性；直接原因是裸露擋墻的高度相對較大。

1.解決鋼筋混凝土直墻造型單調(diào)性

（1）噴涂與石雕

圖2 鋼筋混凝土直墻護岸典型圖

圖3 生態(tài)護岸改良方案典型圖

噴涂技術(shù)已發(fā)展成熟，在混凝土表面噴涂仿石漆，使混凝土視覺上呈砌石效果，此方法具有一定的觀賞性，但造價相對較高，缺乏人文景觀色彩。為此，可采取在部分段擋墻混凝土表面進行雕刻創(chuàng)作的方法，以體現(xiàn)地方文化特色，該方法人文景觀較佳，但對雕刻工藝要求較高，操作不當(dāng)將破壞鋼筋保護層，造成鋼筋銹蝕。

（2）外掛種植槽

在混凝土表面預(yù)留鋼筋接頭，二次澆筑種植槽，內(nèi)部填充土壤，培植植物。該方法雖增加了施工難度，但對水生態(tài)環(huán)境及景觀提升效果明顯，為落水者自救提供了方便，同時為水生動物也提供了一定的棲息環(huán)境。

2.生態(tài)護岸改良方案

將原設(shè)計方案一級直墻高度降低1.0m，擋墻底板結(jié)構(gòu)尺寸對應(yīng)縮減。為彌補超高不足缺陷，設(shè)置二級擋墻，二級擋墻采用階梯式護岸，階梯護岸共設(shè)置三層，按照不陡于1 ∶0.3 邊坡進行鑲嵌。箱格尺寸為2.0m（長）×1.0m（寬）×0.5m（高），下部兩層箱格內(nèi)填筑塊石，頂層箱格內(nèi)填充種植土壤，栽種植物形成綠化帶。為進一步優(yōu)化景觀效果，在一、二級擋墻間設(shè)置1.5m 寬步道，鋪設(shè)透水磚，形成親水平臺。典型斷面見圖3。

四、結(jié)論

相較于傳統(tǒng)的混凝土直墻方案，改良后的方案投資及占地雖略有增加，但混凝土表面過于單調(diào)的缺點有所改進；原一級擋墻高度的降低，在滿足防洪需求的前提下，改善了視覺效果；二級生態(tài)護岸的應(yīng)用，體現(xiàn)了生態(tài)河道的治理理念，配合布設(shè)的綠化帶，有效實現(xiàn)了擋墻的“硬景軟化”；人行步道的增設(shè)拉近了人水距離，增加了觀賞性。綜上，擋墻方案的改良，既保證了河道治理的安全性，又凸顯了河道治理的生態(tài)性和水環(huán)境的優(yōu)美，具有明顯的社會、生態(tài)效益。改良方案的提出，延伸并拓展了鋼筋混凝土擋墻應(yīng)用的空間，具有一定的生態(tài)效果，可為類似河道治理工程的設(shè)計提供參考■