框式生態(tài)擋墻在河道綜合整治中的應(yīng)用

張志偉， 莊鈞惠， 丁紅巖， 縱瑞城

(1.常州新美水務(wù)有限公司， 江蘇 常州 213001; 2.江陰市水利農(nóng)機(jī)局， 江蘇 無(wú)錫 214431)

1 概 述

常州市新北區(qū)位于太湖流域湖西和武澄錫虞北部的平原地區(qū)，處于長(zhǎng)三角核心區(qū)域，是常州市開(kāi)發(fā)開(kāi)放的窗口，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和城市化建設(shè)水平較高，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的過(guò)程中，水利基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展相對(duì)緩慢，區(qū)域防洪減災(zāi)能力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不相協(xié)調(diào)，河網(wǎng)布局不夠完善，河道淤積，防洪、排澇、水環(huán)境問(wèn)題突出，與水利現(xiàn)代化建設(shè)的要求不相適應(yīng)。

為合理治理、保護(hù)和管理水系，促進(jìn)水為常州新北區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航，迫切需要按照中央及新時(shí)期的治水思路，以《蘇南現(xiàn)代化示范建設(shè)區(qū)規(guī)劃》，省、市、區(qū)水利現(xiàn)代化規(guī)劃和“民生水利、安全水利、資源水利、生態(tài)水利”戰(zhàn)略思想為指導(dǎo)，針對(duì)區(qū)域水系特點(diǎn)，以新孟河工程為契機(jī)，在新孟河工程既定項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，適當(dāng)優(yōu)化工程治理安排并配套整治新孟河沿線(xiàn)其它支流或叉流，消除新孟河拓浚整治及引水期間兩岸控制對(duì)河道兩岸引排的影響，從防洪排澇、水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀等方面進(jìn)行系統(tǒng)整治，打造新北區(qū)水利現(xiàn)代化新格局，進(jìn)一步塑造新北區(qū)省水利現(xiàn)代化建設(shè)試點(diǎn)縣(市、區(qū))的美麗形象[1]。

友誼河屬于新孟河延伸拓浚(新北區(qū))及綜合配套整治工程水利配套部分，工程位于常州市新北區(qū)春江鎮(zhèn)境內(nèi)，為東西走向的新開(kāi)河道，西起德勝河，向東新開(kāi)河道，至園區(qū)二路接現(xiàn)狀河道，現(xiàn)狀河道河口口寬18.9～30.7 m，底寬約3 m，河底高程約1.9 m，沿玉龍路東側(cè)向南新開(kāi)河道，與老友誼河溝通，屬水系溝通。

2 框式生態(tài)擋墻的特點(diǎn)

框式生態(tài)擋墻的砌塊采用模塊化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化模具生產(chǎn)，工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)組裝，產(chǎn)品一致性較好，為產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化施工打好基礎(chǔ)。整個(gè)施工外立面一致規(guī)整，誤差小。機(jī)械化施工，減少人力，縮短工期，墻后雨水均勻滲透，金屬螺桿水平連接，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固，更利于對(duì)中小河流的治理，讓水更清，讓岸更綠。植被蓋度達(dá)到95%以上，減少土壤流失90%以上，保土效益和綠化效果非常顯著。采用仿石材孔洞設(shè)計(jì)，有效的保護(hù)水微生物生長(zhǎng)繁殖，具有改善景觀和完善生態(tài)環(huán)境的多重功能。

框式生態(tài)擋墻不僅滿(mǎn)足擋土墻的使用功能，更重要是考慮到與周?chē)h(huán)境的協(xié)調(diào)，通過(guò)植物與土木工程相結(jié)合，減輕坡面的不穩(wěn)定和侵蝕。砌塊利用了粗糙界面、蛙道以及大空腔，保證了魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)生存繁衍，為恢復(fù)生態(tài)平衡提供了支撐。該擋土護(hù)坡結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)坡腳至坡頂依次種植一系列護(hù)坡植物，形成多層次生態(tài)防護(hù)，構(gòu)成完善的生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)，既能有效控制土壤侵蝕，又美化河岸景觀，兼顧生態(tài)功能和景觀功能，尤其是在城市中小河道生態(tài)修復(fù)與治理工程中得到充分的應(yīng)用。

3 新孟河延伸拓浚(新北區(qū))及綜合配套整治工程友誼河護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算分析

3.1 護(hù)岸斷面設(shè)計(jì)

在河道綜合整治過(guò)程中，水利建設(shè)觀念已經(jīng)由傳統(tǒng)的防洪、排澇向建設(shè)“安全、舒適、優(yōu)美”的水環(huán)境水生態(tài)綜合治理轉(zhuǎn)變[2]，強(qiáng)調(diào)“水安全、水生態(tài)、水環(huán)境”三位一體[3]。友誼河(玉龍北路—龍江北路段)河道斷面(圖1)的設(shè)計(jì)，需要綜合考慮的因素包括地形、地質(zhì)條件，水文條件、工程施工方法、沿線(xiàn)征地拆遷等多方面因素。

根據(jù)對(duì)樁式生態(tài)護(hù)岸、榮勛擋墻、自嵌式混凝土連鎖塊擋墻、框式生態(tài)擋墻等各型式生態(tài)護(hù)岸優(yōu)缺點(diǎn)比選，確定友誼河(玉龍北路—龍江北路段)釆用框式擋墻護(hù)岸型式(圖2)。根據(jù)前期階段成果及常州市水系規(guī)劃要求，結(jié)合本工程的地質(zhì)情況，確定友誼河河道標(biāo)準(zhǔn)斷面釆用復(fù)合斷面型式，河底高程1.50 m，河底寬度5.00 m，河道邊坡1∶2.0， 高程3.0 m設(shè)1.0 m寬青坎，青坎以下邊坡1∶2.0，以上設(shè)生態(tài)護(hù)岸，護(hù)岸頂高程4.5 m，以上按1∶2.0放坡至現(xiàn)狀地面，高程4.5 m以上進(jìn)行綠化防護(hù)。

3.2 基本資料及計(jì)算原理

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告提供的土質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)及規(guī)劃要求，對(duì)友誼河(玉龍北路—龍江北路段)進(jìn)行河道斷面抗滑穩(wěn)定分析，以進(jìn)一步確定各河道邊坡。友誼河選取4個(gè)斷面進(jìn)行邊坡整體抗滑穩(wěn)定復(fù)核，計(jì)算結(jié)果均滿(mǎn)足規(guī)范要求。本小節(jié)僅選取了土質(zhì)較差、提頂較高的具有代表性的斷面1個(gè)，土層地質(zhì)參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1[4]。

擋土墻墻后采用素土回填，要求回填土壓實(shí)度大于等于0.93。回填土的物理參數(shù)取為: 等值內(nèi)摩擦角Φ=30°，回填土濕容重γ=18.51 kN/m3，計(jì)算中考慮基礎(chǔ)底面與地基之間的摩擦系數(shù)f=0.35。

按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)和《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》 (SL386—2007)的有關(guān)規(guī)定，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告提供的土質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)河道進(jìn)行抗滑整體穩(wěn)定計(jì)算。邊坡抗滑整體穩(wěn)定分析釆用瑞典圓弧法，應(yīng)用《土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)》(HH-Slope)進(jìn)行計(jì)算。對(duì)完建期、運(yùn)行期等不同工況、不同水位組合分別進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析驗(yàn)算，最終確定河道邊坡。驗(yàn)算時(shí)，在完建期填筑土層采用直接快剪指標(biāo)，原狀土層釆用固結(jié)快剪指標(biāo)，在運(yùn)行期釆用直接快剪指標(biāo)(若沒(méi)有直接快剪指標(biāo)，釆用固結(jié)快剪指標(biāo))。

3.3 計(jì)算工況及結(jié)果

3.3.1 邊坡整體穩(wěn)定計(jì)算

通過(guò)施工期、運(yùn)行期2種水位組合工況的驗(yàn)算，河道斷面釆用框式擋墻護(hù)岸的斷面型式，護(hù)岸上下邊坡比均為1∶2，在不進(jìn)行地基處理情況下，各計(jì)算工況邊坡整體穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)圖3～4和表2。結(jié)果顯示，邊坡整體穩(wěn)定在施工期和運(yùn)行期均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.3.2 護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算

框式擋墻護(hù)岸的計(jì)算工況根據(jù)擋墻情況，選擇施工期、正常運(yùn)行期、地震期3種工況進(jìn)行計(jì)算，其穩(wěn)定驗(yàn)算成果詳見(jiàn)表3，結(jié)果顯示在3種工況下均滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。

表1 J2882鉆孔地質(zhì)土層各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)

表2 友誼河河道邊坡整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

圖2 框式生態(tài)擋墻斷面圖

圖3 鉆孔J2882河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算示意圖(施工期)

圖4 鉆孔J2882河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算示意圖(運(yùn)行期)

4 實(shí)施效果

截止至2019年4月，友誼河(玉龍路～龍江北路段)的河道施工基本完成，根據(jù)施工過(guò)程中的跟蹤反饋，框式生態(tài)擋墻減少了開(kāi)挖放坡占地，施工速度較快，質(zhì)量容易控制。

表3 擋墻穩(wěn)定驗(yàn)算成果

框式生態(tài)擋墻是開(kāi)放式的系統(tǒng)，在滿(mǎn)足行洪排澇要求的基礎(chǔ)上，保證岸坡的穩(wěn)定，防止水土流失；同時(shí)實(shí)現(xiàn)河流域護(hù)坡背后的土壤形成營(yíng)養(yǎng)交換的生態(tài)系統(tǒng)；可以促進(jìn)水土交換，促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，讓河水實(shí)現(xiàn)自我凈化的功能，幫助河流的水質(zhì)得到大幅改善，其同時(shí)滿(mǎn)足了景觀性和生態(tài)性的要求。