生態(tài)砌塊護(hù)岸在靖安縣中源鄉(xiāng)防洪工程中的運(yùn)用

曾 云，喻春花

(江西省贛西土木工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院，江西 宜春 336000)

0 引 言

靖安縣中源鄉(xiāng)防洪工程位于北潦河中源鄉(xiāng)段，治理河道總長(zhǎng)5.562km，其中北潦河河道長(zhǎng)5.440km，起點(diǎn)為合港橋以上約158m，終點(diǎn)為山下橋；支流合港水河道長(zhǎng)0.122km，起點(diǎn)為合港陂，終點(diǎn)為萬(wàn)福殿便民橋。

工程區(qū)防護(hù)面積2.3km2，保護(hù)耕地166.67hm2，保護(hù)中源鄉(xiāng)集鎮(zhèn)，合港村、船灣村、山下等村委，人口0.3萬(wàn)余人。

工程區(qū)主要地貌類型為構(gòu)造、侵蝕中低山及河流沖積階地，四面環(huán)山，沖溝發(fā)育，整體地勢(shì)東高西低，區(qū)內(nèi)地勢(shì)起伏較大，河流蜿蜒曲折。沖積階地主要分布于北潦河左右岸，地面標(biāo)高大多為545-585m。北潦河整體由西流向東，縱坡較大。

1 工程存在的問(wèn)題

靖安縣中源鄉(xiāng)北潦河河段現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)低，沿岸基本未設(shè)堤防，局部地勢(shì)低洼，加之河道坡降較大，受水流沖刷，坍岸現(xiàn)象較普遍。

2 工程任務(wù)

工程建設(shè)任務(wù)主要為：針對(duì)河道實(shí)際存在的險(xiǎn)情，本工程加固的主要內(nèi)容為對(duì)險(xiǎn)工險(xiǎn)段及存在隱患的河岸進(jìn)行護(hù)岸。在盡可能維系河流原貌的情況下，通過(guò)岸坡防護(hù)、親水性設(shè)計(jì)等手段，提高工程河段抵御山洪災(zāi)害的能力，保護(hù)項(xiàng)目區(qū)河流生態(tài)環(huán)境，適度打造鎮(zhèn)、村中心沿河兩岸景觀，建設(shè)美麗鄉(xiāng)村，打造一條自然、生態(tài)、親水的河流。

3 護(hù)岸型式比選

3.1 護(hù)岸型式介紹

3.1.1 傳統(tǒng)護(hù)岸

傳統(tǒng)河道岸坡防護(hù)材料主要采用干砌塊石、混凝土預(yù)制塊及現(xiàn)澆混凝土等硬質(zhì)材料對(duì)河道堤防或岸坡進(jìn)行防護(hù)。硬質(zhì)材料護(hù)岸在保持岸坡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、防止水土流失以及防洪、排澇等方面，起到了一定的作用。但是硬質(zhì)材料護(hù)岸的造價(jià)均相對(duì)較高，施工難度較大、有些還需要水下施工，且維護(hù)工作難度較大。

硬質(zhì)材料護(hù)岸對(duì)水土間的通道以及水土之間的聯(lián)系具有明顯的破壞作用，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成很大的負(fù)面影響，如混凝土預(yù)制塊的表面比較光滑，往往導(dǎo)致魚(yú)類或者是兩棲動(dòng)物失去了繁衍和避難場(chǎng)所，水生物無(wú)穩(wěn)定的生存環(huán)境，水體自凈能力大大降低，對(duì)陸地以及水體起到破壞的作用，導(dǎo)致水體污染，對(duì)景觀、環(huán)境和生態(tài)均產(chǎn)生不良的影響，造成了水體與陸地環(huán)境的惡化，破壞了原有的生態(tài)平衡，甚至嚴(yán)重威脅著人們賴以生產(chǎn)、生活的生態(tài)環(huán)境[2]。

干砌塊石、混凝土預(yù)制塊護(hù)岸：

優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單，防護(hù)功能強(qiáng)，穩(wěn)定性高；抗沖能力強(qiáng)，人為損壞?。蝗秉c(diǎn)：無(wú)透水性，完全隔絕坡面與岸坡土體的生態(tài)聯(lián)系，岸坡上寸草不生，無(wú)任何生態(tài)、景觀功能；水體凈化功能差。

3.1.2 生態(tài)護(hù)岸

在河道整治工程中，常用的生態(tài)護(hù)岸主要有石籠網(wǎng)墊護(hù)岸、生態(tài)袋護(hù)岸、生態(tài)砌塊護(hù)岸、生態(tài)混凝土護(hù)岸等。

3.1.2.1 石籠網(wǎng)墊護(hù)岸

石籠格網(wǎng)墊一般采用鋼絲籠單體通過(guò)鋼絲綁扎，內(nèi)部填置塊石，形成薄墊型結(jié)構(gòu)，覆蓋于岸坡之上，能有效減緩水流沖刷，保護(hù)岸坡土體。石籠網(wǎng)墊主要用于河道岸坡、堤防護(hù)坡。既可防止河岸遭水流、風(fēng)浪侵襲而破壞，又保持了水體與坡下土體間的自然對(duì)流交換功能，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)平衡；既保護(hù)了堤坡，又增添綠化景觀[3]。

優(yōu)點(diǎn)：柔韌性好、透水性強(qiáng)、耐久性及防沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的生態(tài)性。能夠承受較大范圍的變形，不會(huì)因不均勻沉陷而產(chǎn)生沉陷縫等，整體結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞。石籠網(wǎng)間的縫隙有利于微生物及各種生物的生存，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間土壤堆積，為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造條件；亦可在石籠的塊石縫隙中填置混播了草籽的種植土，從而打造綠色生態(tài)型護(hù)岸。

缺點(diǎn)：網(wǎng)格外露，金屬的腐蝕性，老化問(wèn)題，以及外露的格網(wǎng)容易被破壞，導(dǎo)致網(wǎng)內(nèi)較小的石塊容易掉出網(wǎng)外。另外，金屬、網(wǎng)格的切斷端部非常尖銳，親水活動(dòng)和攀爬自救的人容易被傷害。

3.1.2.2 生態(tài)砌塊護(hù)岸

生態(tài)砌塊由一種縱向帶有卡鎖結(jié)構(gòu)、自擋土的實(shí)心混凝土砌塊干砌形成，砌筑時(shí)通過(guò)砌塊縱向的榫槽結(jié)構(gòu)使砌塊間互相卡鎖、整體聯(lián)鎖，自擋土結(jié)構(gòu)可以離縫砌筑，所形成的生態(tài)孔洞可種植花草，滿足綠化生態(tài)需要?？蓮V泛用于河道、堤防岸坡防護(hù)工程[4]。

生態(tài)砌塊護(hù)岸優(yōu)點(diǎn)：

1)獨(dú)特的自擋土結(jié)構(gòu)：在坡度<45°時(shí)，榮勛護(hù)坡護(hù)床具有自擋土功能，一般無(wú)需采取反濾措施，降低造價(jià)，簡(jiǎn)化施工，提高工效。

2)限制砌塊之間的豎向運(yùn)動(dòng)，任一砌塊都不容易向上或向下脫開(kāi)，保證了路面、護(hù)坡、河床的平整穩(wěn)定；不容易被水流沖刷下來(lái)；當(dāng)用于江河海岸的護(hù)岸時(shí)，比平面式砌塊能夠更有效地抵抗波浪沖擊力和波浪浮托力。

3)砌塊在被踩踏時(shí)，砌塊底下的積水不易從凸條和凹槽之間向上濺出。

4)同層相鄰的砌塊之間的間距可以靈活變化，從而可以形成不同大小的孔洞，滿足多種變化的美觀需要；這些孔洞可以為植物提供生存空間，滿足綠化生態(tài)需要。

5)可以適應(yīng)坡度的連續(xù)的變化。

6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋪砌方便，有利于縮短工期，降低勞動(dòng)強(qiáng)度[5]。

3.1.2.3 傳統(tǒng)護(hù)岸與生態(tài)護(hù)岸優(yōu)劣對(duì)比

1)功能方面：傳統(tǒng)護(hù)岸注重點(diǎn)在于防洪、排澇等基本功能；生態(tài)護(hù)岸除考慮其基本功能外，還統(tǒng)籌兼顧生態(tài)、景觀功能，能更好地促進(jìn)新型水生態(tài)環(huán)境理念的建設(shè)和發(fā)展。

2)形態(tài)方面：傳統(tǒng)護(hù)岸斷面規(guī)則、岸線整齊，人工痕跡明顯；生態(tài)護(hù)岸斷面形式多樣、岸線遵循其自然走向、親水休閑更加方便，保留河道原生態(tài)特色，符合人與自然和諧相處的理念。

3)選材方面：傳統(tǒng)護(hù)岸工程選材主要使用塊石、混凝土等硬質(zhì)材料，硬化岸坡，隔斷水體與陸域之間的聯(lián)系，從而引起自然環(huán)境的惡化，大大降低水體自凈能力，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的平衡遭到破壞；生態(tài)護(hù)岸選材主要使用的材料一般為天然石材、多孔結(jié)構(gòu)、植物、土工材料等，有利于整個(gè)河道生態(tài)體系營(yíng)養(yǎng)、水分、空氣等之間的相互交換，對(duì)河道的生態(tài)系統(tǒng)影響較小，更有利于已經(jīng)遭受破壞的河流生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)。

4)工程效果方面：傳統(tǒng)護(hù)岸工程后期管護(hù)工作較復(fù)雜，且河流生態(tài)系統(tǒng)較脆弱，易遭到破壞，自我修復(fù)功能差，容易導(dǎo)致河道水體黑臭，無(wú)法達(dá)到水生態(tài)景觀和環(huán)保的要求；生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)因地制宜，護(hù)岸材料和施工技術(shù)漸趨成熟，后期管護(hù)工作相對(duì)簡(jiǎn)單。而且，生態(tài)護(hù)岸遵循自然規(guī)律，打造的河流生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)能力強(qiáng)，能給人們提供親水、娛樂(lè)、休閑等功能，進(jìn)一步促進(jìn)人們的身心健康發(fā)展[6]。

3.2 護(hù)岸方案比選

根據(jù)省內(nèi)類似工程，本工程險(xiǎn)段護(hù)岸型式采用混凝土預(yù)制塊、干砌石、生態(tài)砌塊、石籠網(wǎng)墊護(hù)岸四種方案進(jìn)行比選：方案一為0.4m厚干砌塊石護(hù)坡，下設(shè)0.2m厚的砂卵石墊層；方案二為0.12m厚C20砼預(yù)制塊護(hù)坡，下設(shè)0.1m厚砂卵石墊層；方案三為生態(tài)砌塊護(hù)坡，生態(tài)護(hù)坡采用C20砼砌塊(150mm×150mm×400mm)，下設(shè)土工布200g/m2；方案四為300mm厚石籠網(wǎng)墊，下設(shè)一層反濾土工布。比較結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 護(hù)岸方案比較表

從工程生態(tài)、景觀效果上考慮，方案一(干砌石)、方案三(生態(tài)砌塊護(hù)坡)、方案四(石籠網(wǎng)墊)三個(gè)方案較生態(tài)，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，而方案二(混凝土預(yù)制塊)容易造成一面光，生態(tài)效果差，與環(huán)境互適性差，本次設(shè)計(jì)不予考慮。

根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，干砌塊石施工需要好的熟練工，而現(xiàn)在施工項(xiàng)目多，好的施工隊(duì)伍少，施工質(zhì)量難于保證，且抗沖流速相對(duì)較??；石籠網(wǎng)方案中石籠網(wǎng)格容易遭受一些外在因素的破壞，耐久性有待考證，而且石籠網(wǎng)容易掛生活垃圾，在省內(nèi)未有成功的案例。故本次設(shè)計(jì)不考慮干砌塊石和石籠網(wǎng)方案。

生態(tài)砌塊作為一種新型的岸坡防護(hù)型式，在以下3方面具有優(yōu)勢(shì)。①防護(hù)方面：生態(tài)砌塊縱向卡鎖，可有效地抵抗波浪沖擊力和波浪浮托力；塊間互相卡鎖、整體聯(lián)鎖，坡面穩(wěn)定牢靠，對(duì)岸坡防護(hù)效果好；②生態(tài)景觀方面：生態(tài)砌塊孔洞率高，水下部分可生長(zhǎng)水生動(dòng)物、水生植物、微生物等，水上部分可生長(zhǎng)各種植物，形成各種景觀，植物直接生長(zhǎng)在土壤中，成活率高，綠化效果極佳，綠化周期短；③在施工方面：柔性結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)坡度的連續(xù)的變化，利于操作；干砌結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單方便，施工速度快。且生態(tài)砌塊為C20砼澆筑，耐久性有保證。

綜上，方案三(生態(tài)砌塊方案)費(fèi)用最高，但在工程質(zhì)量、施工便利及生態(tài)景觀方面具有較大優(yōu)勢(shì)，故本次設(shè)計(jì)采用生態(tài)砌塊方案。

4 護(hù)岸設(shè)計(jì)

4.1 基礎(chǔ)沖刷深度計(jì)算

根據(jù)實(shí)際地形，選取典型斷面進(jìn)行計(jì)算，該段基礎(chǔ)為砂卵石層。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)，水流順壩及平順護(hù)岸沖刷深度按下列公式計(jì)算：

(D.2.2-1)

(D.2.2-2)

式中：hs為局部沖刷深度(m)；U為行近流速(m/s)，典型斷面處行近流速取2.35m/s；Ho為沖刷處的水深(m)，典型斷面處水深取3.0m；Ucp為近岸垂線平均流速(m/s)；n為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取n=1/4-1/6；η為水流流速不均勻系統(tǒng)，根據(jù)水流速流向與岸坡交角α查《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》表D.2.2，α=40度，η取值1.75；Uc為泥沙起動(dòng)流速(m/s)，對(duì)于黏性與砂質(zhì)河床可采用張瑞瑾公式(D.2.1-5)計(jì)算。

(D.2.1-5)

式中：γs、γ為泥沙與水的容重(KN/m3)，γ=9.81 KN/m3，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，γs=19 KN/m3)；d50為床沙的中值粒徑(m)，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，d50=0.00002m；

計(jì)算得河岸沖刷深度見(jiàn)表2。

表2 河岸沖刷深度計(jì)算成果表

經(jīng)計(jì)算得到，最大沖刷坑深度為0.79m，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，本次基礎(chǔ)埋深要求≥1.0m。

4.2 單個(gè)塊石體質(zhì)量及護(hù)面層厚度計(jì)算

采用人工塊體或經(jīng)過(guò)分選的塊石做為斜坡堤的護(hù)坡面層且斜坡坡率為1.5-5.0時(shí)，波浪作用下單個(gè)塊體、塊石的質(zhì)量Q及護(hù)面層厚度，可按下列公式計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算得，本工程護(hù)岸所需最小塊石重量Q=4.3kg，厚度t=0.17m，考慮到本工程實(shí)際施工條件及其它工程經(jīng)驗(yàn)，確定本工程所采用砌塊或塊石粒徑≥200mm。

4.3 護(hù)岸結(jié)構(gòu)

在岸坡迎流頂沖段以及河道順直岸坡淘刷段，采用生態(tài)護(hù)岸方案，從河底護(hù)至岸頂；在河道凸岸，生態(tài)護(hù)岸從河底護(hù)至常水位，生態(tài)護(hù)岸以上至岸頂采用草皮護(hù)岸。

生態(tài)砌塊為C20混凝土澆筑的異型砌塊，外形尺寸400mm×150mm×150mm(長(zhǎng)×寬×高)，單塊重量17.8kg。生態(tài)砌塊護(hù)岸坡度為1∶2.0，厚0.15m，下設(shè)150mm厚碎石墊層(岸坡巖性為砂卵石的不設(shè)置碎石墊層)和200g/m2土工布，生態(tài)砌塊護(hù)岸底部設(shè)0.6m×1.0mC20混凝土齒墻固腳，頂部設(shè)0.3m×0.4mC20混凝土齒墻壓頂，砌好之后生態(tài)孔寬度260mm，孔隙率為39.4%。砌塊孔洞常水位以下采用砂卵礫石((粒徑20-40mm))充填，常水位以上先回填土，再種植草皮。

5 結(jié) 語(yǔ)

靖安縣中源鄉(xiāng)防洪工程采用生態(tài)砌塊技術(shù)對(duì)北潦河及其支流的險(xiǎn)工險(xiǎn)段及存在隱患的河岸進(jìn)行防護(hù)，通過(guò)本工程的實(shí)施，極大地提高北潦河工程河段抵御山洪災(zāi)害的能力，使工程范圍內(nèi)集鎮(zhèn)、村莊的防洪能力大大提高。生態(tài)砌塊在本工程中的運(yùn)用改變了以往河道護(hù)岸“一面光”的形象，該技術(shù)的運(yùn)用在在滿足了河道的防洪、排澇等基本功能外，還滿足了生態(tài)、環(huán)保等要求，生態(tài)砌塊護(hù)岸的設(shè)計(jì)理念能更好地促進(jìn)新型水生態(tài)環(huán)境理念的建設(shè)和發(fā)展，以及為水生態(tài)景觀建設(shè)、水環(huán)境保護(hù)及人類與自然和諧共存做出更大的貢獻(xiàn)。