自嵌式生態(tài)擋墻在生態(tài)護岸中的應(yīng)用與推廣

潘 曉 東

(江蘇中設(shè)集團股份有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 自嵌式生態(tài)擋墻研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

自嵌式加筋擋土結(jié)構(gòu)和加筋土的概念實際上非常古老，巴比倫塔建筑于2500年～3000年前，已經(jīng)使用了自嵌式加筋擋土結(jié)構(gòu)；中國古長城采用的柳條、發(fā)絲加筋的粘土與礫土混合土結(jié)構(gòu)，則是加筋土結(jié)構(gòu)在古老中國的實踐。因此，現(xiàn)在使用的混凝土自嵌式加筋擋土墻塊體和土工合成材料加筋可以認為是經(jīng)歷了長時期建筑技術(shù)考驗的一種科學(xué)的系統(tǒng)。

自嵌式混凝土擋土塊誕生于1960年，1965年法國首次用加筋土成功地修建了現(xiàn)代意義上的全球第一座加筋擋土墻。近年來加筋土技術(shù)在工程上已經(jīng)得到迅猛發(fā)展，自嵌式生態(tài)擋墻是在加筋土擋墻力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，充分考慮生態(tài)、環(huán)保、美觀、經(jīng)濟等多種因素，開發(fā)出來的一種新型擋土結(jié)構(gòu)，自嵌塊采用高強低堿混凝土預(yù)制。國外明確推廣應(yīng)用自嵌式加筋擋土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)大約開始于1984年。

為防止洪澇災(zāi)害，我國城市河流以往大多采用漿砌石料構(gòu)建人工河堤，這種河堤隔斷了河水與兩岸土壤的聯(lián)系，使河流變成水巷，降低河流的自凈能力，造成諸多的負面環(huán)境效應(yīng)，因此，人類的筑堤活動導(dǎo)致徑流生存空間整體發(fā)生畸變，其結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生與原有的穩(wěn)定狀態(tài)或演化方向相反的位移，引起水環(huán)境質(zhì)量下降，不利于人類的生存。

生態(tài)護岸是指恢復(fù)后的自然河岸或具有自然河岸“可滲透性”的人工護岸。它具有滲透性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，同時具有滯洪補枯、調(diào)節(jié)水位的作用，具有一定的抗洪強度。生態(tài)護岸上的大量植被具有涵蓄水分保持水土的作用充分發(fā)揮了土壤的天然的蓄洪區(qū)的能力。

自嵌式擋墻具有天然河岸的優(yōu)勢，又克服了人工護岸的缺點，由于自嵌式植生擋土塊不用水泥砂漿，整個墻體具有透水性，發(fā)揮了生態(tài)護岸的作用，其滲透性利于水體交換；擋土塊間隙構(gòu)成了一個天然的過濾器，起到一定的凈化水質(zhì)的作用；在原材料的選用上，用的是低堿水泥，而且在產(chǎn)品壓制成型過程中添加了木質(zhì)醋酸纖維，可與水泥的堿性相中和，可使墻體周邊環(huán)境趨于中性，有利于水生動植物的存活。

保護和改善生產(chǎn)環(huán)境與生態(tài)環(huán)境、防治污染和其他公害,是我國的一項基本國策，自嵌式生態(tài)擋墻在生態(tài)護岸中的應(yīng)用越來越受到人們的重視和關(guān)注，已廣泛應(yīng)用于河堤等臨水工程護岸整治和防護。

2 自嵌式生態(tài)擋墻在河道護岸整治中的應(yīng)用案例分析

由于國內(nèi)工程領(lǐng)域中自嵌式加筋擋土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用剛剛處于起步階段，目前在設(shè)計規(guī)范和施工指南方面都還是一個空白，急需統(tǒng)一標準便于更好地指導(dǎo)設(shè)計、施工。本次結(jié)合工程成功案例來探索生態(tài)擋墻在設(shè)計、施工等方面的關(guān)鍵性技術(shù)要點。

江西某河道護岸整治，全線駁岸布設(shè)直立式護岸，直立式護岸設(shè)置景觀欄桿，全線采用自嵌式生態(tài)擋墻，長為2.578 km，高3.5 m～3.6 m。中央景觀帶寬26 m，河道水面寬不小于12 m，河底坡度-0.02%，水流速度1.4 m/s(見圖1)。

自嵌式生態(tài)擋土墻是一種新型的擬重力式結(jié)構(gòu)，它主要依靠擋土塊塊體、反濾土工布包裹、土工格柵和填土構(gòu)成的復(fù)合體自重來抵抗動靜荷載，達到穩(wěn)定的作用。此結(jié)構(gòu)無需砂漿施工，依靠塊與塊之間嵌固作用、土工格柵的聯(lián)接作用、墻身重量和加筋土重量來防止滑動和傾覆失穩(wěn)。自嵌式擋墻設(shè)計前需查明現(xiàn)場工程地質(zhì)、地形地貌、水文情況，然后擬定結(jié)構(gòu)形式和材料參數(shù)進行內(nèi)外部及局部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算，其中外部穩(wěn)定性驗算主要包括抗滑、抗傾覆、地基承載力計算，內(nèi)部穩(wěn)定性驗算主要包括最小拉筋網(wǎng)層數(shù)的確定和布置、加筋網(wǎng)片承載力、加筋網(wǎng)片拉結(jié)能力、內(nèi)部滑移計算，局部穩(wěn)定性驗算主要包括拉筋網(wǎng)與擋土塊之間的連接強度、擋土塊之間的抗剪強度、頂部無加筋擋土塊的抗傾覆計算。

設(shè)計依據(jù)的主要規(guī)范為JTG D30—2015公路路基設(shè)計規(guī)范、GB/T 50290—2014土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。

表1 地基土層巖土工程性質(zhì)參數(shù)一覽表

本次設(shè)計擋墻底標高為55.522～55.78，基礎(chǔ)底標高54.522～54.78，基礎(chǔ)位于粉質(zhì)黏土層，該土層地基容許承載力值為180 kPa(見表1)，材料要求如下：

1)基槽開挖完成夯實后鋪碎石墊層，自嵌式擋土塊塊體采用專業(yè)廠家干法壓制成型高強、高密度混凝土預(yù)制塊，強度等級大于MU30。

2)基礎(chǔ)采用C25混凝土澆筑，地基承載要求大于180 kPa，若是有低液限粉土淤泥質(zhì)土?xí)r需對地基土進行置換，拋石或灰土進行強夯處理。深度較大時亦可采用靜壓木樁做支撐處理，并采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)，配筋參照基礎(chǔ)配筋規(guī)范執(zhí)行。

3)濾水層骨料：級配碎石填充于墻體和回填土之間，碎石充填寬度為50 cm(從塊體大孔前端計算)，碎石粒徑要求16 mm～40 mm連續(xù)級配。

4)玻璃纖維格柵強度要求，雙向80 kN；土工布采用250 g/m2以上長纖反濾土工布，玻璃纖維復(fù)合錨固棒直徑10 mm，橫向彎曲強度大于50 MPa。

5)回填材料應(yīng)優(yōu)先選用粒狀土，選用粘性土?xí)r含水量在最佳含水量±2%左右，壓實度需達90%以上，加筋土頂層用不透水性黏土等夯實，夯壓實度需達92%以上。

通過擋墻軟件計算分析：內(nèi)部穩(wěn)定性驗算，單個筋帶節(jié)點抗拔穩(wěn)定、筋帶截面抗拉強度及全墻抗拔均滿足規(guī)范要求；外部穩(wěn)定性驗算，抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性及地基承載力均滿足規(guī)范要求。內(nèi)部穩(wěn)定性驗算采用應(yīng)力分析法，單個筋帶結(jié)點抗拔穩(wěn)定滿足:拉力設(shè)計值=0.373≤1.408 kN，筋帶截面抗拉強度驗算滿足:拉力設(shè)計值=1.267≤2.560 kN，全墻抗拔驗算滿足:最小安全系數(shù)=6.978≥2.000,外部穩(wěn)定性驗算：滑動穩(wěn)定性驗算，滑移驗算滿足:Kc=1.579>1.300;傾覆穩(wěn)定性驗算，傾覆驗算滿足:K0=5.512>1.500；地基應(yīng)力及偏心距驗算，作用于基底的合力偏心距驗算滿足:e=0.081≤0.167×3.000=0.500 m，墻趾處地基承載力驗算滿足:壓應(yīng)力=99.358≤180.000 kPa，墻踵處地基承載力驗算滿足:壓應(yīng)力=71.682≤180.000 kPa,地基平均承載力驗算滿足:壓應(yīng)力=85.520≤180.000 kPa。

這種柔性擋墻對施工要求比較高，必須嚴格按照施工流程和施工工藝，嚴格做好每一道工序和控制好每一個環(huán)節(jié)，應(yīng)環(huán)環(huán)相扣，一環(huán)扣一環(huán)，必須使塊體、錨固棒、土工格柵與回填土形成整體，以及嚴格做好封水和排水施工，另外材料性能指標要嚴格滿足設(shè)計要求，只有這樣才能確保工程質(zhì)量。

3 自嵌式擋墻施工工藝流程

3.1 測量放線及場地清理

確定工程的實際工作量，工作人員及時做好場地的清理工作，同時做好統(tǒng)計工作，并登記在冊。

3.2 土方開挖

按照工程的實際要求，施工人員開始進行開挖工作。

3.3 基礎(chǔ)工作

施工人員必須充分了解現(xiàn)場的實際情況，只有現(xiàn)場的各項要求達到規(guī)定的標準以后，才可以繼續(xù)進行下一步工作，否則不能開工。

3.4 第一層自嵌塊安裝

按照現(xiàn)場的實際情況，與設(shè)計要求相比，第一層自嵌塊應(yīng)放置在固定的位置上，不能隨意改變它的擺放位置，必須保證第一層的后沿切割平整，工作人員一定要及時檢查自嵌塊的水平度和平直度。只有墻體的施工質(zhì)量能夠達到規(guī)定要求，才能繼續(xù)往下進行。第一層自嵌塊的擺放位置是非常重要的，不能擺放在靠近中間的位置。技術(shù)人員應(yīng)該及時檢查現(xiàn)場的實際情況，按照墻體的實際情況擺放自嵌塊。當(dāng)然，技術(shù)人員也可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況做出一些調(diào)整，比如臨時調(diào)整擺放的位置，可以隨時進行調(diào)整位置，如果擺放的位置不是最佳的地方，則需要將自嵌塊進行相應(yīng)的移動；在移動的過程中，移動的范圍不能過大，需要根據(jù)現(xiàn)場的情況進行相應(yīng)的處理，以保證第一層自嵌塊能夠順利地安裝。

3.5 工藝流程

1)安裝完第一層自嵌塊以后，需要對其進行第一層填土施工。2)施工人員及時在土工格柵上鋪設(shè)土工布。a.必須及時保證施工材料能夠按時到達現(xiàn)場，監(jiān)理人員在現(xiàn)場馬上確認材料是否達到相應(yīng)的技術(shù)標準，如果發(fā)現(xiàn)材料沒有達到相應(yīng)的技術(shù)標準或是設(shè)計達不到相應(yīng)的技術(shù)要求，則不能繼續(xù)使用。b.技術(shù)人員按照現(xiàn)場的圖紙進行施工，在施工的過程中，土工格柵搭接長度不能過長，一般情況下不超過10 cm；擺放時需要考慮到尾部的實際情況，擺放好土工格柵后，及時放置回填土以及級配碎石，并保證每層填土的厚度不能太厚，在土體回填的過程中，一定不能對土工格柵造成嚴重的破壞。3)回填土施工。a.填料：在填料的過程中，不能使用透水性不良的土體，并且保證其中不能含有有機雜質(zhì)。b.每鋪完一層土工格柵及時進行一次填筑。嚴格規(guī)定現(xiàn)場車輛的進出時間，無關(guān)的車輛不能隨意進出現(xiàn)場，防止對土工格柵造成不必要的破壞。c.壓實度檢測：可以采用兩種不同的方法進行檢測，比如灌砂法和K30。檢測頻率可以分為兩種情況：距面板1 m范圍內(nèi)，每一壓實層每200延米不少于6個點。距離面板1 m以外，每一壓實層每50延米不能少于3個測點。4)安裝自嵌塊，碎石層的厚度不能小于60 cm，并且保證自嵌塊之間的空隙是全部填滿的。5)施工順序從下往上進行的，在這個過程中需要注意現(xiàn)場的實際情況，并根據(jù)情況進行調(diào)整。6)壓頂帽石及墻體頂部施工。嚴格按照設(shè)計的要求,頂層的墻體安裝完自嵌塊以后，需要用砂漿繼續(xù)找平，直到全部找平以后，才可以繼續(xù)進行。7)需要按照事先規(guī)定的順序進行，先安裝好同層土工格柵及面板以后，再進行上層土體的回填壓實，以上兩步全部完成后才能進行碎石的回填工作。

4 項目創(chuàng)新推廣及效益

自嵌式擋土墻是以自嵌塊為核心材料，它會使岸坡更加穩(wěn)固。并且無需任何的砂漿砌筑，自嵌式生態(tài)擋墻自投入到市場以來，受到了各界的廣泛好評，它具有的優(yōu)點數(shù)不可數(shù)；在墻體較高或是地基土質(zhì)較差的情況下，可以通過增加玻璃纖維土工格柵的方法來提高整個墻體的穩(wěn)定性。為了保證附近水生動植物能夠繼續(xù)存活，可以使用低堿的水泥，這樣可以使墻體周邊的環(huán)境始終是中性的，有利于環(huán)境的保護工作，自嵌式生態(tài)擋墻具有獨具特色的設(shè)計，效果良好的生態(tài)功能設(shè)計，便捷的施工工藝，節(jié)約了工程造價，廣泛地應(yīng)用于園林景觀、小區(qū)水岸以及立交橋等，比傳統(tǒng)的混凝土擋墻耐久性更強，更加美觀，能夠帶來社會效益和經(jīng)濟效益的雙豐收。

5 結(jié)語

現(xiàn)如今，人們更加關(guān)注的是人與自然的和諧相處，生態(tài)擋墻技術(shù)的使用范圍越來越廣泛，受到人們的廣泛歡迎，發(fā)揮了自身的水利功效，已經(jīng)完全可以滿足基本的實際需要。本文中列舉的生態(tài)擋墻可以作為河道整治工程的應(yīng)用實例，目前為止，生態(tài)擋墻技術(shù)基本成熟，在工程中的推廣應(yīng)用還不是特別顯著，這個問題亟需解決。