花博園新型生態(tài)護(hù)岸比較分析

汪 濤，林墨翰，蔡曉男，楊連佼

(1.中交第三航務(wù)工程局有限公司，上海 200030； 2.中交三航局第二工程有限公司，上海 200122)

當(dāng)前，人們逐漸意識(shí)到傳統(tǒng)護(hù)岸對(duì)河流生態(tài)環(huán)境造成的不良影響，并開(kāi)始將生態(tài)學(xué)原理應(yīng)用于護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)與施工中，探索兼具生態(tài)功能與景觀效果的新型護(hù)岸形式。生態(tài)護(hù)岸是指在保證邊坡安全穩(wěn)定、河道行洪排澇的基礎(chǔ)上，以保護(hù)、創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境和自然景觀為主要目標(biāo)，把河堤由過(guò)去的土工建筑改造成為水體、土體及動(dòng)植物相互涵養(yǎng)，適合生物生長(zhǎng)的仿自然狀態(tài)的護(hù)岸，生態(tài)護(hù)岸的建設(shè)旨在創(chuàng)造一個(gè)完整的岸坡生態(tài)交互系統(tǒng)，形成水、土、生物之間良性循環(huán)，使護(hù)岸不僅具有防洪護(hù)坡的基礎(chǔ)功能，還具有較好的景觀效果及較強(qiáng)的污染水體修復(fù)能力，從而為城鎮(zhèn)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康持續(xù)提供保障。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目背景

中國(guó)花卉博覽會(huì)(簡(jiǎn)稱(chēng)“花博會(huì)”)是我國(guó)規(guī)模最大、規(guī)格最高、影響最廣、內(nèi)容最豐富的國(guó)家級(jí)花事盛會(huì)(見(jiàn)圖1)。2018年上海崇明獲得2021年第十屆中國(guó)花卉博覽會(huì)的舉辦權(quán)，并計(jì)劃以此為契機(jī)加快推動(dòng)崇明世界級(jí)生態(tài)島建設(shè)?；ú﹫@生態(tài)水系整治工程是第十屆花博會(huì)的重要組成部分，工程內(nèi)容包括66.53km河湖護(hù)岸、280萬(wàn)m3土方、108.51萬(wàn)m2綠化、15座跨河橋、5座水(泵)閘以及37萬(wàn)m2水生態(tài)修復(fù)。為響應(yīng)綠色發(fā)展理念，花博園生態(tài)水系整治全部采用新型生態(tài)護(hù)岸，以實(shí)現(xiàn)水陸生態(tài)環(huán)境的良性交互，便于園區(qū)水系的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。該工程涉及的生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)包括木樁護(hù)岸結(jié)構(gòu)(A型)、仿木樁護(hù)岸結(jié)構(gòu)(B型)、生態(tài)砌塊擋墻結(jié)構(gòu)(C型)、箱形砌塊擋墻結(jié)構(gòu)(D型)和基礎(chǔ)護(hù)岸結(jié)構(gòu)(E型)。

圖1 第十屆中國(guó)花卉博覽會(huì)效果

1.2 水文地質(zhì)

花博園擬建場(chǎng)區(qū)地貌屬河口砂嘴砂島地貌類(lèi)型(III區(qū))，地基土均屬第四紀(jì)沉積物，主要由黏性土、粉性土及砂性土組成，抗震設(shè)防烈度為7度。園區(qū)地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為2.430～3.300m，平均為2.97m。場(chǎng)地地下水水位較高，地基土呈飽和狀態(tài)。多年平均氣溫15.4℃，歷史最高氣溫40.2℃，極端最低氣溫-12.1℃。多年平均降水量為1 208.8mm，年降水量最大值為1 482.6mm(1991年)，最小值為649.2mm(1997年)。降水量年內(nèi)分布不均，差異較大，汛期(5—9月)降水量的平均值為656mm，占全年的61.9%，最大日降水量為297.3mm(2001年6月23日)。

2 護(hù)岸結(jié)構(gòu)

木樁護(hù)岸(A型)采用4m長(zhǎng)φ160松木樁密排輔以φ100橫向聯(lián)系檁條，其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，施工方便快捷，能起到基礎(chǔ)的固土護(hù)坡和防沖刷作用，施工過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先控制松木樁的線形與高差，該護(hù)岸主要用于無(wú)特殊景觀或結(jié)構(gòu)防護(hù)要求的河道區(qū)域。

生態(tài)砌塊擋墻護(hù)岸(C型)與箱形砌塊擋墻護(hù)岸(D型)結(jié)構(gòu)形式相近，采用生態(tài)砌塊/箱形砌塊結(jié)合袋裝碎石、C30鋼筋混凝土底板的形式，都屬于重力式擋墻護(hù)岸，且砌塊空隙為魚(yú)卵等水生生物繁殖提供了優(yōu)良的附著場(chǎng)所。不同的是，D型護(hù)岸需增設(shè)1組φ100定植樁，為沉水植物的生長(zhǎng)提供更廣闊的空間，并且護(hù)岸結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性更好，抗沖刷能力更強(qiáng)。

基礎(chǔ)護(hù)岸(E型)采用1∶4～1∶6的大放坡形式，崇明土質(zhì)以黏性土為主，自然坡度在1∶3即可保持穩(wěn)定，所以該類(lèi)護(hù)岸適用于廣闊的靜水湖區(qū)。另外，基礎(chǔ)護(hù)岸可結(jié)合種植挺水或沉水植物，利用植物根系固土或增設(shè)定植樁等方式增加土質(zhì)穩(wěn)定性，防止水土流失(見(jiàn)圖2)。

圖2 A～E型斷面

3 施工工藝

5種生態(tài)護(hù)岸的工藝流程如表1所示，表中序號(hào)代表施工工序的先后順序。從工序的繁易程度看，E型護(hù)岸的工序最少，其次是A型護(hù)岸，最后是B型、C型和D型護(hù)岸；從人機(jī)投入量看，E型護(hù)岸需要的最少，其次是A型護(hù)岸，再次是C型和D型護(hù)岸，最后是B型護(hù)岸。此外，B型、C型和D型護(hù)岸均需現(xiàn)澆混凝土，尤其是C型須分2次澆筑，因涉及混凝土養(yǎng)護(hù)，其施工周期最長(zhǎng)。

表1 5種生態(tài)護(hù)岸的施工工藝

另外，生態(tài)護(hù)岸施工存在諸多工藝要點(diǎn)，均需在各類(lèi)型護(hù)岸施工過(guò)程中予以貫徹落實(shí)。

1)預(yù)制方樁施工 預(yù)制方樁采用液壓機(jī)械手打樁機(jī)施工；施工時(shí)需對(duì)準(zhǔn)樁位，保證垂直穩(wěn)定。

2)松木樁施工 密排松木樁采用液壓機(jī)械手打樁機(jī)實(shí)施，施工時(shí)由樁機(jī)卷?yè)P(yáng)吊起松木樁人工配合對(duì)準(zhǔn)樁位，輕擊慢放待樁入土一定深度，校正垂直度及樁位偏差均符合要求后才正常錘樁貫入。

3)混凝土導(dǎo)梁及底板施工 混凝土導(dǎo)梁及底板均為小方量混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋綁扎完成后牢固支設(shè)模板，并采用泵車(chē)澆筑商品混凝土，混凝土連續(xù)濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥10d。

4)生態(tài)砌塊施工 采用200型生態(tài)砌塊，廠家預(yù)制完成后按要求搬運(yùn)、裝卸，不得拋擲。砌筑時(shí)畫(huà)好基礎(chǔ)砌塊的邊緣線，砌筑基礎(chǔ)砌塊用M7.5砂漿調(diào)平；在墊層基礎(chǔ)砌塊上干砌普通砌塊，砌塊頂面的泥土必須清理干凈。擋墻頂部采用蓋頂砌塊，砌筑蓋頂砌塊時(shí)，可采用砂漿砌筑，通過(guò)砂漿來(lái)調(diào)整標(biāo)高、確保其標(biāo)高滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，單砂漿厚度宜≤40mm，壓頂砌塊之間密實(shí)相靠。

5)袋裝碎石施工 袋裝碎石采用丙烯纖維材料制作，袋內(nèi)填充50%耕植土與50%疏松大孔介質(zhì)，疏松大孔介質(zhì)可選用頁(yè)巖、礫石、火山巖、人工陶粒等材料。

6)箱形砌塊施工 箱形砌塊(又稱(chēng)“生態(tài)石籠”)采用六邊形格網(wǎng)編制而成，網(wǎng)籠邊端采用粗徑鋼絲加強(qiáng)強(qiáng)度，內(nèi)部用塊石填充。石籠擋墻施工時(shí)需立側(cè)模，并合理支承。填充塊石施工時(shí)，應(yīng)同時(shí)均勻向同層的多個(gè)箱體內(nèi)投料，分層填充，每層填充厚度≤30mm，上層石籠填充塊石頂面應(yīng)高出結(jié)構(gòu)體30～50mm。相鄰石籠之間用扎絲互相連接以增強(qiáng)其整體性，上、下層石籠應(yīng)錯(cuò)縫布置。

4 工程造價(jià)

5種生態(tài)護(hù)岸所需的工程材料各不相同，如松木樁、鋼筋、商品混凝土、土工織物、生態(tài)砌塊等，進(jìn)而影響不同護(hù)岸的工程造價(jià)。單位長(zhǎng)度為100m時(shí)5種生態(tài)護(hù)岸的綜合單價(jià)(含人機(jī)料)如表2所示。

A型護(hù)岸100m長(zhǎng)度的工程造價(jià)為162 513.76元，其中打木樁施工費(fèi)用124 642.75元，占比約77%；B型護(hù)岸100m長(zhǎng)度的工程造價(jià)為192 553.96元，主要成本集中在方樁和仿木樁，這兩項(xiàng)施工內(nèi)容占比約41%和22%；C型護(hù)岸100m長(zhǎng)度的工程造價(jià)為179 713.01元，其中生態(tài)砌塊費(fèi)用34 218.45元，鋼筋混凝土費(fèi)用65 450.10元；D型護(hù)岸100m長(zhǎng)度的工程造價(jià)為237 332.81元，其中箱形砌塊費(fèi)用49 917.33元，鋼筋混凝土費(fèi)用43 144.38元；E型護(hù)岸100m長(zhǎng)度的工程造價(jià)為42 195.86元。因此，5種護(hù)岸的工程造價(jià)從低到高可排序?yàn)镋

5 綜合比較

在護(hù)岸選型方面，木樁護(hù)岸(A型)適用于無(wú)特殊景觀或結(jié)構(gòu)要求的區(qū)域，仿木樁護(hù)岸(B型)適用于岸坡景觀或結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求較高的區(qū)域，生態(tài)/箱形砌塊擋墻護(hù)岸(C/D型)適用于水生生物繁殖旺盛或?qū)λ|(zhì)提升有較高要求的區(qū)域，基礎(chǔ)護(hù)岸(E型)適用于地域?qū)拸V的靜水湖區(qū)。

在護(hù)岸施工方面，基礎(chǔ)護(hù)岸(E型)施工最為簡(jiǎn)單便捷，所需的人機(jī)資源也最少；其次是木樁護(hù)岸(A型)；仿木樁護(hù)岸(B型)、生態(tài)/箱形砌塊擋墻護(hù)岸(C/D型)都涉及現(xiàn)澆混凝土施工，尤其是生態(tài)砌塊擋墻護(hù)岸(C型)施工中需2次現(xiàn)澆，施工周期最長(zhǎng)。

在護(hù)岸造價(jià)方面，基礎(chǔ)護(hù)岸(E型)最經(jīng)濟(jì)，工程造價(jià)為42 195.86元，木樁護(hù)岸(A型)、仿木樁護(hù)岸(B型)、生態(tài)砌塊擋墻護(hù)岸(C型)、箱形砌塊擋墻護(hù)岸(D型)分別是它的3.9，4.6，4.3，5.6倍。

綜上所述，在5種生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)中，木樁護(hù)岸具有較好的施工便捷性；仿木樁護(hù)岸、生態(tài)砌塊擋墻、箱形砌塊擋墻結(jié)構(gòu)具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與景觀效果；而基礎(chǔ)護(hù)岸由于其更追求原始岸坡自穩(wěn)狀態(tài)，故具有較好的生態(tài)性、施工便捷性，且工程造價(jià)較低(見(jiàn)表3)。

表3 5種生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的綜合比較

6 結(jié)語(yǔ)

新型生態(tài)護(hù)岸是生態(tài)水系整治的重要性基礎(chǔ)工作，其在保障邊坡穩(wěn)定的前提下，突出生態(tài)功能與水體景觀的融合，追求水陸景觀單元間的生態(tài)互動(dòng)，充分發(fā)揮生態(tài)水系的自?xún)糇耘?、抗洪澇、防沖刷的結(jié)構(gòu)韌性?；ú﹫@生態(tài)水系工程創(chuàng)新性地選用了5種生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)(木樁護(hù)岸、仿木樁護(hù)岸、生態(tài)砌塊擋墻、箱形砌塊擋墻和基礎(chǔ)護(hù)岸)，分析它們的適用范圍、施工工藝、工程成本等內(nèi)容，綜合比較它們的生態(tài)環(huán)保、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、景觀效果、施工便捷性、工程成本等特性，為生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計(jì)選型、進(jìn)度保證、成本控制等方面提供數(shù)據(jù)支撐。