階梯式生態(tài)框擋墻在永泰水治理工程中的應(yīng)用

周 鑫, 明佑妍,丁聲炎

(廣東珠榮工程設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510610)

1 概述

廣寧縣位于廣東省中部偏西地區(qū)，是廣東省重點林區(qū)、首批林業(yè)生態(tài)縣和珠三角現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展示范縣，擁有省級造紙產(chǎn)業(yè)基地和全省唯一一個國家級竹海森林公園，但廣寧縣中小河流整治工作缺失較多，水土流失嚴(yán)重，洪澇災(zāi)害頻發(fā)，為此，近年來掀起一輪中小河流建設(shè)熱潮。

永泰水為新招水右岸的一級支流，發(fā)源于廣寧縣賓亨鎮(zhèn)羅溪村鯉魚田，主流從南流向北，流經(jīng)羅溪、永泰、坑仔口等，在賓亨鎮(zhèn)區(qū)匯入新招水干流。永泰水干流河長為19.01 km，干流坡降6.01‰。流域集水面積為61.10 m2，工程區(qū)地貌單位以低山丘陵為主，局部為沖積平原地貌及風(fēng)化殘丘地貌為主，近岸地形較陡，起伏大，近岸地面高程大約在80～420 m。兩岸主要為山林，局部為農(nóng)田、菜地及少量居民區(qū)。河道岸坡大部分為土質(zhì)岸坡。河道岸坡多處受沖崩塌，抗沖能力差；河道淤積嚴(yán)重，大量沉積物抬高河床；當(dāng)?shù)鼐用駸o親水設(shè)施，水景觀效果差，與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)相悖，但是傳統(tǒng)硬化護岸治理方式不利于生態(tài)理念的踐行，因此，近年來出現(xiàn)多種生態(tài)框擋墻，但在工程應(yīng)用中遇到不少問題。本文結(jié)合永泰水治理工程，介紹了階梯式生態(tài)框擋墻在工程應(yīng)用中優(yōu)點與適用性，對抗沖和生態(tài)兩方面進(jìn)行分析評價。

2 階梯式生態(tài)框擋墻的特點

階梯式生態(tài)框擋墻砌塊采用模塊化設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)化模具生產(chǎn)，工廠預(yù)制，現(xiàn)場組裝，產(chǎn)品一致性較好。整個施工外立面一致規(guī)整，誤差小。機械化施工，效率更高[1-2]，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[3]，有利于對中小河流的治理，且植被蓋度達(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，有效保護水微生物生長繁殖，具有改善景觀[4]和完善生態(tài)環(huán)境的多重功能[5]，擋墻穩(wěn)定性好[6-7]，各砌體檢的連接無需傳統(tǒng)膠凝材料[8]，汛期起到防洪度汛作用[9]。

本次選取了漿砌石擋墻、砼擋墻、格賓籠擋墻、C20砼鏤空預(yù)制件擋墻和階梯式生態(tài)框擋墻5種形式進(jìn)行分析比較[10](見表1)。根據(jù)工程經(jīng)驗，5種材料擋墻的抗沖能力從小到大為：C20砼鏤空預(yù)制件擋墻<階梯式生態(tài)框擋墻<格賓石籠擋墻<漿砌石擋墻<砼擋墻。綜上所述，階梯式生態(tài)框擋墻適應(yīng)性廣，抗沖能力強，生態(tài)效果好，施工簡便，造價較低，景觀效果佳。

表1 擋墻結(jié)構(gòu)形式優(yōu)缺點對比

根據(jù)工程現(xiàn)場跟蹤反饋，階梯式生態(tài)框擋墻可充分利用河道內(nèi)現(xiàn)有塊石、卵礫石，節(jié)省了工程投資，階梯式的結(jié)構(gòu)形式增加了花槽景觀植物的種植面，提升了垂直面的綠化率，預(yù)制砌塊的大孔隙和反濾料的結(jié)合，即防止岸坡水土流失，又滿足地下水系和河道內(nèi)水體的聯(lián)系，對生態(tài)補水和微生物種群的生存有利。

3 護岸斷面設(shè)計及穩(wěn)定計算

3.1 護岸斷面設(shè)計

階梯式生態(tài)框砌塊擋墻護岸適用于河道兩岸用地范圍相對寬裕的岸坡段。下部生態(tài)框擋墻，上部現(xiàn)狀岸坡陡于1:1.5時，按照1:1.5進(jìn)行削坡，緩于時則保持現(xiàn)狀坡度與階梯式生態(tài)框砌塊擋墻墻頂銜接，并對擾動的岸坡坡面草皮護坡，防止沖刷破壞。階梯式生態(tài)框砌塊擋墻墻高為1.5～2.5 m，階梯式生態(tài)框每塊長2 m寬1 m高0.5 m，迎水面坡比為1:0.45～1:0.55，生態(tài)框橫向采用連接件橫向螺桿柔性連接，頂層層生態(tài)框回填種植土(外圍包裹土工布)，并種植綠化植物，下部其余層生態(tài)框裝填卵石(外圍包裹土工布)；階梯式生態(tài)框砌塊擋墻墻背設(shè)置土工布+20 cm無砂混凝土+20 cm中粗砂反濾層；擋墻底部設(shè)置70 cm厚C20砼基礎(chǔ)+10 cmC15素砼墊層，擋墻基礎(chǔ)外側(cè)回填卵石，增強擋墻抗沖能力(見圖1)。

圖1 典型斷面示意(單位：mm)

3.2 擋墻穩(wěn)定計算

護岸擋土墻坐落在砂礫和粉質(zhì)粘土層，地基承載力為140～200 kPa，摩擦系數(shù)為f=0.25～0.4；墻后為原狀素填土，其粘聚力取10.1 kPa，內(nèi)摩擦角φ=10.5°。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)，穩(wěn)定滲流期應(yīng)采用有效應(yīng)力法，施工期可采用總應(yīng)力法，外水位降落期可同時采用有效應(yīng)力法和總應(yīng)力法，并應(yīng)以較小的安全系數(shù)為準(zhǔn)。計算方法采用瑞典圓弧法，計算工況見表2，計算成果見表3。

表2 工況統(tǒng)計

表3 擋土墻穩(wěn)定及基礎(chǔ)應(yīng)力計算成果

由計算結(jié)果可知，在完建期、正常運行情況、驟降工況3種工況下，階梯式生態(tài)框擋墻抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足要求，適應(yīng)性強，滿足生態(tài)和抗沖兩方面要求。

4 永泰水工程應(yīng)用效果

永泰水治理工程以防洪安全、穩(wěn)固岸坡、疏通河道為主，兼顧改善水景觀，在保障水安全前提下，結(jié)合鄉(xiāng)村文化景觀建設(shè)，充分發(fā)揮河道綜合功能，實現(xiàn)人水和諧。永泰水治理前后對比效果見圖2。

圖2 治理前后效果對比照片

1) 防沖性能好

治理前河道天然，岸坡無防護，抗沖能力差，岸坡不穩(wěn)，坡腳淘刷嚴(yán)重；治理后，提高了岸坡抗沖能力，穩(wěn)固了河岸，保障了水安全，保護了兩岸農(nóng)田和房屋。

2) 造價較低

階梯式生態(tài)擋墻可充分利用河床淤積塊石、砂卵礫石等現(xiàn)場開挖料，減少外購工程材料，降低了投資造價。

3) 施工簡便，見效較快

階梯式生態(tài)擋墻為模塊化施工，工藝簡單，技術(shù)難度低，大大縮減了施工工期，工程效益顯著。

4) 生態(tài)性較好

生態(tài)框為多孔構(gòu)件，對兩岸微生物及地下水影響較小，維持了原有生態(tài)系統(tǒng)正常運作。

5) 景觀效果好

在確保河道防洪排澇安全的前提下，結(jié)合生態(tài)水利建設(shè)的原理，構(gòu)筑成富有當(dāng)?shù)靥厣纳鷳B(tài)走廊。營造優(yōu)美的人居環(huán)境，做成“水清、岸綠、景美、流暢”的生態(tài)綠帶，形成以河道為主軸，兩岸生態(tài)相銜接，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┮粋€良好的生活環(huán)境。

5 結(jié)語

階梯式生態(tài)框擋墻與傳統(tǒng)硬質(zhì)擋墻相比，減少了開挖放坡占地，施工簡單，縮短了施工工期，預(yù)制件質(zhì)量容易控制，且具有傳統(tǒng)硬質(zhì)擋墻的抗沖、耐久等特點[11]，并對生態(tài)保護，防止水土流失起到抑制作用，可部分實現(xiàn)水生態(tài)、陸生態(tài)(植物生態(tài))的功能[12-15]。