生態(tài)護(hù)岸在丹金船閘護(hù)岸工程中的應(yīng)用

寧武，姜興良

生態(tài)護(hù)岸在丹金船閘護(hù)岸工程中的應(yīng)用

寧武1，姜興良2

（1.廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司，廣西南寧530022；2.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京100007）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和資源的大量消耗，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型工程成為社會(huì)共識(shí)。蘇浙地區(qū)水網(wǎng)密布、風(fēng)景優(yōu)美，在水運(yùn)建設(shè)項(xiàng)目中對(duì)生態(tài)環(huán)保的要求很高。傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)岸注重耐久性，對(duì)水生物的生長(zhǎng)考慮不足。在丹金船閘護(hù)岸建設(shè)中，積極改造利用已建護(hù)岸、新建生態(tài)型空箱護(hù)岸，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約及工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的和諧統(tǒng)一，可為建設(shè)綠色循環(huán)低碳航道提供借鑒。

生態(tài)護(hù)岸；丹金船閘；護(hù)岸加固；生態(tài)混凝土

1 概述

在江蘇、浙江航道建設(shè)項(xiàng)目中，護(hù)岸工程投資約占工程費(fèi)用的50%～70%，對(duì)其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析研究非常必要。

為了控制河勢(shì)，在航道建設(shè)項(xiàng)目中，常用漿砌石、混凝土等硬質(zhì)護(hù)岸作為整治建筑物。傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)岸注重耐久性，較少考慮護(hù)岸與河道生態(tài)之間的關(guān)系，造成的負(fù)面影響表現(xiàn)為：1）惡化了水域中動(dòng)植物的生存環(huán)境，河流的天然自凈能力下降。2）影響了河道生態(tài)系統(tǒng)食物鏈，打破了河流生態(tài)系統(tǒng)的整體平衡。3）改變了濱水環(huán)境，破壞了自然景觀及人與河流之間的和諧關(guān)系。

蘇浙地區(qū)水網(wǎng)密布、湖濱風(fēng)景優(yōu)美，政府已禁止毀林開山。另外，該區(qū)域水產(chǎn)品生產(chǎn)及加工業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)當(dāng)?shù)匕l(fā)展旅游業(yè)有很好的促進(jìn)作用。硬質(zhì)護(hù)岸需消耗大量砂石料、水泥、水、電、機(jī)械及人工臺(tái)班，資源及能耗均較大。硬質(zhì)護(hù)岸多采用混凝土、鋼筋等非天然材料，在一定程度上也有可能污染水體。在蘇浙地區(qū)進(jìn)行航道護(hù)岸建設(shè)，應(yīng)盡可能采用生態(tài)環(huán)保的技術(shù)方案。

2 生態(tài)護(hù)岸類型及設(shè)計(jì)原則

生態(tài)護(hù)岸就是綜合考慮“水安全、水環(huán)境、水資源、水景觀”等方面的協(xié)調(diào)，在滿足防護(hù)功能的同時(shí)，充分考慮生態(tài)效應(yīng)。日本在20世紀(jì)80年代就開始研究生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，在10 a前就提出“親水”的概念，并對(duì)5 700 km的河流采用多自然型河流治理法進(jìn)行整治，主要采用植物堤岸或木材護(hù)底的河堤。歐洲國(guó)家進(jìn)行護(hù)岸設(shè)計(jì)時(shí)，多參照天然狀態(tài)下的河岸形式，保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡。我國(guó)常采用的生態(tài)護(hù)岸技術(shù)為植草、土工材料綠化網(wǎng)、水力噴播植草技術(shù)、植被型生態(tài)混凝土、水泥生態(tài)種植基、土壤固化劑等[1]。

根據(jù)所采用材料的不同，可將生態(tài)護(hù)岸分為自然原型護(hù)岸、自然型護(hù)岸和多自然型護(hù)岸三種形式[2]。自然原型護(hù)岸指僅采用植被保護(hù)天然河岸、保持河岸的天然特性；自然型護(hù)岸在種植植被的基礎(chǔ)上，采用石材或木材等天然材料，增強(qiáng)堤岸的穩(wěn)定性；多自然型護(hù)岸指在自然型護(hù)岸的基礎(chǔ)上采用混凝土、鋼筋等材料加強(qiáng)抗沖刷能力的生態(tài)護(hù)岸。

生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循安全穩(wěn)定、生態(tài)和諧、因地制宜的原則[3]。針對(duì)硬質(zhì)護(hù)岸存在的不足，在丹金船閘護(hù)岸工程設(shè)計(jì)工作中，根據(jù)河道地形及水流條件、生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)和建材供應(yīng)條件，選擇了多自然型護(hù)岸的整治方案，典型案例為改造已建護(hù)岸、建設(shè)生態(tài)型空箱護(hù)岸。

3 設(shè)計(jì)方案

丹金溧漕河位于江蘇省西南部，是京杭運(yùn)河的次干航道，航道總長(zhǎng)65.6 km。丹金船閘為該段航道上唯一的通航建筑物，為芋級(jí)船閘，船閘護(hù)岸技術(shù)要求為半直立式航道底寬逸45 m，航道最小設(shè)計(jì)水深逸3.2 m[4]。為集約節(jié)約利用土地、減少征地拆遷賠償，航道多采用單邊拓寬的建設(shè)方案。

3.1 已建護(hù)岸的加固改造

工程建設(shè)中常采用拆舊建新的建設(shè)方案，在拆除已建結(jié)構(gòu)物后，設(shè)計(jì)邊界條件非常清晰，但資源及能耗均較大。本次設(shè)計(jì)采用先對(duì)已建結(jié)構(gòu)物進(jìn)行技術(shù)評(píng)估，再研究改造方案的設(shè)計(jì)思路，避免了拆舊建新，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保。

老丹金溧河段護(hù)岸建成于2000年，采用漿砌石半直立式結(jié)構(gòu)。在對(duì)應(yīng)航道樁號(hào)20K+208—21K+310的部位，兩側(cè)護(hù)岸前沿線的間距約為90 m。經(jīng)測(cè)算，采用加固護(hù)岸基礎(chǔ)的措施，可將航道疏浚為芋級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即兩側(cè)護(hù)岸可保留利用。該段護(hù)岸長(zhǎng)期受船行波沖刷，大量勾縫砂漿已流失，耐久性大幅縮短；需對(duì)護(hù)岸墻身進(jìn)行加固改造。按芋級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)整治后，通航船舶由300噸級(jí)提升至1 000噸級(jí)，船行波將由0.5 m增高至1.2 m，對(duì)護(hù)岸上部土體的淘刷將更為嚴(yán)重，需對(duì)上部土體進(jìn)行防護(hù)。已建成的護(hù)岸典型斷面，參見圖1。

圖1 整治工程實(shí)施前老護(hù)岸典型斷面Fig.1Revetment typical sections before renovation project

為滿足岸坡防護(hù)及生態(tài)要求，護(hù)岸改造需解決三個(gè)方面的問題：一是航道疏浚后護(hù)岸的穩(wěn)定性，二是墻后土體的穩(wěn)定性，三是護(hù)岸墻身的耐久性。

3.1.1 護(hù)岸的穩(wěn)定性

既有護(hù)岸為重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，奠基于榆層砂質(zhì)粉土層上，沒有進(jìn)行地基處理。航道疏浚會(huì)削弱護(hù)岸前壓載土體的抗力作用，降低護(hù)岸抗滑穩(wěn)定性及地基穩(wěn)定性。在不拆除護(hù)岸的情況下，只能在護(hù)岸前側(cè)（臨水側(cè)）或后側(cè)（填土側(cè)）采取措施，對(duì)其進(jìn)行加固，用以提高護(hù)岸穩(wěn)定性。墻前處理方案可通過設(shè)置支護(hù)樁的方式提供水平抗力，同時(shí)增強(qiáng)地基穩(wěn)定性。墻后處理方案可通過采用支護(hù)樁來減少作用在護(hù)岸墻上的土壓力，同時(shí)增強(qiáng)地基穩(wěn)定性。墻后為斜坡式結(jié)構(gòu)，搭建施工平臺(tái)的工程量和難度均較大；且在施工過程中產(chǎn)生的震動(dòng)影響和擠土效應(yīng)，對(duì)既有護(hù)岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不利；故選用墻前加固方案。

墻前加固方案可采用板樁墻加固方案（參見圖2）和雙排木樁加固方案（參見圖3）進(jìn)行比選。雙排木樁加固方案可選用當(dāng)?shù)厮a(chǎn)粗皮落葉松（天然材料）。對(duì)反鏟進(jìn)行簡(jiǎn)易改裝即可作為沉樁設(shè)備，靜壓施工對(duì)既有護(hù)岸結(jié)構(gòu)影響較小，且具有純天然、易施工、振動(dòng)小、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，故作為推薦方案。雙排木樁長(zhǎng)均為7.0 m，木樁直徑要求大于0.15 m，縱橫向樁基間距均為0.8 m；木樁頂部與護(hù)岸墻身間設(shè)置0.4 m厚的鋼筋混凝土帽梁，可增強(qiáng)作用于護(hù)岸墻上的水平抗力，有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。木樁可采用靜壓的施工工藝，為方便施工，木樁與底板間需保留0.1 m的空間。

圖2 板樁墻加固方案斷面圖Fig.2Profile of the sheet pile wall strengthening schemes

圖3 雙排木樁加固方案斷面圖Fig.3Profile of double row piles reinforcement schemes

3.1.2 墻后土體的穩(wěn)定性

護(hù)岸墻后土坡曾用草皮防護(hù)，但局部出現(xiàn)了邊坡坍塌，塌落后的土體會(huì)淤積航道，需采取定期疏浚的維護(hù)措施。內(nèi)河航道坍塌主要原因是船行波淘刷，防護(hù)范圍可按最高通航水位以上1.5倍波高值和最低通航水位以下1.5倍波高值之間確定[5]。航道整治后，設(shè)計(jì)船型由300噸級(jí)提高到1 000噸級(jí)，船行波將由0.5 m增高至1.2 m，對(duì)護(hù)岸上部土體的淘刷將更為嚴(yán)重。為避免船行波淘刷墻后土體造成坍塌，可采用植被型生態(tài)混凝土對(duì)護(hù)岸上部邊坡進(jìn)行防護(hù)。結(jié)構(gòu)層做法自下而上依次為400 g/m2營(yíng)養(yǎng)型無(wú)紡布、0.15 m厚C15生態(tài)型混凝土、當(dāng)?shù)爻Ｒ姷母蛋l(fā)達(dá)的狗牙根草皮。

3.1.3 護(hù)岸墻身的耐久性

既有護(hù)岸采用漿砌石的結(jié)構(gòu)形式，受船行波淘刷，部分勾縫砂漿已流失。采用在墻身迎水側(cè)增設(shè)鋼筋混凝土貼面的措施保證墻身的耐久性，墻身貼面厚0.2～0.3 m。貼面底部位于帽梁頂部，貼面頂部固定在既有護(hù)岸壓頂。護(hù)岸頂高程定為常水位+0.5 m，可滿足生態(tài)系統(tǒng)水陸相連的要求，并方便人們與水親近。在貼面迎水側(cè)1.5～3.0 m高程范圍內(nèi)，設(shè)置凹縫圖案，宣傳當(dāng)?shù)靥厣幕?/p>

蘆葦根系發(fā)達(dá)，盤根錯(cuò)節(jié)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有固土護(hù)坡、保護(hù)岸坡穩(wěn)定的作用。在護(hù)岸墻前補(bǔ)栽3.0 m寬蘆葦防護(hù)林，可有效減少船行波對(duì)護(hù)岸前方土體的淘刷。

3.2 生態(tài)型空箱護(hù)岸

生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)的生態(tài)和諧原則，重點(diǎn)體現(xiàn)在保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)多樣性方面。在護(hù)岸設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能創(chuàng)造有利于動(dòng)植物生長(zhǎng)、繁殖、棲息的環(huán)境條件。丹金溧漕河航道金壇段水域與長(zhǎng)蕩湖相通，航道中生長(zhǎng)有青魚、草魚、鰱魚、鯉魚等魚類及青蝦等淡水蝦類。考慮魚、蝦的生活習(xí)性，在局部地段采用生態(tài)型空箱護(hù)岸。

護(hù)岸墻體設(shè)置洞口及連貫空腔通道，既可消減船行波對(duì)岸坡的沖刷，降低航道中船行波波高，改善通航條件，又可保護(hù)魚類不受撞擊，并成為小生物近岸嬉戲空間。在空腔中填灌疏松肥沃泥土，培植菖蒲、黑藻等水生植物，后期可發(fā)展為生態(tài)魚巢，為魚類和兩棲類動(dòng)物提供安全繁衍生息場(chǎng)所。培植的水生物可去除水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有助于提高水環(huán)境質(zhì)量，兼顧保護(hù)生物多樣性。生態(tài)型空箱護(hù)岸結(jié)構(gòu)見圖4、圖5。

圖4 生態(tài)護(hù)岸典型斷面Fig.4Ecological revetment typical sections

圖5 生態(tài)護(hù)岸立面圖Fig.5Ecological revetment elevation

4 原型觀測(cè)

生態(tài)學(xué)提出利用數(shù)學(xué)模型來指導(dǎo)生態(tài)工程設(shè)計(jì)的思路，即在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)取得調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立起環(huán)境因子和生物因子的相互關(guān)系。通過評(píng)估生物因子相互關(guān)系，及其對(duì)環(huán)境因子的影響關(guān)系，來找出起關(guān)鍵作用的生物因子和能使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一定程度自我恢復(fù)的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)工程設(shè)計(jì)。限于工程投資等因素，本項(xiàng)目并未開展生態(tài)方面的原型監(jiān)測(cè)工作。

為檢驗(yàn)護(hù)岸工程加固方案實(shí)施效果，在護(hù)岸加固時(shí)，每個(gè)結(jié)構(gòu)段頂部均設(shè)置了2個(gè)沉降位移觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行持續(xù)的沉降位移監(jiān)測(cè)。該段護(hù)岸于2011年枯水季進(jìn)行加固處理，于2012年汛前完成改造。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，已建護(hù)岸結(jié)構(gòu)無(wú)明顯沉降、位移現(xiàn)象；護(hù)岸墻前蘆葦生長(zhǎng)較為茂盛，墻前土體無(wú)淘刷跡象；狗牙根生長(zhǎng)較為茂盛，墻后土體較為穩(wěn)定；生態(tài)型空箱護(hù)岸內(nèi)已有魚蝦穿梭。

5 結(jié)語(yǔ)

丹金船閘護(hù)岸通過在墻前設(shè)置支護(hù)木樁、墻身增加鋼筋混凝土貼面、上部設(shè)置生態(tài)混凝土護(hù)坡等措施，保證了既有護(hù)岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約、節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)效益的有效統(tǒng)一，同時(shí)維護(hù)了公眾保護(hù)環(huán)境的權(quán)力，有助于項(xiàng)目順利推進(jìn)實(shí)施。該護(hù)岸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可為增建二線船閘類項(xiàng)目提供參考。

生態(tài)護(hù)岸在建設(shè)時(shí)應(yīng)建立完善的生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行長(zhǎng)期的觀測(cè)，以評(píng)估河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)狀況并指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

[1]季春雷，王云靜，王艷麗.對(duì)南運(yùn)河治理工程引發(fā)的生態(tài)護(hù)岸問題的思考[J].海河水利，2009（5）：29.

JI Chun-lei,WANG Yun-jing,WANG Yan-li.Consideration about ecological embankment problems caused by nanyunhe treatment project[J].Haihe Water Resources,2009(5):29.

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[4]中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.丹金溧漕河航道整治丹金船閘工程初步設(shè)計(jì)[R].北京：中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，2009.

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[5]JTJ 300—2000，港口及航道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

JTJ 300—2000,Code for design and construction of port and waterway revetment engineering[S].

Applications of ecological revetment in Danjin Ship Lock construction

NING Wu1,JIANG Xing-liang2
（1.Guangxi Xijiang Development&Investment Group Co.,Ltd.,Nanning,Guangxi 530022,China; 2.CCCC Water Transportation Consultants Co.,Ltd.,Beijing 100007,China）

With the rapid development of the economy and the excessive consumption of the resources,resource-saving and environment-friendly projects become a social consensus.There are lots of scenic rivers in Jiangsu and Zhejiang provinces,the waterway construction requires a high level of ecological protection.The traditional flinty revetment mainly focuses on durability,but lacks of aquatic growth consideration.In Danjin Ship Lock construction,harmony and unity among resourcesaving,project construction and environmental protection can be anticipated through reforming the existing structures,building new ecological perforated box revetment.The case in this paper can be a reference for the construction of low carbon green recycling channel.

ecological revetment;Danjin Ship Lock;revetment strengthening;ecological concrete

U656.3

B

2095-7874（2017）09-0058-04

10.7640/zggwjs201709012

2017-02-05

寧武（1968—），男，廣西玉林人，高級(jí)工程師，從事工程技術(shù)及企業(yè)管理工作。E-mail：jxl_201@163.com