加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸在河道綜合整治中的應(yīng)用

李曉鵬，劉志成

(1.廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510640；2. 珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，廣州 510640)

1 概述

我國幅員遼闊、水系發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)繁榮、社會(huì)發(fā)展、環(huán)境改善都與河湖水系有著重要關(guān)系[1]。

傳統(tǒng)的河道整治受限于用地、資金、工期、技術(shù)水平等條件，河道斷面往往采用“三面光”的硬質(zhì)結(jié)構(gòu)，雖達(dá)到了防洪排澇的功能，但阻斷了堤岸內(nèi)外的水交流通道，破壞了河道原本的生態(tài)系統(tǒng)，不利于水生動(dòng)植物依附，生態(tài)景觀效果較差[2]。

黨的十八大以來，黨中央推動(dòng)生態(tài)文明理論創(chuàng)新、實(shí)踐創(chuàng)新、制度創(chuàng)新，提出一系列新理念新思想新戰(zhàn)略新要求。黨的十九大報(bào)告將“堅(jiān)持人與自然和諧共生”作為新時(shí)代堅(jiān)持和發(fā)展中國特色社會(huì)主義的基本方略，明確指出建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì)。國務(wù)院印發(fā)了關(guān)于河道綜合整治的一系列文件，河道綜合整治工作在全國如火如荼開展[3]。

河道綜合整治應(yīng)堅(jiān)持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時(shí)代治水方針，全面統(tǒng)籌，打造集防洪、生態(tài)、景觀、自凈效應(yīng)于一體的生態(tài)護(hù)岸[4]，實(shí)現(xiàn)河道整治的“安全化、生態(tài)化、品質(zhì)化”目標(biāo)。

2 生態(tài)護(hù)岸

生態(tài)護(hù)岸是指利用植物措施與工程措施，在達(dá)到堤岸穩(wěn)固、防洪排澇要求的同時(shí)，還具備使河水與土壤相互滲透、增強(qiáng)河道自凈能力、產(chǎn)生景觀效果的一種河道護(hù)坡形式[5]。在保證河岸穩(wěn)定和行洪要求的基礎(chǔ)上，維持物種多樣性、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡、提高系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)與修復(fù)的能力、改善周圍環(huán)境。

生態(tài)護(hù)岸應(yīng)滿足：防洪排澇要求、抗沖刷要求與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全要求；多孔隙、透水、透氣，有利于河道與河岸的水體交換；有利于生境塑造；盡量采用天然材料，盡量避免對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生不利影響；就地取材、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便[6]。

常用的生態(tài)護(hù)岸類型包括草皮護(hù)坡、三維土工網(wǎng)植草護(hù)坡、植生袋植草護(hù)坡、拋石護(hù)坡、干砌石護(hù)坡、格賓石籠護(hù)坡、雷諾護(hù)墊護(hù)坡、無砂混凝土護(hù)坡、加筋魚巢箱護(hù)岸、加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸、生態(tài)板樁護(hù)岸等，實(shí)際工程中可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇一種或多種組合使用[7-8]。本文著重介紹加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸，并結(jié)合實(shí)例說明其應(yīng)用的優(yōu)劣性。

3 加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸

3.1 加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸介紹

加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸屬于加筋重力式擋土墻，由互嵌式生態(tài)砌塊交錯(cuò)堆積、墻后加土工格柵筋帶形成護(hù)坡結(jié)構(gòu)，護(hù)坡斷面見圖1。生態(tài)砌塊為具有豎向卡鎖結(jié)構(gòu)、柔性結(jié)構(gòu)、生態(tài)孔的對(duì)稱砌體結(jié)構(gòu)，各式生態(tài)砌塊見圖2所示。砌塊強(qiáng)度一般不小于C25，砌塊施工時(shí)逐層人工砌筑，砌塊頂部可設(shè)置花槽。常水位及水位變動(dòng)區(qū)砌塊中孔可填充種植土，種植植物裝飾坡面，水下部分砌塊中孔可作魚巢。生態(tài)砌塊的多孔型結(jié)構(gòu)使得被保護(hù)的土體與擋墻外的水體或空氣能夠開放式地直接接觸，具有較強(qiáng)的透水性和較好的抗沖性，同時(shí)也為水生動(dòng)植物提供了類似于自然的生息環(huán)境[9-10]。

圖1 加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸斷面示意(單位：mm)

圖2 各式生態(tài)砌塊示意

3.2 加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸施工工藝

3.2.1加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸施工步驟

1) 基礎(chǔ)開挖、平整后，鋪設(shè)碎石墊層并夯實(shí)或拋石。

2) 澆筑混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)上端用灰漿(10 mm)找平。

3) 第1層是否鋪設(shè)平整、流暢對(duì)整個(gè)護(hù)坡的構(gòu)造及美觀有很大影響，故須通過放線排列砌塊，控制左、右及水平位置。

4) 砌塊鋪設(shè)：確認(rèn)砌塊碼放水平、垂直后放置固定連接棒。

5) 在砌塊后鋪設(shè)碎石墊層和300 g/m2土工布，并鋪設(shè)土工格柵。反濾土工織物與土工格柵按設(shè)計(jì)要求搭接，一般搭接寬度為20 cm。

6) 磚體背后回填、夯實(shí)：回填土?xí)r每一層的施工厚度應(yīng)控制在15～20 cm。為了防止前側(cè)砌塊的傾斜，回填從前部開始施工，與前側(cè)砌塊保持平行；在土工格柵上鋪土?xí)r，需注意不使土工格柵移動(dòng)位或受損；砌塊后1 m范圍內(nèi)，為了防止因過分夯擊而產(chǎn)生的側(cè)向應(yīng)力和砌塊的移位，只能使用小型夯擊設(shè)備進(jìn)行人工夯實(shí)，回填密實(shí)度應(yīng)滿足要求；夯擊至土工格柵材料表面時(shí)，夯擊設(shè)備不能直接壓在格柵材料上面，必須達(dá)到指定的鋪設(shè)厚度后再夯實(shí)。

7) 砌筑最上一層砌塊與其相鄰層用灰漿(10 mm)附著，砌筑完畢后，最上一層砌塊與岸坡結(jié)合處澆筑20 cm厚封頂混凝土防止脫離。

8) 生態(tài)砌塊砌筑完成后，用種植土填充磚孔和接縫，并按要求播種草籽或種植植被，形成生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)。

9) 施工完成后，應(yīng)對(duì)加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸進(jìn)行平整度檢查和變形監(jiān)測。

3.2.2加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收

加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸主要施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)包括生態(tài)砌塊砌筑質(zhì)量檢查與墻后填土壓實(shí)度質(zhì)量檢查。

1) 生態(tài)砌塊砌筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

生態(tài)磚砌塊應(yīng)尺寸準(zhǔn)確、整齊統(tǒng)一、表面清潔無破損；砌塊鋪砌應(yīng)平整、穩(wěn)定、縫線規(guī)則；砌筑后的擋墻應(yīng)平順、美觀、整體性好；擋墻軸線偏移應(yīng)控制在10 mm內(nèi)；砌筑過程中應(yīng)在每層砌塊砌筑完成后均進(jìn)行高程和垂直度檢查，采用施工段落兩端拉標(biāo)高控制線、砌塊下砂漿找平的方法進(jìn)行高程調(diào)整，每層砌塊砌筑質(zhì)量均應(yīng)嚴(yán)格控制，否則將影響上層砌塊砌筑質(zhì)量。

2) 回填土質(zhì)量檢驗(yàn)

回填土分層厚度為每層15～20 cm，每層回填完成后必須報(bào)請(qǐng)監(jiān)理單位及時(shí)取樣試驗(yàn)，據(jù)此進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收并進(jìn)行記錄。上一階段回填未經(jīng)驗(yàn)收合格，嚴(yán)禁下一階段回填。護(hù)岸后方填土按長度50 m取一組試樣進(jìn)行相對(duì)密度檢測，壓實(shí)度應(yīng)不小于0.92。

3) 施工觀測

每段護(hù)岸結(jié)構(gòu)(一般為10 m)擋墻頂端設(shè)固定的沉降位移觀測點(diǎn)(在頂部設(shè)置標(biāo)志，銅制圓釘)。墻后回填、墻前土方開挖過程中，應(yīng)進(jìn)行定點(diǎn)的沉降位移觀測。沉降位移觀測原則上每天1次直至位移穩(wěn)定，觀測控制標(biāo)準(zhǔn)為5 mm/d，若發(fā)生異常位移，應(yīng)立即停止回填、開挖并采取支護(hù)措施。

4) 護(hù)岸整體尺度

軸線位置：土20 mm，每單元測量兩端和中部3點(diǎn)，用經(jīng)緯儀和鋼尺檢查。

墻頂標(biāo)高：土20 mm，每單元測量兩端和中部3點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀檢查。

3.3 應(yīng)用的優(yōu)勢與局限性

加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸相較于其他護(hù)岸形式具有以下優(yōu)勢[11]：

1) 安全性高、耐久性好。加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸互相嵌固，整體性好。墻后填土采用土工格柵加筋技術(shù)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。砌塊為混凝土材質(zhì)，耐沖刷。

通過觀察節(jié)點(diǎn)Sampler所得到的數(shù)據(jù)集，其中數(shù)據(jù)的分布并非線性。SVM通過一個(gè)映射函數(shù)，將低維的輸入空間Rn映射到高維的特征空間H。實(shí)現(xiàn)過程中，本文使用了徑向基核函數(shù)(radial basis function)，其中最常用的RBF為高斯核函數(shù):

2) 成形美觀、生態(tài)環(huán)保。加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸施工外立面一致規(guī)整、整齊美觀，且不對(duì)河道造成真正硬底化，保證地表水與地下水流通順暢。生態(tài)砌塊預(yù)留孔洞可種植植物或留作魚巢，為水生動(dòng)植物提供了類似于自然的生息環(huán)境。

3) 施工快捷、質(zhì)量高。生態(tài)砌塊一般采用模塊化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，節(jié)約了工期。加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸采用裝配式施工，較傳統(tǒng)方式更便捷，質(zhì)量和進(jìn)度更有保證，成本也更易控制。

4) 性價(jià)比高。加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸為柔性結(jié)構(gòu)，地基適應(yīng)能力強(qiáng)，在結(jié)構(gòu)計(jì)算允許時(shí)，擋墻越高、地基越差時(shí)使用此護(hù)岸越能有效降低造價(jià)，性價(jià)比越高。

但加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸在應(yīng)用中也具有以下局限性：

1) 要求有必要的臨時(shí)用地。加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸需對(duì)堤岸進(jìn)行臨時(shí)開挖，墻后換填土方或中粗砂并嵌固足夠長度的土工格柵，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2) 需新建圍堰，非汛期施工。由于加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸需開挖堤岸，因此施工時(shí)需修筑臨時(shí)圍堰，并考慮非汛期安排施工，保證施工安全。

3) 設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合地質(zhì)條件嚴(yán)格驗(yàn)算堤岸外部穩(wěn)定性和筋材內(nèi)部穩(wěn)定性[12]。加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸依靠預(yù)制砌塊通過加筋帶連接構(gòu)成的復(fù)合體自重、筋帶與土層間摩擦達(dá)到穩(wěn)定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格計(jì)算復(fù)核，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

雖然加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸在應(yīng)用上具有一定的局限性，但其具有耐久性好、生態(tài)美觀、施工便捷、質(zhì)量穩(wěn)定、地基適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可在河道綜合整治中應(yīng)用和推廣。實(shí)際應(yīng)用中需嚴(yán)格設(shè)計(jì)、合理安排施工、取得必要的臨時(shí)用地。

4 加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸的實(shí)際應(yīng)用

某河涌進(jìn)行整治，整治長度約為400 m，現(xiàn)狀河涌寬為6～8 m，兩岸為土堤或破損的漿砌石結(jié)構(gòu)。河道內(nèi)雜草叢生，阻礙行洪，堤岸兩側(cè)距離河涌堤岸邊線約8～10 m處有道路。河涌整治要求在滿足防洪排澇功能的同時(shí)兼顧河涌生態(tài)景觀建設(shè)，且盡量少占地。

該段河涌堤防工程級(jí)別為4級(jí)，設(shè)計(jì)水位為1.43～1.45 m(珠基高程，下同)，設(shè)計(jì)河底高程為-1.50～-1.47 m，設(shè)計(jì)河底寬度為8 m。現(xiàn)狀兩岸堤頂高程為2.49～3.01 m，現(xiàn)狀堤頂至設(shè)計(jì)河底高差為3.99～4.48 m。

本工程用地有限、地質(zhì)條件較差、開挖深度大、工期緊張、投資有限，且整治后的堤岸不僅要滿足防洪排澇、保障水安全的要求，還要達(dá)到綠色生態(tài)美觀的效果。

4.1 設(shè)計(jì)方案

1) 方案1：加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸

該方案護(hù)岸結(jié)構(gòu)為復(fù)式斷面，設(shè)計(jì)水位以下護(hù)岸由生態(tài)砌塊堆疊形成，基礎(chǔ)采用素混凝土和碎石墊層，干砌石護(hù)腳，基礎(chǔ)下設(shè)5 m長預(yù)制砼方樁。設(shè)計(jì)水位以上采用三維土工網(wǎng)植草護(hù)坡，兩岸堤頂設(shè)置3 m寬堤頂路。為減少臨時(shí)用地，施工時(shí)在左右兩岸用鋼板樁作為臨時(shí)支護(hù)(見圖3)。

圖3 加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸斷面示意(單位：mm)

2) 方案2：松木樁護(hù)腳+植草護(hù)坡

該方案護(hù)岸結(jié)構(gòu)采用松木樁護(hù)腳+植草護(hù)坡，選擇尾徑為100 mm的松木樁，密排打在坡腳處。松木樁樁頂高程為設(shè)計(jì)河底高程以上1.0 m，樁間回填碎石，樁前拋石，樁身入土深度不小于樁長的2/3。松木樁以上坡面采用三維土工網(wǎng)植草護(hù)坡，兩岸堤頂設(shè)置堤頂路(見圖4)。

圖4 松木樁護(hù)腳+植草護(hù)坡斷面示意(單位：mm)

3) 方案3：漿砌石擋墻護(hù)岸

該方案護(hù)岸形式為漿砌石擋土墻+植草護(hù)坡，設(shè)計(jì)水位以下護(hù)岸為漿砌石擋墻，擋墻基礎(chǔ)采用素混凝土墊層，拋石護(hù)腳，基礎(chǔ)下設(shè)5 m長預(yù)制砼方樁。擋墻頂設(shè)素混凝土壓頂。設(shè)計(jì)水位以上采用三維土工網(wǎng)植草護(hù)坡，兩岸堤頂設(shè)置3 m寬堤頂路。為減少臨時(shí)用地，施工時(shí)在左右兩岸用鋼板樁作為臨時(shí)支護(hù)(見圖5)。

圖5 漿砌石擋墻護(hù)岸斷面示意(單位：mm)

4.2 方案比選

3種方案征占地面積、造價(jià)及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

由表1可知，3種方案均安全可靠，方案1、方案2更自然生態(tài)，方案1、方案3施工耐久性更好。在實(shí)際應(yīng)用中，方案1施工便捷、生態(tài)效果好、耐久性好、性價(jià)比高。通過從安全性、生態(tài)性、景觀性、經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施性的對(duì)比，選定方案1加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸為最終方案。

表1 河道護(hù)岸斷面形式比較(每延米)

4.3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸應(yīng)驗(yàn)算堤岸外部穩(wěn)定性和筋材內(nèi)部穩(wěn)定性。堤岸外部穩(wěn)定性驗(yàn)算包括抗水平滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算、抗深層圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基承載力驗(yàn)算。筋材內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算包括筋材強(qiáng)度驗(yàn)算、抗拔驗(yàn)算。具體計(jì)算公式及要求可參照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)、《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB 50290—2014)等規(guī)范文件。

經(jīng)計(jì)算，方案1的堤岸外部穩(wěn)定性和筋材內(nèi)部穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，切實(shí)可行。

4.4 施工效果

上述河涌整治實(shí)例已采用加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸方案施工完成，建成后的護(hù)岸外立面一致規(guī)整，磚孔和接縫處播撒的草籽長勢良好，形成一道生態(tài)美觀的防護(hù)結(jié)構(gòu)(如圖6所示)。此次河涌整治工程施工工期短、生態(tài)景觀效果好、與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，業(yè)主和周邊民眾較為滿意。

圖6 加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸施工過程及效果示意

5 結(jié)語

本文以某河涌綜合整治為例，對(duì)比了加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸方案與其他方案，列舉出加筋生態(tài)砌塊護(hù)岸具有耐久性好、生態(tài)美觀、施工便捷、質(zhì)量穩(wěn)定、地基適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可為其他河道綜合整治工程提供參考和借鑒。