山區(qū)河道生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)

吳坤坤，楊嘉為

（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

河岸堤防是河流自然系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，是形成從河道水流到陸地的一種轉(zhuǎn)換[1]，可保護(hù)江河湖泊免受水流沖蝕、風(fēng)浪侵襲。生態(tài)型護(hù)岸是融現(xiàn)代水利工程學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、美學(xué)等多學(xué)科于一體的水利工程[2]。近年來，在平原河道及城市內(nèi)河中，由于河底平緩、水流沖刷較小等因素，生態(tài)型護(hù)岸在生態(tài)修復(fù)及治理工程中應(yīng)用廣泛，并已形成生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式、生態(tài)護(hù)坡材料、生態(tài)體系構(gòu)架、植物配置及與水流的相互作用多個(gè)研究領(lǐng)域[3]。然而，對(duì)于山區(qū)河道，由于河底縱坡大，水流速度快，防洪任務(wù)重等自然特點(diǎn)，護(hù)岸型式往往比較傳統(tǒng)，偏硬質(zhì)，除護(hù)坡型式和植物配置外，將防洪堤安全、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)結(jié)合考慮的研究比較少，特別是針對(duì)當(dāng)?shù)夭牧系姆篮榈探Y(jié)構(gòu)型式及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案方面的研究更少[4-7]。

下面以九江市十里河河道治理工程為例，探討山區(qū)河道生態(tài)護(hù)岸建設(shè)中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題，同時(shí)對(duì)于修筑防洪堤提出了一種行之有效的設(shè)計(jì)解決方案，做到了安全可靠、生態(tài)環(huán)保、就地取材、經(jīng)濟(jì)合理，為山區(qū)河道生態(tài)護(hù)岸建設(shè)增加了一種有益的嘗試。

1 工程概況

十里河位于九江廬山區(qū)境內(nèi)十里城區(qū)，是八里湖的一條支流，發(fā)源于廬山北坡，由廬山濂溪水系和蓮花洞水系交匯而成，河流自南向北流經(jīng)廬山區(qū)、九江經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，在九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院與濂溪河交匯后改道向西流入八里湖，河道加權(quán)平均坡降為1.88%，全流域面積47.12km2。

工程以河道現(xiàn)有行洪邊線為控制，在保證行洪安全的前提下，對(duì)十里河（八里湖~蓮花洞森林公園）12.81km河段進(jìn)行整治，布置護(hù)岸長(zhǎng)14371.52m，并開展防汛通道、堰壩等附屬工程設(shè)計(jì)，提高河道治理段的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2 工程布置

2.1 山區(qū)河道的特點(diǎn)

1）山區(qū)河道的主要功能是宣泄洪水，河流水位和流量變化大，但持續(xù)時(shí)間短，河床多為基巖，河道在平面地形上蜿蜒曲折，坡降較大，流量與水位變幅很大，洪水持續(xù)期短，枯水期流量很小，甚至出現(xiàn)斷流。暴雨之后，山洪暴發(fā)，流量猛增。2）水質(zhì)變化劇烈，枯水期水清見底，暴雨后驟然渾濁。3）河床一般為砂、卵石或巖石組成。

2.2 山區(qū)河道整治的思路

結(jié)合山區(qū)河道的特點(diǎn)，對(duì)山區(qū)河道進(jìn)行生態(tài)治理，使之既能滿足河道防沖刷的要求，又能做到就地取材，生態(tài)友好，造價(jià)低廉。

對(duì)傳統(tǒng)的埋石混凝土擋墻稍加改造，便能起到生態(tài)環(huán)保兼具景觀效果、滿足防止水土流失的作用。生態(tài)埋石混凝土擋墻位于濂溪大道~華生社區(qū)段右岸，全長(zhǎng)366.41m，結(jié)構(gòu)型式主要由下部埋石混凝土墻身及上部景觀花池構(gòu)成，下部埋石混凝土墻身為整個(gè)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，為增強(qiáng)生態(tài)景觀效果，迎水面采用多級(jí)臺(tái)階，臺(tái)階上設(shè)置波浪型花池，種植適宜九江氣候環(huán)境的植被，具有景觀層次感，墻身與花池之間通過鋼筋連接，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。

圖1 生態(tài)埋石混凝土擋墻結(jié)構(gòu)斷面圖

所采用的生態(tài)埋石混凝土擋墻墻頂寬0.50m，為增強(qiáng)生態(tài)景觀效果，迎水面設(shè)計(jì)為多級(jí)臺(tái)階，臺(tái)階寬0.40m、高0.60m，臺(tái)階上設(shè)置波浪形花池，單個(gè)花池池身為半圓形結(jié)構(gòu)，半徑為0.40m，厚0.12m，采用C30仿石鋼筋混凝土，多個(gè)半圓形排列成波浪形，上下層錯(cuò)開0.20m。

花池采用仿石混凝土設(shè)計(jì)，內(nèi)部填土，種植適宜當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的植物，結(jié)合親水功能需要，在墻前沿河道設(shè)置親水步道，增加人與自然的和諧共處。

3 護(hù)岸設(shè)計(jì)計(jì)算

工程區(qū)除沿堤分布人工堆積層（Qs）外，廣泛分布第四系沖積層（alQ），局部為第四系殘積層（elQ），下伏基巖主要為震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、二疊系及第三系等地層。根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，堤基土上部主要為雜填土、粉質(zhì)黏土，堤基土主要為漂石層。

3.1 計(jì)算工況及荷載組合

1）正常工況：施工期擋墻前后均無水。

2）非常工況：墻前多年平均水位或枯水位（無水），墻后水位地面1.00m以下。

3）基本荷載組合：擋墻自重及填土重、土壓力、靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力、擋墻墻后填土破裂體范圍內(nèi)的各種恒載及均布荷載（均布荷載取10kN/m2）。

4）特殊荷載組合：由于工程不考慮抗震設(shè)防，因此不計(jì)地震荷載。

岸坡穩(wěn)定采用瑞典條分法，正常運(yùn)用工況最小安全系數(shù)為1.25，非常運(yùn)用工況下，最小安全系數(shù)為1.10。

3.2 墻后填土及地基參數(shù)

墻后填土以土石混合料為主，飽和容重取20.50kN/m3，內(nèi)摩擦角取30°；素填土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值取110kPa，砂卵石地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值取300kPa，基底摩擦系數(shù)取0.40。

3.3 計(jì)算成果

采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所編制的“擋土墻設(shè)計(jì)分析軟件程序”進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算成果見表1。

表1 擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

從表1計(jì)算結(jié)果可以看出，該擋墻在正常工況和非常工況下抗滑、抗傾安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，墻底最大應(yīng)力小于基礎(chǔ)允許承載力，基底應(yīng)力最大值與最小值之比小于允許值。因此，滿足規(guī)范要求的抗滑、抗傾穩(wěn)定及地基應(yīng)力要求。

4 實(shí)施后效果

2020年7月份，九江市遭遇大范圍高強(qiáng)度的暴雨，平均降雨量436.20mm，較多年同期偏多近1.8倍，位列歷史第二，月內(nèi)出現(xiàn)4次較強(qiáng)降雨過程；長(zhǎng)江九江站出現(xiàn)歷史水位第二高大洪水，鄱陽(yáng)湖、修河出現(xiàn)超歷史大洪水，博陽(yáng)河、長(zhǎng)河均出現(xiàn)2次超警戒洪水過程，7條中小河流發(fā)生超歷史調(diào)查大洪水過程；全市大中型水庫(kù)水位均低于汛限水位，蓄水量較月初略偏多。

在此背景下，新建防洪堤經(jīng)此次洪水的實(shí)踐檢驗(yàn)，通過了極端洪水的考驗(yàn)，工程安全可靠，滿足設(shè)計(jì)使用功能，取得了較好的社會(huì)效益。

花池獨(dú)特的外立面圓弧形設(shè)計(jì)，使池內(nèi)的景觀植被及種植土未受洪水影響，景觀植被長(zhǎng)勢(shì)良好，景觀及生態(tài)效果均較為突出，為沿河居民提供了安全舒適、休憩的便利條件，兼顧了防洪、親水、美觀、生態(tài)的多重功能，提升了山區(qū)河道的整體效果。

5 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)河道的水流特性、地形和地質(zhì)條件，都決定了修筑生態(tài)擋墻時(shí)必須首先考慮堤防的安全，將堤線的布置、堤型的選擇、滲透及滲透穩(wěn)定、河岸邊坡整體穩(wěn)定等問題作為關(guān)鍵問題。在此基礎(chǔ)上，再考慮經(jīng)濟(jì)型，充分利用當(dāng)?shù)匾延械慕ㄖ牧?。最后適當(dāng)考慮生態(tài)性措施，利用植物措施增強(qiáng)水岸聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建“水清、流暢、岸綠、景美”的生態(tài)型清水河道。

此工程在重力式擋墻的基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和美化，在擋墻迎水面用仿石混凝土花池替換了部分重力墻體，前后高低錯(cuò)落有致，花池內(nèi)種植抗沖耐刷植物，通過不同的植物配置，形成了靚麗的濱水景觀生態(tài)帶，為動(dòng)植物提供了適宜的棲息空間。通過此種設(shè)置，既滿足防洪安全要求又兼顧河道生態(tài)親水交流的功能需求，是“尊重自然、以人為本、生態(tài)優(yōu)先、人水和諧”的河道治理理念的體現(xiàn)。