組合式生態(tài)擋墻砌塊在河道護(hù)岸中的運(yùn)用

胡金杰，王福生，童琦媛

(淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223001)

河道治理工程建設(shè)中，貫徹落實(shí)生態(tài)理念，打造生態(tài)河湖的需求已十分迫切。江蘇省政府于2017年發(fā)布《全省生態(tài)河湖行動(dòng)計(jì)劃(2017—2020年)》，要求全省范圍內(nèi)全力推進(jìn)生態(tài)河湖行動(dòng)，促進(jìn)水治理理念、模式及方法等向生態(tài)化轉(zhuǎn)變[1]。經(jīng)過(guò)多年努力，江蘇省在生態(tài)河湖建設(shè)工作已取得了不少成果，建設(shè)效果逐年提高[2-4]。河道整治工程一般包含清淤疏浚、岸坡防護(hù)以及配套建筑物修建工程，其中針對(duì)岸坡防護(hù)建設(shè)的應(yīng)用研究主要是采用新型生態(tài)護(hù)岸取代傳統(tǒng)板樁護(hù)岸，達(dá)到生態(tài)化的目的。如針對(duì)北方地區(qū)格賓生態(tài)護(hù)岸穩(wěn)定性較低的問(wèn)題，蔡保國(guó)[5]通過(guò)構(gòu)建對(duì)比實(shí)驗(yàn)，提出一種更有效的護(hù)岸質(zhì)量控制方法；陳健等[6]以組合生態(tài)砌塊為對(duì)象，研究其在河道治理工程中的技術(shù)原理、優(yōu)缺點(diǎn)及施工要點(diǎn)，應(yīng)用效果顯著。本文以溧陽(yáng)市前西河治理工程為例，從生態(tài)角度出發(fā)，研究組合式生態(tài)擋墻護(hù)岸在此類工程中的應(yīng)用。

1 概述

竹簀鎮(zhèn)位于江蘇省溧陽(yáng)市，現(xiàn)由原前馬鎮(zhèn)和原竹簀鎮(zhèn)兩鎮(zhèn)合并而成，區(qū)域低山延綿、丘陵起伏，水系以水庫(kù)、塘壩及溝河為主。水西村是塘馬水庫(kù)的移民安置村，位于竹簀鎮(zhèn)西南部，面積為6.96km2，移民人口3068人，主要以水稻、魚(yú)、青蝦等農(nóng)業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖為主。該村交通位置便利，西側(cè)緊鄰寧杭高速、寧杭高鐵，距離南京主城區(qū)70km，距離溧陽(yáng)市區(qū)15km，著名的“新四軍江南指揮部紀(jì)念館”坐落于此。

水西村屬北河水系，北河是溧陽(yáng)西北丘陵與東部圩區(qū)之間引排的重要縣域河道，前西河為北河左岸支流。村域水系治理按半圩區(qū)、半平原治理，上游山丘區(qū)有水庫(kù)塘壩蓄水；下游平原區(qū)內(nèi)前西河為主要排澇河道，上游不僅承接山丘區(qū)來(lái)水，也是河道兩岸地區(qū)的泄水通道。由于水西村整體地形較為平坦，地勢(shì)較低，加上存在水利設(shè)施不完善、河道防洪標(biāo)準(zhǔn)較低、河塘淤積嚴(yán)重以及河塘連通性差等問(wèn)題，導(dǎo)致區(qū)域排澇不暢、抵御外洪能力不足以及帶來(lái)的一系列水環(huán)境惡化等影響。2016年汛期，國(guó)防園及新四軍江南指揮部紀(jì)念館區(qū)域淹水，積水深度達(dá)0.5m。區(qū)域的防洪減災(zāi)能力與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不協(xié)調(diào)，與當(dāng)?shù)赝茝V紅色旅游名片、鄉(xiāng)村振興發(fā)展等要求不適宜。

前西河現(xiàn)狀起于水西電站，止于北河以南的竹簀外灘，全長(zhǎng)4.1km，底高程約-0.4m(1985國(guó)家高程，下同)，底寬約3m，口寬約32m。水西村項(xiàng)目區(qū)段長(zhǎng)1.7km，排澇面積為3.24km2，河源處有排澇泵站，抽排上游水塘匯水，下游自排入北河。前西河現(xiàn)狀左岸為圩堤，堤頂高程4.3～5.0m，堤頂寬度2～3m；右岸為溧陽(yáng)一號(hào)公路內(nèi)環(huán)線，目前已建設(shè)完成，設(shè)計(jì)路面高程5.9～6.1m。

2 組合式生態(tài)擋墻砌塊的特點(diǎn)

組合式生態(tài)擋墻砌塊是以混凝土為主體，同時(shí)摻入固化劑、生物添加劑、緩凝劑、光亮劑、增強(qiáng)劑、水泥助磨劑、早強(qiáng)劑、無(wú)機(jī)顏料等材料，通過(guò)加工而形成的一種復(fù)合預(yù)制材料。

2.1 生態(tài)擋墻砌塊結(jié)構(gòu)型式

組合式生態(tài)擋墻砌塊的砌體設(shè)計(jì)強(qiáng)度不低于MU20，材料采用素混凝土。厚度分為250mm(A、B、C型塊)、150mm(D型塊)4種。擋墻砌體(單塊)的各項(xiàng)參數(shù)允許偏差見(jiàn)表1，砌塊模型大樣圖如圖1所示。

表1 砌體(單塊)各項(xiàng)參數(shù)允許偏差值

圖1 砌塊模型大樣圖

2.2 生態(tài)擋墻砌塊結(jié)構(gòu)尺寸

A型：600mm×800mm×250mm；B型：600mm×600mm×250mm；C型：600mm×400mm×250mm；D型：600mm×400mm×150mm。各種型號(hào)砌塊設(shè)計(jì)大樣圖如圖2所示。

圖2 組合式生態(tài)擋墻各種砌塊設(shè)計(jì)大樣圖

2.3 生態(tài)擋墻砌塊鎖結(jié)形式

傳統(tǒng)的自嵌式擋墻鎖結(jié)形式主要通過(guò)砌體間的錨固棒錨固或者豎向通過(guò)在預(yù)留錨固孔內(nèi)置入錨固鋼筋并填充混凝土膠結(jié)。區(qū)別于傳統(tǒng)的自嵌式擋墻，組合式生態(tài)擋土塊之間設(shè)置鎖扣(圖1)，在相鄰兩列砌體間相互鎖結(jié)，砌磚之間不容易產(chǎn)生移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，墻體穩(wěn)定性得到了提高。

2.4 生態(tài)擋墻砌塊產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)擋墻穩(wěn)定性好。組合式生態(tài)擋墻的砌塊為預(yù)制復(fù)合材料，增強(qiáng)劑等材料的摻入有效提高了砌塊強(qiáng)度，各砌塊間設(shè)置鎖扣鏈接也能改善受力情況；同時(shí)砌塊尺寸較傳統(tǒng)的砌塊尺寸有了一定的增大，增加擋墻的自身荷載，提高了擋墻的抗滑穩(wěn)定性。當(dāng)墻后填土較深時(shí)，擋墻可與土工格柵等聯(lián)合使用，提高擋墻的抗拉強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。

(2)對(duì)不同地基的適應(yīng)性強(qiáng)。生態(tài)砌塊采用空心預(yù)制結(jié)構(gòu)，墻后主要承受填土壓力，與傳統(tǒng)的實(shí)心結(jié)構(gòu)相比有效減小了墻體截面尺寸與擋墻自重，擋墻基底應(yīng)力較??；與土工格柵聯(lián)等筋材聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，筋材與土體間存在的摩擦作用改善了土體的變形條件，提高了土體穩(wěn)定性，擋墻能夠與地基協(xié)調(diào)變形，適應(yīng)好。

(3)生態(tài)景觀效果好。生態(tài)砌塊為空心預(yù)制結(jié)構(gòu)，可在預(yù)留孔中填入耕植土，為植物生長(zhǎng)提供更好的生存環(huán)境與更大的生態(tài)空間，而且給兩棲動(dòng)物岸上、水下活動(dòng)提供了方便；由于砌塊本身為透水、透氣結(jié)構(gòu)，使得墻后填土與河水之間的物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)交換更加充分，有利于提高墻面生態(tài)覆綠比例，打造集功能性、生態(tài)性與景觀性于一體的生態(tài)河道。

(4)產(chǎn)品生產(chǎn)、施工的一致性好。生態(tài)砌塊采用工廠預(yù)制的生產(chǎn)方式，不同設(shè)計(jì)參數(shù)下的砌塊擁有對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化模具，利用模具實(shí)現(xiàn)砌塊的統(tǒng)一化生產(chǎn)，減小了產(chǎn)品尺寸的誤差，提高了出廠產(chǎn)品的一致性。砌塊施工采用機(jī)械化施工，標(biāo)準(zhǔn)化拼裝，外立面規(guī)整性好，提高施工效率，節(jié)約人力、物力的同時(shí)又能夠有效縮短工期。

3 水西村前西河治理工程護(hù)岸穩(wěn)定性分析

3.1 護(hù)岸斷面設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的河道治理過(guò)程中，水利設(shè)計(jì)理念主要從河道行洪、除澇等單一的水安全方面考慮。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施、幸福河湖理念的提出，河道治理的設(shè)計(jì)理念已逐步向建設(shè)“河暢、水清、岸綠、景美、長(zhǎng)效管護(hù)”的水環(huán)境、水生態(tài)綜合治理轉(zhuǎn)變，除了關(guān)注“水安全、水生態(tài)、水環(huán)境”3個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題之外，“水景觀”與“水智慧”也同樣需要引起重視。前西河河道斷面(圖3)的設(shè)計(jì)，需要綜合考慮的因素包括現(xiàn)狀地形(減少征地和拆遷)、水位地質(zhì)條件、景觀生態(tài)性、施工技術(shù)條件及工程造價(jià)等多方面因素。

圖3 前西河標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)斷面圖

通過(guò)分析比較樁式生態(tài)護(hù)岸(仿木樁)、框式生態(tài)擋墻、組合式自生態(tài)擋墻等多種型式生態(tài)護(hù)岸的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定前西河采用組合式生態(tài)擋墻護(hù)岸型式如圖4所示。根據(jù)溧陽(yáng)市水系規(guī)劃要求，前西河河道等級(jí)為5級(jí)，本次河道治理標(biāo)準(zhǔn)斷面采用復(fù)式斷面。設(shè)計(jì)河底寬度6.0m，河底高程-1.0m，高程0.5m處設(shè)青坎一道(寬度1.50m)，青坎以下按1∶2放坡處理，青坎以上采用組合式生態(tài)擋墻，墻頂高程2.5m，墻后與現(xiàn)狀地面順接(坡度不陡于1∶2)，坡面植草防護(hù)。

圖4 組合式生態(tài)擋斷面圖

3.2 基礎(chǔ)資料及計(jì)算條件

根據(jù)工程地勘報(bào)告提供的相關(guān)土層物理力學(xué)參數(shù)及設(shè)計(jì)斷面中河道參數(shù)，選取前西河2個(gè)斷面進(jìn)行河道護(hù)岸斷面的整體抗滑穩(wěn)定分析，計(jì)算成果均滿足堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。本文僅選取了河道堤頂高程較高、土層較差(C3孔)的1個(gè)代表性斷面，闡述本次護(hù)岸穩(wěn)定分析的典型計(jì)算過(guò)程，土層物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)表2。

表2 C3鉆孔地質(zhì)土層各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)表

根據(jù)GB 50286—2013《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》第F.0.1、第F.0.3，施工期、水位降落期、地震期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)采用總應(yīng)力法計(jì)算，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用快剪指標(biāo)；穩(wěn)定滲流期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)采用有效應(yīng)力法計(jì)算，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用慢剪指標(biāo)。按照GB 50286—2013的規(guī)定，本段河堤相應(yīng)抗滑穩(wěn)定允許的最小安全系數(shù)正常運(yùn)用條件為1.20，非常運(yùn)用條件Ⅰ為1.10，非常運(yùn)用條件Ⅱ?yàn)?.05。根據(jù)河道地察報(bào)告提供的各項(xiàng)土層物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)對(duì)河道進(jìn)行抗滑整體穩(wěn)定計(jì)算、擋墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算，抗滑整體穩(wěn)定計(jì)算方法采用簡(jiǎn)化畢肖普法，采用《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)(AutoBANK7.7)》計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算。

3.3 計(jì)算結(jié)果

3.3.1河道岸坡整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算

按GB 50286—2013有關(guān)規(guī)定，岸坡整體穩(wěn)定性驗(yàn)算分別取正常運(yùn)用和非正常運(yùn)用2種不同條件[7]。根據(jù)表3中前西河河道岸坡整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果，本次計(jì)算的水位降落期、施工期、地震期3種工況下的抗滑穩(wěn)定系數(shù)均大于規(guī)范允許最小值，所以前西河河道岸坡在各種工況下均是穩(wěn)定的，滿足規(guī)范要求。

表3 前西河河道岸坡整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

3.3.2擋墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算

通過(guò)表4擋墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定成果表中的地基承載力、抗滑安全系數(shù)及抗傾覆穩(wěn)定3種計(jì)算成果看，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)均大于規(guī)劃允許最小值，所以當(dāng)前西河整治工程完工后，組合式生態(tài)擋斷的穩(wěn)定是滿足規(guī)范要求的、結(jié)構(gòu)是安全的。

表4 3擋墻穩(wěn)定驗(yàn)算成果表

4 實(shí)施效果

截至2020年12月底，前西河治理工程已完工。根據(jù)施工單位和工程管理單位跟蹤反饋，工程施工進(jìn)度工期縮短，預(yù)制砌塊施工方便，質(zhì)量容易控制。工程經(jīng)歷了當(dāng)?shù)匮雌谛泻槌凉车目简?yàn)，保障了兩岸的防洪排澇安全，防止了水土流失，促進(jìn)水土交換，同時(shí)也滿足了生態(tài)環(huán)境及景觀的要求，達(dá)到了預(yù)期生態(tài)目標(biāo)。工程竣工后的組合式生態(tài)擋墻現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果：

(1)砌塊外觀效果。組合式砌塊錯(cuò)落有致，無(wú)明顯傾斜或凹凸，岸線順直，護(hù)岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，對(duì)岸坡防護(hù)作用明顯。

(2)生態(tài)綠化效果。撒播草種初期綠化效果一般，經(jīng)過(guò)一定周期的管理及養(yǎng)護(hù)，砌塊及岸坡植被逐漸生長(zhǎng)，坡面植被覆蓋率較高，生態(tài)砌塊硬質(zhì)化效果被削弱，取而代替的是自然效果；砌塊溝通了土壤與水體，形成了生態(tài)系統(tǒng)的水體交換，為河道中兩棲河底浮游動(dòng)植物動(dòng)物構(gòu)建了較好的水生態(tài)環(huán)境群落。

5 結(jié)論

生態(tài)擋墻技術(shù)不僅在河道護(hù)岸防護(hù)工程中起到了重要作用，而且在生態(tài)及景觀方面效果更是突出，符合現(xiàn)代生態(tài)治水的需求。本文介紹的組合式生態(tài)擋墻砌塊以鎖扣型式連接，穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)自嵌式擋墻，對(duì)不同地基的適應(yīng)性較強(qiáng)，能夠滿足岸坡防護(hù)的要求。同時(shí)由于生態(tài)孔的存在，為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的生存條件，使墻后填土與河水之間的物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)交換更加充分，植被覆蓋率高，極大程度上改善了傳統(tǒng)擋墻生硬、生態(tài)性不足的缺點(diǎn)，有利于提升河道的自然、生態(tài)景觀效果。通過(guò)在溧陽(yáng)市前西河治理工程中的應(yīng)用和實(shí)施效果分析，可以為類似河道治理工程提供良好借鑒作用。