聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡在漢江雅口航運(yùn)樞紐工程中的應(yīng)用

◎ 郭玉濤 李潤(rùn)杰

1.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)市政工程有限公司；2.湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)劃研究總院有限公司

1.引言

傳統(tǒng)的水利工程護(hù)坡只是注重了河道邊坡及其周?chē)h(huán)境的安全，更多的是強(qiáng)調(diào)其強(qiáng)度功效，忽略了邊坡與周邊生態(tài)環(huán)境的交換過(guò)程，影響了邊坡周?chē)鞣N動(dòng)、植、微生物的生存，破壞了原有的生態(tài)環(huán)境。生態(tài)型護(hù)坡在保證護(hù)坡滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、安全性和耐久性的前提下，保護(hù)、創(chuàng)造生物良好的生存環(huán)境和自然景觀(guān)，兼顧工程的護(hù)坡效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)，以達(dá)到一種適合生物生長(zhǎng)的仿自然狀態(tài)，有效的保護(hù)了原有的生態(tài)環(huán)境[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是十九屆五中全會(huì)“堅(jiān)持綠水青山就是金山銀山”理念的推廣，人民越來(lái)越意識(shí)到保護(hù)環(huán)境的重要性，生態(tài)型護(hù)坡是水利工程護(hù)坡后續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2.工程概況

雅口航運(yùn)樞紐位于漢江中游丹江口～鐘祥河段、湖北省宜城市下游15.7km處，上距丹江口水利樞紐203km，下距河口446km，是漢江干流湖北省內(nèi)梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第6級(jí)，其上下游分別與崔家營(yíng)梯級(jí)和碾盤(pán)山梯級(jí)銜接，距上游崔家營(yíng)梯級(jí)約52.67km，距下游碾盤(pán)山梯級(jí)約59.38km。樞紐正常蓄水位55.22m，相應(yīng)庫(kù)容3.37億m3，裝機(jī)容量75MW，航道等級(jí)為Ⅲ（2）級(jí)，設(shè)計(jì)通航船舶噸級(jí)為1000t。主要建筑物包括船閘、泄水閘、發(fā)電廠(chǎng)房、土石壩、壩頂交通橋、魚(yú)道等工程。工程開(kāi)發(fā)任務(wù)以航運(yùn)為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧灌溉、旅游等綜合利用效益[2]。

3.聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)

聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡是一種集護(hù)坡、生態(tài)恢復(fù)、裝飾于一體的生態(tài)保護(hù)系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)主要由預(yù)制聯(lián)鎖式護(hù)坡磚相互鑲嵌嚙合聯(lián)接成一個(gè)整體，其中磚體的種植孔可實(shí)現(xiàn)快速綠化，起到生態(tài)修復(fù)作用，磚體底部墊層料的滲透性可保證河岸與河流水體之間的物質(zhì)交換，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)護(hù)坡的功能[4]。

3.1 護(hù)坡工程布置

本工程應(yīng)用聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡的部位主要有右岸土石壩、連接段土石壩、尾水防洪堤、廠(chǎng)區(qū)上下游隔流堤、左岸土石壩、魚(yú)道工程等部位，根據(jù)接觸河流沖刷的情況將其分為輕型、重型兩種護(hù)坡形式。其中廠(chǎng)區(qū)上下游隔流堤由于長(zhǎng)期處于河水沖刷狀態(tài)采用重型護(hù)坡，單塊預(yù)制護(hù)坡磚尺寸為480mm×480mm×250mm，重約79kg，C30混凝土；其余部位主要接受雨水沖刷，屬于普通坡面防護(hù)，因此采用輕型護(hù)坡，單塊預(yù)制護(hù)坡磚尺寸為495mm×295mm×100mm，重約22kg，C20混凝土，具體型式如圖1所示。

圖1 預(yù)制護(hù)坡磚大樣圖

3.2 護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式

重型護(hù)坡坡比1：3，主要是在原始回填料上分別鋪設(shè)土工布、卵石、土工網(wǎng)墊層，然后鋪設(shè)重型預(yù)制塊；輕型護(hù)坡坡比1：2.5，主要是在原始回填料上鋪設(shè)粗砂、卵石墊層，然后鋪設(shè)輕型預(yù)制塊。其中重型護(hù)坡設(shè)計(jì)考慮防止河水沖刷，相較輕型護(hù)坡，墊層方面增加了土工布、土工網(wǎng)來(lái)進(jìn)行坡面加固，護(hù)腳設(shè)計(jì)為1m（高）×0.6m（寬），護(hù)肩為0.5m（高）×1m（寬）；輕型護(hù)坡護(hù)腳設(shè)計(jì)為0.8m（高）×0.4m（寬），護(hù)肩為0.4m（高）×0.5m（寬）。兩種護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式詳見(jiàn)圖2。

圖2 護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式典型斷面圖

4.聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡施工方法

4.1 聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡施工程序

重型護(hù)坡與輕型護(hù)坡雖然防護(hù)效果不同，但是施工工藝基本相同，具體施工流程見(jiàn)圖3。

圖3 聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡施工程序

4.2 聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡主要施工步驟

4.2.1 生態(tài)磚提前預(yù)制

1）由于本工程需要的生態(tài)磚工程量較大，因此采用自加工方式進(jìn)行預(yù)制。在拌合站附近修建一個(gè)5000m2的預(yù)制聯(lián)鎖式護(hù)坡磚加工廠(chǎng)，遵循布局緊湊的原則，主要由預(yù)制場(chǎng)、成品堆放場(chǎng)、道路及配套設(shè)施組成?？紤]材料的運(yùn)輸、后期護(hù)坡磚的轉(zhuǎn)運(yùn)和出廠(chǎng)，場(chǎng)地地坪采用振動(dòng)碾碾壓密實(shí)，然后自下而上分別鋪設(shè)10cm的水泥碎石穩(wěn)定層和10cm的C20混凝土。

2）根據(jù)聯(lián)鎖式護(hù)坡磚的結(jié)構(gòu)型式、尺寸以及加工的方便性，采用QTY5-15型制磚機(jī)進(jìn)行重型護(hù)坡磚的制作，采用定制模具進(jìn)行輕型護(hù)坡磚的制作；兩種生態(tài)磚均提前進(jìn)行預(yù)制施工，待護(hù)坡工作面出來(lái)后即可及時(shí)進(jìn)行護(hù)坡施工。

4.2.2 施工準(zhǔn)備

基于光伏與空調(diào)負(fù)荷協(xié)調(diào)優(yōu)化的有源配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)壓策略//王琦,方昊宸,竇曉波,陸斌,胡敏強(qiáng),包宇慶//(24):36

1）根據(jù)控制網(wǎng)定出坡腳的位置并按設(shè)計(jì)尺寸完成護(hù)腳混凝土的澆筑，使其具備一定的強(qiáng)度。

2）根據(jù)墊層料的厚度、坡頂高程等，在坡面上按10m網(wǎng)格進(jìn)行放樣，設(shè)置樣樁，在樣樁上劃出各級(jí)墊層料在坡面的高程，用油漆標(biāo)出明顯標(biāo)志，并妥善保護(hù)好樣樁。

4.2.3 坡面修整

建基面根據(jù)設(shè)計(jì)高程進(jìn)行控制，對(duì)超挖或欠挖部位修整到設(shè)計(jì)高程，使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。坡面修整前利用樣樁縱橫拉線(xiàn)對(duì)坡面平整度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)超高部位進(jìn)行人工削坡，對(duì)欠高部位進(jìn)行人工回填至設(shè)計(jì)高程。另外，對(duì)坡面松軟部位進(jìn)行挖除，用人工置換合格土料進(jìn)行回填至設(shè)計(jì)高程；對(duì)坡面土方密實(shí)度不合格部位重新進(jìn)行人工夯實(shí)至設(shè)計(jì)要求。

4.2.4 墊層鋪筑

1）粗砂、卵石墊層鋪筑：采用自卸車(chē)將粗砂、卵石運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，利用樣樁縱橫拉線(xiàn)控制鋪填厚度，按照施工順序自坡底向上分層鋪筑；施工過(guò)程中采用挖掘機(jī)下料，人工配合攤鋪，鋪筑完成后采用平板振搗器與人工夯實(shí)相結(jié)合的方法進(jìn)行墊層料的壓實(shí)。

2）土工布、土工網(wǎng)鋪設(shè)：土工布、土工網(wǎng)在墊層料驗(yàn)收合格后按照施工順序進(jìn)行鋪設(shè)，采用人工滾鋪，布面平整，并適當(dāng)留有變形余量以保證土工布、土工網(wǎng)鋪設(shè)后不影響護(hù)坡的斷面尺寸，搭接長(zhǎng)度及搭接方式依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求執(zhí)行。土工布采用縫合方式進(jìn)行連接，縫合采用專(zhuān)用縫紉機(jī)進(jìn)行縫合連接，土工網(wǎng)之間采用塑料扎帶人工綁扎搭接，最后將鋪設(shè)后的土工布、土工網(wǎng)每隔1.5～2m用U型釘固定于地面，防止預(yù)制塊砌筑過(guò)程中土工布、土工網(wǎng)滑動(dòng)變形。

4.2.5 聯(lián)鎖式護(hù)坡磚鋪裝

2）根據(jù)分段施工長(zhǎng)度計(jì)算出每個(gè)工作段護(hù)坡磚的工程量，然后用自卸車(chē)將護(hù)坡磚延坡頂?shù)缆愤\(yùn)送至相應(yīng)工作段。

3）在同一工作段內(nèi)，護(hù)坡磚的鋪筑從左（或右）下角開(kāi)始沿水平方向逐行進(jìn)行，以減小累計(jì)誤差，影響鋪筑質(zhì)量。施工時(shí)用鋼制滑道將護(hù)坡磚坡頂滑至坡腳，在坡腳用橡膠墊圈緩沖接住，然后采用人工鑲嵌嚙合的方式自下而上依次鋪裝護(hù)坡磚至坡頂設(shè)計(jì)位置，同時(shí)應(yīng)注意不得擾動(dòng)反濾層，重復(fù)上述步驟直至完成整個(gè)施工段護(hù)坡磚的鋪裝。

4.2.6 坡腳坡頂處理

1）坡腳位置鋪設(shè)的土工布、土工網(wǎng)翻折到護(hù)腳頂部的高程，用鋪筑的護(hù)坡磚作為壓頂，同時(shí)在護(hù)腳與的第一排護(hù)坡磚的凹嵌處填充素混凝土加以保護(hù)。

2）坡頂位置鋪設(shè)的土工布、土工網(wǎng)延伸到護(hù)肩底部，坡頂處的護(hù)坡磚由于坡面斷面長(zhǎng)度造成的誤差直接澆入護(hù)肩或者在護(hù)肩與護(hù)坡磚中間澆筑一條素混凝土帶以保證坡面的整體性及美觀(guān)性。

4.2.7 種植生態(tài)植物

聯(lián)鎖式護(hù)坡磚鋪裝完畢后，在孔洞內(nèi)敷土，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼寥拉h(huán)境選擇合適的生態(tài)植物進(jìn)行種植，其中重型護(hù)坡上為耐水性植物，輕型護(hù)坡上為觀(guān)賞性植物。

5.實(shí)際應(yīng)用效果

雅口航運(yùn)樞紐工程于2022年1月份開(kāi)始蓄水，從實(shí)際效果看所有聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡表面整齊、規(guī)則，未發(fā)現(xiàn)沉降、變形等情況，護(hù)坡工程運(yùn)行情況良好。種植的生態(tài)植物從護(hù)坡空隙中長(zhǎng)出，坡面郁郁蔥蔥，與周邊環(huán)境融為一體，整體景觀(guān)效果好。

6.聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡工藝特點(diǎn)

（1）施工工藝簡(jiǎn)單、效率高。根據(jù)聯(lián)鎖式護(hù)坡磚型式及工程量的不同，可以提前預(yù)定或者自建加工廠(chǎng)內(nèi)提前進(jìn)預(yù)制，在護(hù)坡工程具備施工條件后即可立即進(jìn)行施工；同時(shí)，聯(lián)鎖式護(hù)坡磚的施工只是簡(jiǎn)單的鑲嵌嚙合，簡(jiǎn)單方便。這種提前預(yù)制、簡(jiǎn)單鋪裝的施工方式，普通工人經(jīng)簡(jiǎn)單的培訓(xùn)就能作業(yè)，還可以多個(gè)工作面同時(shí)施工，加快了施工進(jìn)度，縮短了工期，對(duì)工作面較長(zhǎng)的水利工程建設(shè)而言，非常有利。

（2）結(jié)構(gòu)性能好、抗沖刷能力強(qiáng)。聯(lián)鎖式護(hù)坡磚采用獨(dú)特的聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，每塊磚與周?chē)?塊磚互相鑲嵌嚙合形成超強(qiáng)聯(lián)鎖[4]，增強(qiáng)了水平向的相互作用，使得護(hù)坡系統(tǒng)具有良好的整體穩(wěn)定性，從而加強(qiáng)了其抗沖刷能力，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 超強(qiáng)聯(lián)鎖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（3）適應(yīng)變形能力強(qiáng)。聯(lián)鎖式護(hù)坡磚是磚體單元互相鑲嵌嚙合形成超強(qiáng)聯(lián)鎖，整個(gè)坡面為柔性體，避免了出現(xiàn)類(lèi)似于混凝土現(xiàn)澆板施工中的變形、裂縫等問(wèn)題。 一旦坡面出現(xiàn)沉陷、變形等問(wèn)題，只需將相應(yīng)部位揭開(kāi)重新補(bǔ)填墊層料，整平壓實(shí)后更換損壞的護(hù)坡磚即可，修補(bǔ)起來(lái)方便快捷。

（4）具有一定的景觀(guān)效應(yīng)。生態(tài)護(hù)坡可以根據(jù)護(hù)坡位置的不同種植不同的植物，從而很好的與周邊環(huán)境融為一體，這樣水利工程將不再是單調(diào)的水泥灰，而是可以根據(jù)水利工程不同部位的功效營(yíng)造不同的生物景觀(guān)，對(duì)于提高水利工程外觀(guān)形象、營(yíng)造山水一色的水文化、打造特色的水利風(fēng)景有著突出的作用[5]。

（5）具有生態(tài)環(huán)保功能。聯(lián)鎖式護(hù)坡磚因其特有的鑲嵌嚙合結(jié)構(gòu)及種植孔造就了生態(tài)護(hù)坡具有較強(qiáng)的透水、透氣性，使河水可以滲入岸坡，保證地下水的正常補(bǔ)給和岸坡水的排出。護(hù)坡上種植的草本植物對(duì)防止岸坡頂上的水土流失、垃圾及有害水體在地表徑流作用下直接進(jìn)入河道、溪溝，起到一定的阻礙與凈化作用，減少對(duì)河水的污染，有效的保護(hù)了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，植物的根系深入土層對(duì)坡面結(jié)構(gòu)也起到一定的加固作用[3]。

7.結(jié)語(yǔ)

水利工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的融合是現(xiàn)代化水利建設(shè)的一個(gè)發(fā)展方向，生態(tài)護(hù)坡是堤防工程發(fā)展的新趨勢(shì)。聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡是一種新型的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，其不僅繼承了傳統(tǒng)護(hù)坡物理學(xué)意義上的穩(wěn)定，而且發(fā)展了生態(tài)環(huán)保功能，符合保護(hù)生態(tài)環(huán)境發(fā)展的趨勢(shì)，在水利工程建設(shè)中必將得到廣泛的應(yīng)用。