新型堆砌式擋土墻在小流域綜合治理中的應用

童琦媛，范清成，胡金杰，王福生，翁明皓

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223001)

我國是世界上水土流失最為嚴重的國家之一。長期以來，針對水土流失問題，我國人民做出了大量實踐工作，并總結了豐富的經驗。其中，20世紀80年代提出的小流域綜合治理措施在防治水土流失方面具有十分明顯的優(yōu)勢，經過近40年的不懈努力，我國小流域綜合治理工作取得了巨大成效[1]。

小流域是指在自然界中，流域面積相對較小，河流長度較短，坡陡谷深，流量小的獨立水循環(huán)系統(tǒng)。小流域是自然界的一個獨立系統(tǒng)，具有一定的自我調節(jié)能力[2]。小流域是水土保持的重點區(qū)域，以小流域為單元的綜合治理是開展水土保持工作的根本路徑，其治理措施主要有工程措施、林草措施、耕作措施、封禁措施等，通過治理措施對流域水土等自然資源進行保護、改良與合理利用[3]。

本文以鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)石馬小流域綜合治理為例，探討工程措施中采用的生態(tài)擋土墻方案。生態(tài)擋土墻是一種既能起到生態(tài)環(huán)保的作用，又兼具景觀功能、防止水土流失的擋墻[4]，由于其獨特的優(yōu)點，目前已廣泛應用于實際工程中，亦是今后擋墻的發(fā)展方向，本文探討的是一種新型的堆砌式擋土墻在小流域綜合治理的應用。

1 項目背景

水土保持小流域建設工作是一項長期性、系統(tǒng)性工作，需要投入大量的人力、物力。近年來，鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)加大了水土流失治理力度，新建了大批水土保持工程，主要包括小流域治理、河塘整治、宕口復綠、高標準農田建設及其他水土保持工程，積累了一定的治理實踐。

2021年5月，丹徒區(qū)水利局、財政局結合省水利廳對水土保持項目的要求以及《丹徒區(qū)水土保持規(guī)劃(2015-2030)》規(guī)劃實施內容，選擇高資街道石馬小流域作為2021年度水土保持治理的區(qū)域，為建設丹徒區(qū)農村社會經濟可持續(xù)發(fā)展，提供良好的水土資源環(huán)境。計劃用1年的時間通過工程、植物和封禁措施的實施，使生態(tài)環(huán)境逐步得到恢復，使農、林得到協(xié)調發(fā)展，水土流失得到有效控制和治理。

2 小流域概況及建設內容

2.1 小流域概況

石馬小流域位于高資街道東部，由于河塘淤積嚴重，暴雨季節(jié)河道溢出，旱季河道灌溉不足，影響石馬小流域當?shù)厝罕娹r業(yè)生產生活，當?shù)卣腿罕娨财惹邢Ｍ麑υ撔×饔蜻M行綜合治理。通過本次小流域綜合治理工程，可以降低流域內水土流失，增加流域內林草覆蓋率，為項目區(qū)農業(yè)經濟的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的改善打下基礎，同時美化水體環(huán)境和提升農村人居環(huán)境。

石馬小流域總面積15.21km2，主要涉及高資街道的西斛村、石馬村，水土流失以水力侵蝕為主，現(xiàn)狀輕度以上水土流失面積0.266km2，占小流域總面積的1.75%。

而本次治理范圍為石馬小流域中部區(qū)域，治理面積4km2，主要位于西斛村范圍，現(xiàn)狀流失面積0.173km2，占本次治理范圍面積的4.32%，占用石馬小流域輕度以上水土流失面積的65%。

2.2 建設內容

綜合整治嚴家洼，整治長度580m，新建堆砌式生態(tài)擋土墻護岸235m；新建滾水壩1座，改建涵閘2座；新增林草措施以及封禁保護面積800畝。

3 堆砌式生態(tài)擋土墻護岸設計及其特點

嚴家洼現(xiàn)狀邊坡較陡，為保證岸坡安全并結合周邊整治，擬對河道北側岸坡進行加固處理，加固方案采用墻式護岸設計。

墻式護岸設計應結合安全、生態(tài)、景觀3個方面考慮，結合以往工程經驗，選用仿木樁護岸、生態(tài)石籠擋墻、堆砌式生態(tài)擋土墻和混凝土擋墻進行多方面比較，包括穩(wěn)定耐久性、生態(tài)性、美觀性、施工便利性、工程造價等方面，最終確定采用堆砌式生態(tài)擋土墻型式，具體見表1。工程采用生態(tài)擋土墻，既能起到擋土墻的作用，同時充分結合“生態(tài)和諧”的設計理念，使工程與周圍環(huán)境相協(xié)調[5]。

表1 護岸方案比選表

3.1 擋墻結構設計

在河道北岸邊坡高程31.8m處設一個3.0m寬平臺，在平臺外側設C30鋼筋混凝土堆砌式生態(tài)擋土墻護岸；單個預制砌塊為1m×1m×1m的立方體預制砌塊，共設2層，其中底層鋪設2塊，頂層鋪設1塊，背水側貼機織土工布一層300g/m2，預制塊下設0.3m厚2.6m寬C30鋼筋砼基礎以及0.1m厚2.8m寬C25素砼墊層，墻前高程30.00m處設一個2.0m寬平臺，平臺以下以設計邊坡1：4.0放坡至設計塘底高程。擋墻頂以上以設計邊坡1：2.5放坡至岸頂，坡面整理后種植草皮。擋墻結構設計如圖1所示。

3.2 擋墻特點

3.2.1砌塊結構

預制砌塊可分為單倉、雙倉和三倉型，單個倉格基本單元尺寸為1.0m×1.0m×1.0m(長×寬×高)，砌塊三維結構圖、實景圖詳如圖2所示。

圖2 預制砌塊單倉三維模型圖、實景圖

3.2.2砌塊堆砌型式

預制堆砌式擋土墻根據(jù)砌塊堆砌方式不同分為重力堆砌式擋土墻、加筋堆砌式擋土墻和路基拓寬堆砌式擋土墻，結構斷面如圖3所示。

圖3 預制砌塊堆砌型式

預制堆砌式擋土墻適用高度及高差區(qū)間見表2。

表2 堆砌式擋土墻選型表

3.2.3砌塊鎖結型式

區(qū)別于傳統(tǒng)的自嵌式擋墻通過砌塊間的錨固棒錨固或者豎向通過在預留錨固孔內置入錨固鋼筋[6]的鎖結形式，本次新型堆砌式擋土墻縱向連接采用普通螺栓連接，上下層砌塊采用定位銷釘連接，銷釘與砌塊采用結構膠連接，安裝前應將定位孔和銷釘清洗干凈后涂抹結構膠，并在限定時間內完成構件安裝。雙重鎖結使砌塊之間的連接更加穩(wěn)固，墻體穩(wěn)定性得到了提高，如圖4所示。

圖4 鎖結型式

3.2.4砌塊產品特點

(1)模塊化設計，方便施工。堆砌式生態(tài)擋墻的砌塊由專業(yè)的生產商采用模塊化設計，標準化模具生產，生產技術成熟。工廠預制完成后運至現(xiàn)場組裝，產品一致性較好，整個施工外立面一致規(guī)整，誤差小。施工時采用機械化施工，直接堆砌成品，效率高，縮短工期。

(2)結構穩(wěn)定。堆砌式生態(tài)擋墻采用預制的混凝土砌塊，本身結構強度較高，混凝土強度等級達到C30，縱向砌塊間采用防腐螺栓連接，上下層砌塊采用定位銷釘連接，增加了擋墻的穩(wěn)定性，同時砌塊尺寸較傳統(tǒng)的砌塊尺寸有了一定的增大，增加擋墻的自重。當需要采用加筋堆砌方式時，可在砌塊后方填土內設置土工格柵等筋材，形成類似的加筋土擋墻，抗拉、抗拔和整體穩(wěn)定性均較好。

(3)造型美、生態(tài)好。砌塊的外立面可根據(jù)需要定制為仿石紋、仿磚紋等，造型美。同時砌塊倉格內填料可采用種植土、砂土等，不僅增加岸坡的穩(wěn)定，同時又可以為植物生長提供空間，達到河道生態(tài)好、自然及景觀美觀的效果。

3.2.5擋土墻穩(wěn)定計算

擋墻穩(wěn)定計算依據(jù)規(guī)范[7]規(guī)定，擋土墻工程級別為5級，擋墻計算斷面如圖5所示，尺寸結構見表3，作用在結構上的力見表4。

圖5 擋墻計算斷面(單位：m)

表3 結構尺寸

表4 作用在結構上的力

擋墻穩(wěn)定計算得出：

基底最小應力Pk，min=23.04kPa

基底最大應力Pk，max=33.24kPa

基底平均應力Pk=28.14kPa<地基允許承載力([P]=100kPa)。

傾覆滑移穩(wěn)定性K1=47.92>1.30

傾覆穩(wěn)定性K2=24.85>1.10

故擋墻穩(wěn)定滿足要求。

3.2.6擋墻施工

3.2.6.1 施工工序

生態(tài)擋墻砌筑應在廠家指導下施工，施工工序如圖6所示。

圖6 施工工序

3.2.6.2 施工注意事項

(1)墻后土開挖后，回填土壓實作業(yè)分層平攤進行，每層土虛鋪厚度不超過25cm。

(2)擋墻底板每隔10m設一伸縮縫，縫寬2cm，采用低發(fā)泡閉孔聚乙烯塑料板嵌縫。

(3)擋墻基礎需坐落在堅實土層，若遇淤泥質土，則需將墻前淤泥清除300mm后，基礎以下回填土采用15%水泥土回填，水泥土回填厚度不小于600mm，壓實度不小于0.95。

(4)砌塊安裝時，挖掘機使用吊帶吊裝，人工配合，安裝底層砌塊應直順、高程一致，遇不平處先用砂漿進行底層鋪設找平，每層砌塊鋪設均需驗收合格后再進行上一層的施工。

(5)構件連接用鋼結構、預埋件等，均需進行除銹防腐處理，防腐蝕措施應根據(jù)環(huán)境腐蝕條件、防腐蝕年限、施工等條件確定。

(6)拉筋應平直鋪設于密實填土上，底部應與填料密貼，填料與筋帶直接接觸部分不應含有尖銳棱角的塊體。拉筋頂面填土時，嚴禁沿拉筋方向推土和施工車輛直接碾壓拉筋，碾壓前拉筋頂面的填土厚度不應小于0.2m。

4 實施效果及后續(xù)管理

4.1 工程實施效益

目前，石馬小流域綜合治理工程已完工，并于2023年5月通過工程完工驗收。根據(jù)工程管理單位反饋，預制砌塊施工方便快捷，工程施工進度工期較合同工期相比有所縮短，且施工質量容易控制，結構穩(wěn)定。工程在完工驗收前，經歷了當?shù)匮雌诘目简?，保障了河道兩岸的防洪排澇安全，加上河道兩岸采用的植草護坡，減少對河道兩岸的沖刷，小流域內水土流失得到有效治理，使降雨入滲，攔蓄徑流，減少土壤流失，保護了土地肥力，提高土壤水分，水土資源得到有效保護；增強了抗旱能力，減輕汛期洪災給農業(yè)生產造成的損失，為合理利用資源創(chuàng)建條件，形成生態(tài)良性循環(huán)。

4.2 后續(xù)工程管理

水土保持設施驗收合格投入運行后，水土保持設施所有權由丹徒區(qū)水利局移交給高資街道，并結合農業(yè)水利綜合改革工作，工程管理和維護工作委托由農業(yè)用水合作組織負責，應定期或不定期地對水土保持設施進行檢查、觀測，以便掌握其運行狀態(tài)，并進行日常養(yǎng)護工作，發(fā)現(xiàn)問題及時采取補救措施，消除隱患，維護工程安全和有效運行。

5 結論

長期以來，小流域綜合治理這條技術路線，在防治水土流失實踐中受到了廣泛好評，而小流域綜合治理中采取的模式與技術，對其治理成效有著至關重要的作用。本次鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)石馬小流域綜合治理中選擇的新型堆砌式生態(tài)擋土墻，外表美觀、耐久性較好，施工方便快捷，改善了傳統(tǒng)混凝土擋墻生硬、生態(tài)性不足的缺點，解決了砌石擋墻、石籠擋墻石材難以購買的難題，同時也在同期生態(tài)擋墻結構的基礎上進行了改進，實施后顯著提升了河道的景觀效果，有效改善了當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。新型堆砌式擋土墻在本次小流域綜合治理工程中的成功應用，對類似工程具有一定的借鑒意義。