袁以美, 葉合欣, 陳建生, 林健成

(1.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510635；2.廣東省水利水電技術(shù)中心，廣東 廣州 510635；3.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；4.深圳市廣匯源環(huán)境水務(wù)有限公司惠州分公司，廣東 惠州 516000)

生態(tài)文明建設(shè)是關(guān)系中華民族永續(xù)發(fā)展的根本大計(jì)，生態(tài)興則文明興，生態(tài)衰則文明衰。水利工程對(duì)保障社會(huì)安全、促進(jìn)社會(huì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展發(fā)揮了重大的作用，同時(shí)也改變了自然水文特征和地貌特征，導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，對(duì)河流、湖泊等自然生態(tài)系統(tǒng)造成了影響。仰斜式擋墻屬于重力式擋墻的一種，在水利工程河道治理、公路邊坡處理中應(yīng)用較多。對(duì)巖質(zhì)邊坡和挖方形成的土質(zhì)邊坡宜優(yōu)先采用仰斜式擋墻，高度較大的土質(zhì)邊坡宜采用衡重式或仰斜式擋墻[1]。國(guó)內(nèi)研究者多在擋墻受力計(jì)算方法[2-5]、穩(wěn)定性[6-10]及應(yīng)用[11-16]上關(guān)注較多。仰斜式擋墻多為漿砌石或混凝土材料，臨水側(cè)光滑、陡立、僵硬、單調(diào)，缺乏生態(tài)特性，若大規(guī)模使用，則與堅(jiān)持人與自然和諧共生、踐行綠水青山就是金山銀山的理念不相協(xié)調(diào)。但仰斜式擋墻具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[17]，如墻背所受的土壓力較小，墻背與開(kāi)挖面邊坡較貼合，因而開(kāi)挖量和回填量均較小。

如何將仰斜式擋墻進(jìn)行生態(tài)改造，在不明顯增加工程造價(jià)的前提下，賦予其生態(tài)功能，對(duì)滿足人民日益增長(zhǎng)的優(yōu)美生態(tài)水環(huán)境需要，全面構(gòu)建具有嶺南特色的平安綠色生態(tài)水系具有重要的意義。本文提出一種仰斜式擋墻植生修復(fù)方法，應(yīng)用于廣東省中小河流治理工程中，并與植生前的仰斜式擋墻進(jìn)行造價(jià)對(duì)比分析。

1 仰斜式擋墻植生修復(fù)方法

充分利用仰斜式擋墻臨水側(cè)的仰斜面，在臨水側(cè)設(shè)置數(shù)排生態(tài)種植槽，在槽內(nèi)充填種植土，然后根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、氣象、水文、設(shè)計(jì)水位、常水位條件及景觀要求，選擇適宜的景觀植物[18]。生態(tài)種植槽可在臨水側(cè)形成全覆蓋的生態(tài)美景，為動(dòng)物提供棲息空間，還能有助于不幸落水者攀爬自救[19]。對(duì)于漿砌石仰斜式擋墻，生態(tài)種植槽可與擋墻同步砌筑。對(duì)于混凝土仰斜式擋墻，生態(tài)種植槽可與擋墻同步砌筑，也可先澆筑臺(tái)階狀擋墻，然后在臺(tái)階上漿砌磚成槽。當(dāng)混凝土生態(tài)種植槽與擋墻混凝土一起澆筑時(shí)，槽壁厚可按式(1)計(jì)算[20]。

(1)

式中d——生態(tài)種植槽壁厚；k——繞流系數(shù)，0.7～1.0，一般取1.0；γw——水的容重；v——靠近擋墻生態(tài)種植槽壁處的水流斷面平均流速，可按壓縮斷面的平均流速考慮，也可近似取生態(tài)種植槽河道水流的平均流速；θ——水流沖擊方向與擋墻生態(tài)種植槽的夾角；[σ]——混凝土材料允許拉應(yīng)力；g——重力加速度；H0——生態(tài)種植槽壁高度。

為抵抗水流沖刷、降低施工成本，混凝土生態(tài)種植槽壁厚d不宜小于10 cm且不宜大于15 cm。漿砌磚生態(tài)種植槽壁厚不宜小于12 cm且不宜大于20 cm，漿砌石生態(tài)種植槽壁厚不宜小于30 cm且不宜大于40 cm。生態(tài)種植槽壁高度H0可取40～50 cm，相鄰上下兩排槽距可取60～100 cm，這一高差有助于不幸落水者攀爬上岸。對(duì)于干旱少雨或景觀要求高的地方，需要后期維護(hù)，可在槽內(nèi)設(shè)置帶墑情監(jiān)測(cè)的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，以保證槽內(nèi)植物正常生長(zhǎng)[21]。受水流的沖刷，種植槽內(nèi)部分土及養(yǎng)分會(huì)被帶走，但水流同時(shí)也帶來(lái)泥土及養(yǎng)分。由于種植槽被植物覆蓋，這種交換相對(duì)比較弱，也可采取鋪塑料膜的方式予以減輕。經(jīng)過(guò)上述植生改造，在仰斜式擋墻臨水側(cè)可達(dá)到植被全覆蓋的生態(tài)效果。

2 工程實(shí)例

2.1 基本情況

某中小河流域處于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，總面積 116 km2，河長(zhǎng)22 km，河床坡降3.1‰，多年平均降雨量 1 778 mm，汛期雨量集中，并常受臺(tái)風(fēng)侵襲，易發(fā)生山洪災(zāi)害。現(xiàn)狀兩岸擋墻多布置于河道比降大、水流較急河段，擋墻地基多為砂卵石層。2018年8月，受臺(tái)風(fēng)暴雨襲擊，河道右岸現(xiàn)狀漿砌石擋墻長(zhǎng)36 m被山洪沖毀(圖1)。

圖1 被山洪沖毀的漿砌石擋墻

2.2 方案設(shè)計(jì)及調(diào)整

擋墻頂邊距離房屋距離約 3～5 m，為保證岸墻施工安全，并更好地銜接現(xiàn)狀擋墻上下游，同時(shí)考慮到該段河流比降大，水流較急，原漿砌石擋墻的抗沖性較差，擬按仰斜式 C20混凝土擋墻恢復(fù)(圖2a)。該段擋墻岸頂有景觀人行綠道，且在人行密集區(qū)，主管部門技術(shù)審查時(shí)要求將擋墻生態(tài)化。為此，調(diào)整設(shè)計(jì)，在仰斜式擋墻臨水側(cè)各級(jí)臺(tái)階處結(jié)合景觀要求設(shè)置生態(tài)種植槽，并回填種植土、種植綠化，以增加擋墻生態(tài)性，同時(shí)，有助于不幸落水者沿種植槽攀爬上岸(圖2b)。

圖2b中，植生型仰斜式擋墻高7.36 m，設(shè)5排生態(tài)種植槽，相鄰槽距100 cm。根據(jù)式(1)計(jì)算槽壁最小厚度8.9 cm，為方便施工，取壁厚15.0 cm。根據(jù)植物生長(zhǎng)需要，設(shè)置槽高40.0 cm，槽底寬80.0～160.0 cm，槽底每2.0 m設(shè)直徑50.0 mm排水管，槽內(nèi)回填種植土厚30.0 cm，以種植景觀植物。

a) 修復(fù)前

b) 修復(fù)后圖2 仰斜式擋墻植生修復(fù)前后對(duì)比

經(jīng)計(jì)算，植生型仰斜式擋墻完建工況下抗滑安全系數(shù)為5.865，正常運(yùn)行工況下抗滑安全系數(shù)為5.613，滿足規(guī)范要求的1.2；完建工況下抗傾安全系數(shù)為20.092，正常運(yùn)行工況下抗傾安全系數(shù)為17.602，滿足規(guī)范要求的1.4?；讘?yīng)力最大值為148.34 kPa，小于地基承截力允許值240.00 kPa，滿足規(guī)范要求。

2.3 造價(jià)對(duì)比分析

根據(jù)圖2，仰斜式擋墻植生前后工程量及造價(jià)結(jié)果列于表1中。從表1可知，這段擋墻植生修復(fù)后造價(jià)增加了86 640.00元，增加比例為5.20%。增加的項(xiàng)目及數(shù)量為：混凝土75.6 m3，鋼模板147.56 m2，聚乙烯閉孔泡沫板8.4 m2，回填種植土32.74 m3，生態(tài)種植槽綠化179.17 m2，槽內(nèi)φ50UPVC排水管308.97 m。其中，造價(jià)增加最大的項(xiàng)目是擋墻混凝土，占造價(jià)總增量的72.93%。因此，混凝土量是優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要方向。對(duì)比圖2中的兩圖，圖2b中擋墻混凝土厚度可適當(dāng)減少。若大致減少到圖2a中的厚度，則混凝土增量可大大減少。經(jīng)設(shè)計(jì)對(duì)比，此時(shí)混凝土量?jī)H增加15.8 m3，造價(jià)總增量為36 657.96元，增加比例為2.20%。

可見(jiàn)，經(jīng)優(yōu)化后的植生仰斜式擋墻造價(jià)增加幅度較小，且施工難度相當(dāng)，是可接受的，而換來(lái)的生態(tài)效果卻很明顯。

3 結(jié)論

仰斜式擋墻適用較廣，但臨水側(cè)光滑、陡立，顯得僵硬而單調(diào)，缺少生態(tài)特性。充分利用其外側(cè)仰斜的墻面，在臨水側(cè)設(shè)置數(shù)排生態(tài)種植槽，在槽內(nèi)充填種植土進(jìn)行景觀綠化，可在臨水側(cè)形成生態(tài)美景，還可為動(dòng)物生長(zhǎng)提供棲息空間，而其工程造價(jià)僅增加甚微。槽內(nèi)景觀植物增加了河道糙率，可延緩支流洪水匯入主流的時(shí)間，減輕下游防洪壓力。此外，有助于不幸落水者沿種植槽攀爬上岸，充分體現(xiàn)以人為本、人水和諧的理念。