顧詩軒,王 燦
(1.河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院,江蘇 南京 210098;2.江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司,江蘇 揚州 225000)
在注重人與自然和諧相處的今天,人們對水生態(tài)環(huán)境的需求日益提高,水利工程在具有防洪、排澇、蓄水等基本功能的基礎(chǔ)上,還兼具景觀、生態(tài)功能,因此護岸也由過去觀賞性差、生態(tài)性差的單一形式,逐步演化出多樣、復(fù)合、生態(tài)的樣式。為了達到這一目標(biāo),近年來各地不斷推陳出新,研究設(shè)計出各種不同結(jié)構(gòu)形式的護坡、護岸,如生態(tài)擋墻、生態(tài)護坡等結(jié)構(gòu)。仿木樁護坡有良好的生態(tài)、景觀效果,在河湖生態(tài)修復(fù)工程中的運用也越來越多。
常規(guī)仿木結(jié)構(gòu)護岸一般有密排仿木樁護岸、一體式仿木樁護岸等形式。
密排仿木樁護岸是指通過仿木樁緊密排列來支承土體、防止岸坡土體變形、失穩(wěn)及水土流失的護岸結(jié)構(gòu)形式,密排仿木樁是替代傳統(tǒng)真木樁的理想材料,具有仿真度高、不易燃、不易腐、不變形、不凍裂等特點,與真木制品有同樣的觀感和親和力,施工安裝方便、快捷,尤其適用在河道沿岸有建筑物、樹木等環(huán)境條件不具備放坡大開挖條件的情形。實踐發(fā)現(xiàn),該護岸結(jié)構(gòu)存在的主要問題是:一是樁與樁之間接觸面較小,難以兩個樁之間緊密在一起,容易出現(xiàn)空隙;二是樁后土工布易腐爛,腐爛后樁后土體會隨著水體流人河等問題;另外,也很難控制每根樁頂處于同一設(shè)計高程,影響美觀。
一體式仿木樁是在傳統(tǒng)密排仿木樁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將單個樁體之間通過鎖扣止水緊密連接的一種新型生態(tài)仿木樁結(jié)構(gòu)形式,其斷面形式如圖1。較密排仿木樁護岸相比,具有更好的整體穩(wěn)定性,止水擋土效果更好,耐久性更好;同時樁體采用蜂窩結(jié)構(gòu),在增強樁體強度基礎(chǔ)上樁身重量更輕,便于小型化機械施工,施工質(zhì)量更易控制。主要應(yīng)用在邊坡的生態(tài)治理、護岸工程、港口碼頭、市政管道工程、城市基坑支護等工程領(lǐng)域。
圖1 一體式仿木樁截面形式(單位:m)
洪澤湖是我國第四大淡水湖,是國家南水北調(diào)東線工程重要調(diào)蓄湖泊和江蘇省蘇北地區(qū)重要水源,兼具防洪、水資源調(diào)蓄、生物多樣性保護、提供物種棲息地、水質(zhì)凈化、物質(zhì)生產(chǎn)、航運和景觀娛樂等功能,同時還是淮河流域重要的生態(tài)濕地,是鳥類繁殖、棲息遷徙、越冬的重要棲息地,具有重要的生態(tài)價值與資源優(yōu)勢。近年來,為貫徹落實《江蘇省洪澤湖保護規(guī)劃》[1]要求,提高湖泊調(diào)蓄洪水能力,江蘇省水利廳正逐步推進洪澤湖退圩環(huán)湖工程。2019年江蘇省人民政府辦公廳《關(guān)于加強洪澤湖生態(tài)保護和科學(xué)利用的實施意見》[2]提出,結(jié)合退圩還湖工程合理選址,實施聚泥(沙)成島工程,逐步增加生物多樣性和保護生物棲息地,穩(wěn)妥開展基底修復(fù)與改造,使湖泊生態(tài)系統(tǒng)進入良性循環(huán),實現(xiàn)洪澤湖自然生態(tài)與經(jīng)濟、社會的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。
在此背景下,泗陽縣結(jié)合退圩還湖多余的棄土,在洪澤湖非一級生態(tài)紅線范圍內(nèi)合理選址建造“鷺居島”,不僅解決了棄土去留問題,還為湖區(qū)生態(tài)棲息地營造、生態(tài)修復(fù)、景觀建設(shè)提供了必要的基礎(chǔ)條件[3]。
工程位于泗陽縣盧集鎮(zhèn)新莊嘴以南約240 m的洪澤湖內(nèi),呈橢圓形狀,設(shè)計范圍長約360 m,寬約140 m,面積約為5.33 hm2,采用了一體式仿木樁對島壁進行防護,主要建設(shè)內(nèi)容有生態(tài)護岸建設(shè)、地形塑造、陸生和水生植物種植等,工程總平面見圖2。
圖2 洪澤湖聚泥成島生態(tài)修復(fù)工程總平面
2.2.1 水位變化幅度較大
泗陽縣盧集鎮(zhèn)桂嘴西岸土質(zhì)主要為粉質(zhì)壤土、砂壤土,抗沖刷能力差,生態(tài)穩(wěn)定性較差。洪澤湖水位常年變化幅度較大,汛期汛限水位12.5 m,非汛期蓄水位13.5 m,變化幅度可達2 m。故在筑島方案設(shè)計時應(yīng)充分考慮水流和風(fēng)場的影響,避免產(chǎn)生土坡沖刷、流失甚至邊坡失穩(wěn)、崩岸、滑坡等不利情況。
2.2.2 注重鷺鳥棲息地營造
島嶼沿線的水岸是鷺鳥覓食和活動的主要場所,因此護岸設(shè)計時應(yīng)充分注重濱水駁岸與濱水微地形的處理,如護岸坡度應(yīng)盡量平緩、合理規(guī)劃鷺鳥活動空間、營造部分水深控制在0.3 m以下的淺灘等,同時還要綜合考慮成島效果、波浪防護、沖淤形態(tài)、景觀生態(tài)、工程造價及水上施工作業(yè)的要求。
2.2.3 注重生態(tài)協(xié)調(diào)
洪澤湖具有重要的生態(tài)區(qū)位價值,筑島的形態(tài)、護坡形式、施工工藝等應(yīng)盡量與環(huán)境協(xié)調(diào)、滿足環(huán)境修復(fù)和島內(nèi)生態(tài)的要求,不能影響湖區(qū)生態(tài)。
傳統(tǒng)密排式仿木樁樁身之間不設(shè)水平拉結(jié)(圖3),單個樁體獨立承受土壓力,呈現(xiàn)處下端嵌固,上端懸臂的結(jié)構(gòu)形式,容易產(chǎn)生變形、失穩(wěn)、滑移等不利現(xiàn)象,并且隨著選用樁長的加長這種不利影響更加突出。而一體式仿木樁在傳統(tǒng)密排式仿木樁基礎(chǔ)上增設(shè)樁身拉結(jié)(圖4),在水平土壓力的作用下,各獨立樁體之間通過鎖扣緊密拉結(jié),形成空間結(jié)構(gòu),共同抵抗土壓力,類似于在島體周圍形成一個大大的環(huán)箍套筒,具有明顯的空間穩(wěn)定性,更加適用于生態(tài)筑島這種圓形閉合的場所[4]。
圖3 傳統(tǒng)密排仿木樁受力示意圖
圖4 一體式仿木樁空間受力特性
泗陽縣洪澤聚泥成島工程選用一體成型式仿木樁,設(shè)計護岸坡比采用1∶5,采用多級梯階形式,坡頂高程為16.00 m,湖底高程為11.30 m,防護范圍13.0~14.5 m。樁體拉伸強度不小于22 MPa、彎曲強度不小于40 MPa、剪切強度不小于20 MPa、彎曲模量不小于2750 MPa,樁長1.5 m(2.0 m),樁身入土深度不小于1.35 m(1.85 m)。沿島壁共設(shè)4排一體成型式仿木樁,在土體作用下樁身之間緊密拉結(jié),形成4個環(huán)箍套筒,更有利于島體的整體穩(wěn)定[5]。
小島所在排泥場現(xiàn)狀地面高程12~13.5 m,設(shè)計頂高程14.5 m或16.0 m,堆高2.5~4.5 m,堆土區(qū)上部多為粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)黏土層,土質(zhì)不均勻,下臥層為粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)壤土,中壓縮性,力學(xué)強度高。
計算借助河海結(jié)構(gòu)軟件autobank7,圓弧滑動穩(wěn)定計算采用瑞典條分法。具體計算中又分2種運行工況,分別為:A類正常運行期,此時要考慮有效應(yīng)力和滲流;B 類水位降落期,此時要考慮有效應(yīng)力、超孔隙壓力、降前滲流和降后滲流。計算取設(shè)計死水位11.30 m,設(shè)計蓄水位13.50 m、設(shè)計洪水位16.0 m、校核洪水位17.0 m。經(jīng)計算,鷺居島邊坡整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.32,邊坡整體穩(wěn)定。
施工質(zhì)量控制方面,由于現(xiàn)有的《水利工程施工質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》沒有對仿木樁施工的質(zhì)量檢驗作出明確的評定標(biāo)準(zhǔn)和詳細的技術(shù)規(guī)范,在實際施工中可參考沉人樁的質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn),垂直縱軸線方向,樁中心偏差不得超過15 mm;壓樁(或打樁)以樁端設(shè)計標(biāo)高控制,樁頂標(biāo)高偏差不得超過40 mm;在施工期間,利用全站儀對坐標(biāo)和高程展開雙向控制,可以有效保證防護樁的施工精度以及工程項目整體施工質(zhì)量[6]。
一體式仿木樁護岸在洪澤湖聚泥成島生態(tài)修復(fù)工程的成功運用為江蘇省生態(tài)河湖建設(shè)提供了良好的示范和借鑒。工程的實際應(yīng)用證明仿木樁樁體排列緊密,護岸外觀美觀,不僅可以保證施工質(zhì)量,還可使河湖生態(tài)系統(tǒng)進入良性循環(huán),實現(xiàn)河湖自然生態(tài)與經(jīng)濟、社會的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展,達到了預(yù)期效果,得到了參建各方的好評,可以在今后的河道整治、護岸加固及河湖生態(tài)修復(fù)工程中廣泛推廣。