段青梅，陳小丹

(1.東莞市水務(wù)技術(shù)中心，廣東 東莞 523413；2.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635)

1 概述

傳統(tǒng)水利工程重點是解決河道的防洪排澇問題,河道治理時多將岸線直線化、斷面化，岸坡多采用漿砌或干砌石護坡、現(xiàn)澆混凝土護坡等硬質(zhì)材料護岸[1-2]，硬質(zhì)護岸優(yōu)點是抵御風(fēng)浪沖擊、防止雨水對坡面沖刷能力強，缺點是隔斷了河道坡面內(nèi)在物質(zhì)和能量的交換與流動、隔絕了河道附近水域和陸域生態(tài)系統(tǒng)間的聯(lián)系，喪失了天然河道的自然屬性，水生植物、水生動物不能正常生長而消失[3]，影響了河流的生態(tài)多樣性和功能多樣性[4]。廣東省提出要堅持“防災(zāi)減災(zāi)、岸固河暢、自然生態(tài)、安全經(jīng)濟、長效管護”的治理原則進行中小河流治理，人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)理念在中小河流治理中得到廣泛應(yīng)用，生態(tài)護岸技術(shù)成為堤岸整治工程優(yōu)選治理技術(shù)之一。

2 工程概況

北海仔河位于中堂鎮(zhèn)潢新圍，始于東江北干流的潢涌北閘，至豆豉洲水閘止，全長為10.5 km，流域面積約為25.09 km2，河道上游窄下游寬，河寬為10～70 m 不等，比降為0.15‰；北海仔河橫穿潢新圍北部，有眾多支流從左右岸通過節(jié)制閘與其連通，可排可引，為中堂鎮(zhèn)潢新圍最大排水河涌。

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2017)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)，確定北海仔河設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)，本工程場區(qū)地震動峰值加速度為 0.05g，地震基本烈度為6度。

北海仔河流域整治工程包括干流和支流河涌的治理，主要整治內(nèi)容有堤岸整治、活水補水、內(nèi)源治理、水系連通及景觀提升，北海仔河干流堤岸整治工程是北海仔河流域綜合整治工程項目之一[5]。 北海仔河干流部分河段現(xiàn)狀建有擋墻或房屋沿河邊建設(shè)，部分河段為天然狀態(tài)，岸邊多為農(nóng)田、魚塘、空地，岸頂高程不滿足防洪排澇要求。

3 生態(tài)護岸布置原則

岸線布置遵循以下治理原則：

1) 堤線力求平順，堤段連接平緩，盡量不改變現(xiàn)狀河道走向，不采用折線或急彎，總體流態(tài)盡量順暢。

2) 盡可能利用現(xiàn)有岸墻，減少征地，節(jié)省投資，方便防汛搶險和工程管理。

3) 充分考慮堤岸土地現(xiàn)狀和用地規(guī)劃，平面結(jié)合沿岸的景觀環(huán)境布置，體現(xiàn)人與自然的和諧。

4) 盡量采用生態(tài)岸線，保持河道與地下水的聯(lián)系，為河道生態(tài)修復(fù)創(chuàng)造良好條件。

5) 斷面設(shè)計考慮兼顧洪水期的大流量和常年小流量兩種水流情況[6]。

4 護岸材料及斷面設(shè)計

4.1 護岸材料

生態(tài)護坡技術(shù)歷史悠久，是綜合利用工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科知識對斜坡或邊坡進行支護，是由植物或工程和植物組成的綜合護坡技術(shù)。其優(yōu)點是利用植物截留降雨、蓄積雨水、減少水土流失，提高水體的自凈能力，減輕侵蝕及城市排澇壓力， 為河道生物提供棲息環(huán)境、城鎮(zhèn)河流生態(tài)系統(tǒng)起到凈化、修復(fù)作用的同時，起到護坡、固坡的作用，兼顧了保護與環(huán)境兩方面的作用，是一種既滿足河道護坡，又有利于恢復(fù)河道護坡系統(tǒng)生態(tài)平衡的有效手段，其缺點是對深層滑坡防治方面存在一定的局限[7]。有記載的最早生態(tài)護坡應(yīng)用出現(xiàn)在1591年的中國，20世紀(jì)60年代以后，生態(tài)護坡技術(shù)已推廣到世界多個國家。為預(yù)防坡腳滑動，常在坡腳處采用擋墻形式進行支護，坡面和坡腳采用不同的護岸材料是河道整治中常見的護岸方式。

河道整治中常用的生態(tài)護岸形式有植物護岸、綠化混凝土護岸、格賓石籠擋墻護岸、生態(tài)漿砌石擋墻護岸、多孔預(yù)制混凝土塊體護岸、生態(tài)砌塊(植草式、魚巢式)護岸、松木樁護岸等。

植物護岸技術(shù)是完全依靠植物進行河道岸坡保護的技術(shù)，是利用植物根系錨固加筋的力學(xué)效應(yīng)和莖葉截留降雨、抑制地表徑流的水文效應(yīng)，消浪促淤、減小水土流失、固灘護岸。特點是生態(tài)環(huán)保效果好, 節(jié)省投資，造價低，適宜用于河道較緩、流速較小的堤岸。

綠化混凝土護岸是通過水泥漿體粘結(jié)粗骨料，依靠天然成孔或人工預(yù)留孔洞得到無砂大孔混凝土基體，在孔洞中填充種植土、種子緩釋肥料等，創(chuàng)造適合植物生長的環(huán)境，形成植被的河道護岸技術(shù)。綠化混凝土設(shè)計強度等級應(yīng)不低于C5，孔隙率不小于 25%、護岸厚度為100～150 mm。抗沖刷能力較強，適用于水流速度較快、堤岸較陡、防沖要求較高的河道堤岸。綠化混凝土示意見圖1。

圖1 綠化混凝土示意

格賓石籠擋墻護岸是由高強度、高防腐的鋼絲編織成網(wǎng)片，再組合成網(wǎng)箱，在網(wǎng)箱內(nèi)填充滿足設(shè)計要求粒徑的塊體材料[8]，表面覆土綠化或植物插條而成的新型生態(tài)護岸技術(shù)。格賓石籠護岸以塊石、卵石或廢棄混凝土塊作為主要填充材料，在塊石和卵石料源豐富的地區(qū)更適用。適用于水流速度較高、沖蝕較嚴(yán)重的河道護岸工程，高度不宜高于2 m。缺點是石籠填充材料要求較高且復(fù)綠較慢，日常石籠網(wǎng)絲易掛垃圾[9]，石籠受損后較難修復(fù)，當(dāng)表層金屬網(wǎng)破損后，就成為一堆塊石散體[10]。

生態(tài)漿砌石擋墻護岸是一種臨河表面干砌內(nèi)部漿砌塊(卵)石，依靠砌筑的塊(卵) 石交錯咬合的摩檫力和內(nèi)部砂漿的粘結(jié)作用保持整體穩(wěn)定性、抵抗水土壓力的新型生態(tài)護岸技術(shù)。既具有傳統(tǒng)漿砌石抗沖耐磨、整體穩(wěn)固的護岸能力，又外觀自然，存在連通孔洞，可為水生生物提供棲息、繁衍的場所，生態(tài)適應(yīng)性強等優(yōu)點，但施工難度較大、質(zhì)量控制和檢測較難[11]，造價較高。生態(tài)漿砌石砌筑砂漿強度等級應(yīng)不小于 M7.5，石料應(yīng)大面朝下，采用座漿法分層臥砌，上下錯縫，內(nèi)外搭砌，穩(wěn)定牢固，嚴(yán)禁出現(xiàn)通縫、疊砌和浮塞。

多孔預(yù)制混凝土塊體護岸是一種采用混凝土預(yù)制塊體干砌，依靠塊體之間相互的嵌入自鎖或自重咬合等方式形成多孔洞的整體性結(jié)構(gòu)，孔洞中可填土種植或自然生長形成植被的新型生態(tài)護岸技術(shù)。多孔預(yù)制混凝土塊體設(shè)計強度等級應(yīng)不小于C20。適用于水流速度較大、抗沖要求較高、生態(tài)和景觀要求較高的河道。多孔預(yù)制混凝土塊體示意見圖2。

圖2 多孔預(yù)制混凝土塊體示意

生態(tài)砌塊(植草式、魚巢式)是一種采用混凝土預(yù)制塊體干砌，塊體之間相互嵌入形成自鎖，依靠墻體重力保持穩(wěn)定，墻體與墻后填土之間設(shè)置土工格柵提高墻體的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)預(yù)留孔洞，孔洞中種植或自然生長形成綠化植被的新型生態(tài)護岸技術(shù)。生態(tài)砌塊(植草式、魚巢式)為柔性護岸，適應(yīng)地基變形能力較好，便于植物生長，外觀自然，生態(tài)和視覺效果較好，采用裝配式施工，速度是傳統(tǒng)方式的幾倍[12-13]。較傳統(tǒng)混凝土擋墻，可在直墻條件下，實現(xiàn)水土交換及植被生長，自嵌式預(yù)制混凝土塊體設(shè)計強度等級應(yīng)不小于C20，墻后應(yīng)設(shè)置土工布反濾。適用于生態(tài)和景觀要求較高、水流速度較小的河道，造價較高。

松木樁護岸是采用松木制作的木樁加固河岸水下地基，主要依靠樁體的支撐作用和樁間土的擠密作用提高地基承載力，屬于復(fù)合地基，適應(yīng)地基變形能力好，取材容易，造價較低，施工簡便，不宜用于水體具有較強腐蝕性的河道。由于大量采伐松木會造成生態(tài)破壞，目前已不建議使用。

4.2 斷面設(shè)計

北海仔河干流長約10 km，河道現(xiàn)狀兩岸建設(shè)情況有所不同，因此，左右岸和不同河段護岸形式布置上有所變化。

工況1：現(xiàn)狀已建漿砌石擋墻護岸，墻頂高程未達標(biāo)。

斷面形式1：在現(xiàn)狀未達標(biāo)漿砌石擋墻頂增設(shè)防浪墻兼做花槽，此類護岸總長為4 767 m，標(biāo)準(zhǔn)斷面示意見圖3(85高程)，花槽示意見圖4。

圖3 斷面形式1標(biāo)準(zhǔn)斷面示意(尺寸:mm，高程:m)

圖4 花槽示意(單位：mm)

工況2：現(xiàn)狀無護岸且場地較為開闊，具備開挖條件。

斷面形式2：單側(cè)或雙側(cè)堤腳采用魚巢式砌塊，生態(tài)擋墻到常水位，常水位以上至堤頂采用1:2 植草護坡，不設(shè)花槽和護欄。墻腳采用C25 砼基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂高程為-0.7 m，上砌筑魚巢式砌塊至常水位高程為1.10 m，墻頂設(shè)1 m 寬平臺，填土厚200 mm 種植水生植物，墻背每隔480 mm 高度鋪設(shè)土工格柵加強筋，堤頂設(shè)混凝土防浪墻高0.5 m，基礎(chǔ)采用Φ600 水泥攪拌樁或高壓旋噴樁，此類護岸長為8 220 m。標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖5所示，護岸實景見圖6；北海仔河左岸護岸現(xiàn)狀情況及設(shè)計斷面形式見表1，北海仔河右岸現(xiàn)狀護岸及設(shè)計斷面形式見表2。

圖5 斷面形式2標(biāo)準(zhǔn)斷面示意(尺寸：mm，高程:m)

圖6 整治前后護岸實景示意

表1 北海仔河左岸護岸現(xiàn)狀情況及設(shè)計斷面形式

表2 北海仔河右岸現(xiàn)狀護岸及設(shè)計斷面形式

5 護岸設(shè)計計算

5.1 基礎(chǔ)處理方案

工程區(qū)主要分布第三系(N)及第四系(Q)地層，出露主要地層有第四系人工填土層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)沖積層Q4al)及第三系上統(tǒng)砂巖。根據(jù)地質(zhì)勘查資料堤基土上部主要由填土、淤泥、淤泥質(zhì)粉砂及粉細砂組成，抗滑移及抗沖刷能力均較弱，結(jié)合不同地段現(xiàn)場查勘情況，北海仔河生態(tài)護岸基礎(chǔ)采用Φ600水泥攪拌樁和Φ600高壓旋噴樁兩種地基處理方案。

5.2 計算工況及方法

正常運用情況的計算工況選取最不利的水位降落工況：臨水側(cè)水位從設(shè)計高水位降落至常水位；非正常運用情況的計算工況選取最不利的施工工況：施工期臨水側(cè)無水，背水側(cè)常水位。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》的要求，岸坡穩(wěn)定采用簡化畢肖普法，正常運用條件下，土堤堤坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)不小于1.25；非常運用條件1下，土堤堤坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)不小于1.15。

5.3 計算結(jié)果

本工程新建堤防經(jīng)水泥攪拌樁或高噴樁加固處理后，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求(見表3)。

表3 各典型斷面不同工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果

6 結(jié)語

北海仔河干流綜合整治工程于2020年3月開工建設(shè)，各項整治工程預(yù)計2021年6月底完工。其中堤岸整治工程結(jié)合北海仔河兩岸功能要求和地形地質(zhì)條件，采用了生態(tài)護岸技術(shù)既滿足了堤岸穩(wěn)定、達到防洪要求，又兼具了生態(tài)理念和景觀營造，利于水土交換及植物生長，一定程度上改善了河道水環(huán)境和景觀，為其他整治工程打造人與自然和諧相處、落實生態(tài)文明和可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)河道提供了示范。