楊 坤

(廣東珠榮工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610)

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人民群眾對(duì)生態(tài)環(huán)境的需求越來越高，而河流水系作為生態(tài)環(huán)境的重要載體，水環(huán)境的好壞成為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量極為關(guān)鍵的一環(huán)。近年來，國(guó)家及各級(jí)地方政府出臺(tái)了一系列中小河流治理規(guī)劃或?qū)嵤┓桨?，積極踐行綠水青山就是金山銀山的理念，對(duì)中小河流開展了如火如荼的生態(tài)治理[1-3]。

中小河流治理工程應(yīng)按照防洪減災(zāi)、生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展、因河施策的治理思路[4]，在滿足防洪安全的前提下，尊重河流自然屬性，科學(xué)確定治理模式，維護(hù)河流健康生命，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先的原則，盡量采用天然緩坡、生態(tài)護(hù)坡，既保證人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，又使治理生態(tài)可持續(xù)，守護(hù)我們的綠水青山。然而，對(duì)于河道狹窄、保護(hù)對(duì)象重要、受地形條件或已建建筑物限制的河岸，則宜采用墻式護(hù)岸[5-6]。

傳統(tǒng)河道治理中常用的墻式護(hù)岸包括重力式、懸臂式、扶壁式擋墻等，施工場(chǎng)地寬裕、擋土高度大的河岸也常采用排樁式擋墻，但上述擋墻均較為生硬，生態(tài)性較差。近年來，隨著預(yù)制品市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，加筋土式生態(tài)砌塊擋墻護(hù)岸在河道治理中也日益普遍，有一定的生態(tài)效果及景觀提升效果。而工程建設(shè)中常見的土釘墻，技術(shù)極為成熟，但主要用于基坑支護(hù)或邊坡防護(hù)，用于河道護(hù)岸治理時(shí)比較少見。本文結(jié)合前人關(guān)于土釘墻以及生態(tài)砌塊在水利工程中的研究與應(yīng)用，以工程實(shí)例介紹土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面護(hù)岸在中小河道治理項(xiàng)目中的應(yīng)用。

2 常見擋墻類型、適用范圍及其優(yōu)缺點(diǎn)

縱觀眾多的中小河流治理項(xiàng)目，或多或少都存在一些河道狹窄、保護(hù)對(duì)象重要、受地形條件或已建建筑物限制的河岸，因而，對(duì)于此類河段的治理方案往往成為中小河流治理項(xiàng)目必須克服的關(guān)鍵點(diǎn)，有時(shí)甚至影響整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果的成敗。水利工程中常見的擋墻類型、特點(diǎn)及其適用范圍見表1。

表1 水利工程常見擋墻類型、特點(diǎn)及適用范圍[4]

以上常見擋墻類型中，地下連續(xù)墻、水泥土墻一般用于基坑開挖支護(hù)，錨桿式、土釘墻既可用于基坑開挖支護(hù)也可用于邊坡防護(hù)，錨定板式、加筋土式一般用于填方工程擋墻，其余均為傳統(tǒng)河道治理項(xiàng)目中常用的擋墻類型。以上擋墻類型用于河道治理時(shí)，除錨桿式、排樁式及土釘墻3種土方挖填量較少外，其余均涉及大量的土方挖填，極易造成水土流失。此外，除加筋土式擋墻的墻面板可根據(jù)需要采用各種預(yù)制生態(tài)砌塊，有一定的生態(tài)效果及景觀提升效果外，其余擋墻類型均較為生硬，生態(tài)性較差，不大符合當(dāng)下中小河流治理理念。為此，可針對(duì)上述擋墻類型各自特點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以獲得更好的工程效益。

3 土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面護(hù)岸工程實(shí)例

3.1 河道現(xiàn)狀情況及墻式護(hù)岸方案比選

某河道治理項(xiàng)目，現(xiàn)狀岸坡基本為土質(zhì)岸坡，岸坡高度約為5～8 m。其中部分河段受洪水沖刷影響，岸坡垮塌嚴(yán)重，殘存岸坡幾近直立，邊坡坡度約為1：0.3～1：0.5；岸上或?yàn)楦兀蚺R近村落、交通要道等，不一而足。

對(duì)于此類河段的治理，不宜采用放緩坡的方式進(jìn)行治理。一是放緩坡將涉及大量永久性征地，而征地和青苗補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)普遍較低，可能無法滿足相關(guān)組織或群眾的要求，可能會(huì)有一定的抵觸情緒，給工程建設(shè)和社會(huì)穩(wěn)定帶來不良影響；根據(jù)近年來中小河流治理情況來看，因征地拆遷影響工程進(jìn)度和社會(huì)和諧的案例屢見不鮮。二是出于耕地紅線的考慮，改革開放后特別是21世紀(jì)以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展日新月異，大量的國(guó)家及各級(jí)地方政府基建占地、房地產(chǎn)開發(fā)、農(nóng)村建房占地等，致使我國(guó)耕地面積逐漸減少；2013年12月23—24日在北京舉行的中央農(nóng)村工作會(huì)議，提出要確保糧食安全，堅(jiān)守18億畝耕地紅線；對(duì)于河道沿岸耕地紅線的堅(jiān)守變得尤為重要。因此，對(duì)此類河段可采用墻式護(hù)岸，以減少永久占地。

本次墻式護(hù)岸采用重力式埋石砼擋墻、加筋生態(tài)砌塊擋墻、排樁擋墻及土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面擋墻四種方案進(jìn)行比選，各方案標(biāo)準(zhǔn)斷面示意(以河床以上凈高5m為例)見圖1～4，對(duì)比情況見表2。

圖1 重力式埋石砼擋墻標(biāo)準(zhǔn)斷面示意

圖2 加筋生態(tài)砌塊擋墻標(biāo)準(zhǔn)斷面示意

圖3 預(yù)制板樁擋墻標(biāo)準(zhǔn)斷面示意

圖4 土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面擋墻標(biāo)準(zhǔn)斷面示意

表2 墻式護(hù)岸比選

經(jīng)比選，從經(jīng)濟(jì)性、施工便利性、生態(tài)性以及水土保持和環(huán)境保護(hù)等方面綜合考慮，筆者推薦該河道此類河段治理采用土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面的墻式護(hù)岸。

3.2 土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面墻式護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[7-11]

土釘墻是一種土體加筋技術(shù)，以密集排列的加筋體作為土體補(bǔ)強(qiáng)手段，提高土體的強(qiáng)度與自穩(wěn)能力；當(dāng)土體發(fā)生一定變形后，土釘隨著變形而提供抗力。工程中常見的土釘墻，主要用于邊坡防護(hù)及基坑支護(hù)，其面板為噴射混凝土鋼筋網(wǎng)面板，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20，厚度不宜小于80 mm，土釘長(zhǎng)度為臨空面高度的0.5～1.2倍，土釘間距為1～2 m，土釘與水平面的夾角宜為5°～20°，土釘鋼筋直徑為16～32 mm，鉆孔直徑為70～120 mm，注漿材料為水泥漿或水泥砂漿，其強(qiáng)度等級(jí)不宜低于M20。

傳統(tǒng)土釘墻面板結(jié)構(gòu)多為鋼筋砼，生態(tài)性較差，用于河道治理時(shí)，不符合當(dāng)下中小河流治理理念，本次設(shè)計(jì)擬對(duì)其改良，將面板結(jié)構(gòu)更改為預(yù)制榮勛生態(tài)砌塊。榮勛生態(tài)砌塊具有獨(dú)特的自擋土、生態(tài)、溢排水、自定位、自卡鎖等技術(shù)特征，可用于沒有開挖或不宜開挖條件的工況時(shí)，可以采用土釘結(jié)構(gòu)的方式施建生態(tài)護(hù)面墻。施工時(shí)在墻背回填少量亞粘土即可綠化，實(shí)現(xiàn)固土、美化環(huán)境雙重功效。

本次設(shè)計(jì)土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面擋墻結(jié)構(gòu)如下：擋墻坡度為1：0.5，擋墻高度為5.0～8.0 m；墻身榮勛砌塊型號(hào)為RXP-280-10，錯(cuò)縫搭砌，生態(tài)植生孔寬度為0.11 m，種植草本或藤本植物綠化墻面；擋墻基礎(chǔ)為C20素砼結(jié)構(gòu)，其埋深根據(jù)沖刷計(jì)算結(jié)果按不小于1.0 m控制；土釘采用HRB400鋼筋(頂層及底層直徑為25 mm，中部直徑為18 mm)，入射角為15°，單根長(zhǎng)度為5.1～8.1 m，橫向間距為2.04 m(間隔4塊)，豎向間距為1.05 m(間隔7塊)，土釘伸入預(yù)留生態(tài)孔采用C20砼封閉，每一橫排土釘在砌塊后與2根直徑14 mm的HRB400縱向鋼筋焊接，增強(qiáng)整體性，縱向鋼筋采用C20砼連系梁包裹，斷面尺寸為0.2 m×0.2 m；砌塊背面與邊坡之間回填亞粘土，為草本或藤本植物提供生長(zhǎng)空間；墻頂設(shè)C20砼壓頂，斷面尺寸為0.5 m×0.2 m，并安裝護(hù)欄(見圖5～6)。

圖5 土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面墻式護(hù)岸標(biāo)準(zhǔn)斷面示意

圖6 土釘端頭處理方案大樣示意

3.3 工程前后邊坡穩(wěn)定計(jì)算[1-3][12-14]

1) 計(jì)算方法

依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)9.2.4條及《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GB 50739—2011)5.3.2條，工程實(shí)施前現(xiàn)狀邊坡及實(shí)施后土釘墻整體穩(wěn)定性分析可采用簡(jiǎn)化圓弧滑移面條分法，根據(jù)各計(jì)算工況不同，分別采用理正巖土計(jì)算軟件6.5PB2版的邊坡穩(wěn)定分析及超級(jí)土釘設(shè)計(jì)程序進(jìn)行驗(yàn)算。

2) 荷載組合及計(jì)算工況

土釘墻穩(wěn)定計(jì)算的主要荷載有自重、土壓力、水壓力、破裂體范圍內(nèi)的車輛、人群等附加荷載，等等。

根據(jù)《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 379—2007)5.1.2條的規(guī)定和該工程實(shí)際情況，選擇某最不利斷面按以下工況進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，具體計(jì)算工況見表3所示。

表3 土釘擋墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算工況

3) 計(jì)算簡(jiǎn)圖

根據(jù)土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面護(hù)岸分布范圍、地形地貌及地質(zhì)勘察成果，選擇某最不利斷面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算(如圖7所示)。

圖7 計(jì)算示意(單位：高程 m，尺寸 mm)

4) 計(jì)算成果及對(duì)比分析

工程實(shí)施前現(xiàn)狀邊坡及實(shí)施后土釘墻整體穩(wěn)定計(jì)算分別采用理正巖土計(jì)算軟件6.5PB2版的邊坡穩(wěn)定分析及超級(jí)土釘設(shè)計(jì)程序進(jìn)行計(jì)算(成果見表4)。

表4 工程前現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果

經(jīng)計(jì)算可知，選定計(jì)算斷面現(xiàn)狀邊坡在各工況下均嚴(yán)重不滿足規(guī)范要求，土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面護(hù)岸在各工況下均滿足規(guī)范要求，極大地提高了岸坡穩(wěn)定性。

4 土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面護(hù)岸設(shè)計(jì)的一些建議

1) 在實(shí)際運(yùn)用中確定土釘長(zhǎng)度時(shí)，在滿足穩(wěn)定要求的前提下，可適當(dāng)統(tǒng)一土釘規(guī)格，避免因種類過多造成施工不便。

2) 中小河流治理中的土釘墻，對(duì)于岸上為耕地或者對(duì)覆土厚度有特殊要求的河段，最上層土釘應(yīng)大于耕作深度或覆土厚度的要求，避免因耕作、施工等造成土釘?shù)膿p壞，進(jìn)而影響護(hù)岸的安全。

3) 河道治理中的土釘墻面板宜盡量采用帶植生孔或可預(yù)留植生孔的工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)制成品，以便兼顧景觀綠化需要。隨著水利領(lǐng)域預(yù)制裝配式產(chǎn)品市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，陸續(xù)涌現(xiàn)了仿石式、魚巢式、卵石式等一系列外形優(yōu)美的生態(tài)砌塊產(chǎn)品，在滿足自擋土、生態(tài)、溢排水、自定位、自卡鎖及便于土釘端頭封閉等技術(shù)要求的條件下，均可以用于土釘墻面板。

4) 對(duì)于城鎮(zhèn)老舊、生硬的墻式護(hù)岸，在滿足防洪要求的前提下，亦可采用土釘(或錨桿)+生態(tài)砌塊面板的方案對(duì)現(xiàn)狀駁岸予以改造，提升河道水環(huán)境。

5) 生態(tài)砌塊雖具有施工速度快、生態(tài)性好等優(yōu)點(diǎn)，但部分廠家報(bào)價(jià)過高，影響其實(shí)際運(yùn)用，具有一定局限性。加之生態(tài)砌塊單塊尺寸一般較大，運(yùn)輸費(fèi)用也較高，在設(shè)計(jì)方案比選時(shí)應(yīng)認(rèn)真調(diào)查項(xiàng)目所在地附近是否有相應(yīng)的生產(chǎn)廠家，充分研究其經(jīng)濟(jì)可行性，特別是一些偏遠(yuǎn)河道的治理項(xiàng)目，應(yīng)慎重考慮。

5 結(jié)語

1) 土釘墻技術(shù)在工程上應(yīng)用十分成熟，各類預(yù)制生態(tài)砌塊應(yīng)用也日趨廣泛。對(duì)于河道狹窄、保護(hù)對(duì)象重要、受地形條件或已建建筑物限制的河岸，采用土釘結(jié)合生態(tài)砌塊飾面的護(hù)岸形式，不僅可提高河岸的安全性，還能兼顧河岸的生態(tài)性，并可降低對(duì)周邊已建建筑物的影響，對(duì)中小河流類似河段治理有一定的借鑒意義。

2) 中小河流治理是一項(xiàng)公益性的社會(huì)系統(tǒng)工程，有較大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)環(huán)境效益。在河道治理前期設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)遵循安全經(jīng)濟(jì)、自然生態(tài)的治理原則，因河施策、因地制宜，嚴(yán)格設(shè)計(jì)方案比選，協(xié)調(diào)好安全、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)三者之間的關(guān)系，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，提升人居環(huán)境水平，并盡量避免或降低因工程建設(shè)給社會(huì)帶來不良影響。