吳文龍

(南平市延平區(qū)水土保持中心，福建 南平 353000)

0 引 言

生態(tài)護(hù)岸建造技術(shù)是一項(xiàng)綜合工程，集現(xiàn)代水利工程學(xué)、環(huán)境學(xué)、生物科學(xué)、美學(xué)等多學(xué)科于一體，在滿(mǎn)足防御汛期洪澇災(zāi)害要求的前提下，兼顧安全強(qiáng)度和耐久性，并充分考慮生態(tài)環(huán)境效果，把過(guò)去由混凝土為主要材料建造的剛性護(hù)岸，改造為由混凝土、植物、水系和土壤互相聯(lián)系的生態(tài)護(hù)岸。本工程案例以順應(yīng)現(xiàn)有生態(tài)河岸線(xiàn)為基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)有河道岸線(xiàn)進(jìn)行改造，重塑自然河岸線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)“安全、生態(tài)、水清、岸綠”的生態(tài)文明建設(shè)總目標(biāo)，構(gòu)建水量充足、水流自然、水質(zhì)良好的水土保持工程體系。

1 工程概況

延平區(qū)2022年度省級(jí)水土流失綜合治理項(xiàng)目位于福建省南平市延平區(qū)爐下鎮(zhèn)，工程涉及斜溪流域，為山區(qū)河流，流域面積146 km2，河長(zhǎng)23 km，比降145‰，多年平均流量3.64 s/m3。根據(jù)2020年度南平市延平區(qū)水土流失現(xiàn)狀圖，流域內(nèi)存在較大范圍的強(qiáng)烈、中度水土流失區(qū)域。本次工程主要功能定位為“行洪排澇、安全生態(tài)”，減輕區(qū)域的水土流失，打造生態(tài)清潔型小流域，治理總長(zhǎng)為3 km。地質(zhì)地層巖性從上到下為：

粉質(zhì)粘土(Q4apl)：灰黑色、土黃，軟～可塑，濕～飽和，含少量粉細(xì)砂，局部有夾粉～細(xì)砂，層厚一般為0.3～1.5 m。

(含泥)中～細(xì)砂(Q4apl)：褐色，灰黃色、松散～稍密，濕～飽和，偶夾小卵石、礫石，層厚一般為0.2～0.5 m。

砂礫卵石：灰黃色，飽和，呈中密狀，砂礫卵石粒徑大小懸殊，不均勻系數(shù)變化很大，卵石成份以石英砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、花崗巖、變質(zhì)巖為主，粒徑一般在10～30 cm，含量約占50%～70%，層厚2.0～5.0 m。

強(qiáng)風(fēng)化基巖：為燕山早期侵入的黑云母花崗巖(γ52(3)c)，灰白色、灰褐色，層狀構(gòu)造，巖芯呈碎塊、發(fā)育有多組節(jié)理裂隙。

2 生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)

2.1 護(hù)岸選型原則

(1)在符合行洪要求、施工方便、修復(fù)加固簡(jiǎn)易、防止水土流失的基礎(chǔ)上，確保護(hù)岸穩(wěn)定。

(2)與周邊生態(tài)系統(tǒng)緊密相連、不斷進(jìn)行與周邊生態(tài)環(huán)境物質(zhì)交換、協(xié)調(diào)一致、協(xié)同發(fā)展。

(3)設(shè)計(jì)時(shí)增強(qiáng)護(hù)岸在視覺(jué)中的“軟效果”，減少剛性結(jié)構(gòu)，兼顧河道水體及兩岸的景觀、親水、休閑等功能要求。

2.2 護(hù)岸選型設(shè)計(jì)

2.2.1 生態(tài)格網(wǎng)擋墻

護(hù)岸采用生態(tài)格網(wǎng)擋墻，生態(tài)格網(wǎng)每層高1 m，保證頂寬1 m情況下，每層退臺(tái)0.5 m，擋墻后鋪設(shè)土工布。擋墻底部設(shè)置50 cm厚的C20埋石混凝土基礎(chǔ)，迎水坡腳設(shè)置深度為1.0 m的拋石護(hù)腳，背水坡土方開(kāi)挖坡比為1∶0.5，整體埋深1.44 m，詳見(jiàn)圖1。

圖1 生態(tài)格網(wǎng)擋墻

2.2.2 重力式擋墻+M10漿砌毛塊石面層

擋墻面層為M10漿砌毛塊石，面層厚30 cm，基礎(chǔ)擋墻頂寬0.6 m，擋墻埋深1.44 m，迎水面坡度為1∶0.1，背水坡為1∶0.3，前趾寬0.3 m，后趾寬0.2 m，底寬3.2 m，采用拋石護(hù)腳防沖，詳見(jiàn)圖2。

圖2 重力式擋墻+M10漿砌毛塊石面層

2.2.3 重力式擋墻+砌塊生態(tài)護(hù)坡

采用C20埋石混凝土重力式擋墻作為基礎(chǔ)，擋墻面層為M10漿砌毛塊石，面層厚30 cm，基礎(chǔ)擋墻頂寬0.6 m，露出河床1.8 m，迎水面坡度為1∶0.1，背水坡為1∶0.3，底寬2.2 m，基礎(chǔ)厚為0.5 m，前趾寬0.3 m，后趾寬0.2 m，采用拋石護(hù)腳防沖刷，在砌塊生態(tài)護(hù)坡的孔隙間進(jìn)行植草綠化，詳見(jiàn)圖3。

圖3 重力式擋墻+砌塊生態(tài)護(hù)坡

2.2.4 復(fù)合式生態(tài)砌塊擋墻

該護(hù)岸為生態(tài)砌塊擋墻+埋石混凝土擋墻的復(fù)式結(jié)構(gòu)，護(hù)岸上部為生態(tài)砌塊擋墻，擋墻仰斜10°，生態(tài)擋墻高為3.1 m，頂部設(shè)混凝土壓頂，寬0.4 m；在砌塊的背水側(cè)填土加設(shè)土工格柵。護(hù)岸下部為C20埋石混凝土作基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)高度為2.3 m，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深1.44 m，頂部寬度為0.9 m，迎水側(cè)坡比為1∶0.1，背水側(cè)坡比為1∶0.3，堤腳采用拋石回填，詳見(jiàn)圖4。

2.3 護(hù)岸類(lèi)型比較

按迎水面形狀及特點(diǎn)，以上幾種護(hù)岸的建筑工程可比投資經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較如表1、表2所示。

表2 工程量及每延米投資比較表

通過(guò)以上綜合比較，鑒于本工程項(xiàng)目區(qū)河道較窄，兩岸為基本農(nóng)田，故護(hù)岸選擇占地面積最小、投資也最節(jié)約的復(fù)合式生態(tài)砌塊擋墻。護(hù)岸設(shè)計(jì)主要考慮防沖不防淹，為保證河道兩岸田間雨水能順利排入河道，本階段基本維持大部分河道兩岸現(xiàn)有高程不變。

經(jīng)過(guò)方案優(yōu)化后，復(fù)合式生態(tài)砌塊擋墻坡度為1∶0.17，生態(tài)擋墻高約為3.0 m，頂部設(shè)混凝土壓頂，寬0.4 m。壓頂后為生態(tài)步道，右岸采用混凝土路面，寬約3.0 m，厚20 cm，下鋪10 cm厚碎石墊層；左岸采用透水混凝土路面，寬約2.5 m，厚20 cm，下鋪10 cm厚碎石墊層。路面后接排水溝，寬30 cm、高30 cm。生態(tài)砌塊根據(jù)常水位高度，分為綠化區(qū)和非綠化區(qū)，綠化區(qū)砌塊后為厚30 cm的級(jí)配碎石和粘土混合料，砌塊間隙種植綠植，非綠化區(qū)砌塊后為厚30 cm的級(jí)配碎石，碎石后為土工布300 g/m2，背水側(cè)填土設(shè)PP單向土工格柵50 kN/m，總長(zhǎng)3 m，入土距離2.6 m，共5層。護(hù)岸下部為C20埋石混凝土作基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)高度為2.3 m，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深1.44 m，頂部寬度為0.9 m，迎水側(cè)坡比為1∶0.1，背水側(cè)坡比為1∶0.3，堤腳采用開(kāi)挖料回填，其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 優(yōu)化后的復(fù)合式生態(tài)砌塊擋墻斷面

3 工程計(jì)算

3.1 護(hù)岸沖刷計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)中第9.1節(jié)護(hù)岸沖刷深度計(jì)算公式來(lái)計(jì)算本次沖刷深度，從而設(shè)計(jì)推算護(hù)岸堤腳的埋置深度。

計(jì)算得項(xiàng)目區(qū)河段沖刷成果如表3、表4(所列為流速、水深大或者凹岸處)所示。

表3 水流流速不均勻系數(shù)

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可知河床護(hù)岸段在10年一遇洪水水位下最深處沖刷深度為0.93 m?？紤]到山區(qū)河流暴漲暴跌的特性，工程所在段河道筆直，流速較快，以及基礎(chǔ)安全超深，并且參考附近護(hù)岸和防洪堤工程的經(jīng)驗(yàn)，本次斜溪小流域生態(tài)護(hù)岸基礎(chǔ)埋深取1.2 m，并用開(kāi)挖土回填作護(hù)腳進(jìn)行防護(hù)，因此能滿(mǎn)足沖刷要求。

3.2 擋墻穩(wěn)定計(jì)算

3.2.1 抗滑及抗傾穩(wěn)定系數(shù)

(1)抗滑穩(wěn)定系數(shù)：

(2)抗傾穩(wěn)定系數(shù)：

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，基底抗滑穩(wěn)定系數(shù)取值1.4，抗傾穩(wěn)定系數(shù)取值1.5。本次工程加筋土擋墻的安全穩(wěn)定系數(shù)按以下數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和校核：

筋帶抗拉強(qiáng)度、筋帶抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)可知荷載分項(xiàng)系數(shù)γQ1=1.4、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=0.95、抗拉性能的分項(xiàng)系數(shù)γf=1.25、抗拔力計(jì)算調(diào)整系數(shù)γR1=1.4、抗拉材料(擬用雙向土工格柵)抗拉計(jì)算的分項(xiàng)系數(shù)γR2=2.0。

3.2.2 生態(tài)擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)根據(jù)勘測(cè)的地質(zhì)資料及設(shè)計(jì)需求，通過(guò)反復(fù)試算調(diào)整斷面結(jié)構(gòu)形式，本項(xiàng)目初擬斷面結(jié)構(gòu)如圖5所示。

(2)設(shè)計(jì)、計(jì)算資料匯列。

①堤頂新建2.5 m生態(tài)步道厚20 cm，混凝土重度γ=2 450 kg/m3，計(jì)算取附加人群荷載3 kPa。

②采用生態(tài)砌塊，砌塊寬度280 mm，高度150 mm。

③筋帶擬采用單向拉伸塑料土工隔柵，抗拉力ts=60 kN/m；土工格柵在砌筑中的總長(zhǎng)度取0.4 m；加筋回填土(砂性土)與土工格柵的界面摩擦系數(shù)取f=0.3。

④筋帶節(jié)點(diǎn)的水平間距Sx=1 m。

⑤墻身(加筋土區(qū))填料為砂性土，其力學(xué)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)值為：粘聚力C=20.5 kPa，容重γ=17.5 kN/m3，內(nèi)摩擦角α=30°。

⑥設(shè)計(jì)生態(tài)擋墻基礎(chǔ)為下級(jí)埋石混凝土擋墻及其回填料(粉質(zhì)粘土)，地基土力學(xué)性能指標(biāo)為：粘聚力C=20.5 kPa，容重γ=17.5 kN/m3，內(nèi)摩擦角α=13.5°，承載力特征值≥120 kPa，粉質(zhì)粘土的基底摩擦系數(shù)取值f=0.2。

通過(guò)運(yùn)行《理正—擋土墻計(jì)算程序》計(jì)算，結(jié)果如表5所示。

通過(guò)對(duì)各表計(jì)算結(jié)果的分析，設(shè)計(jì)擋墻的抗滑、抗傾和地基承載力在不同工況條件下均能達(dá)到規(guī)范要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

水土保持工程是生態(tài)文明建設(shè)的一部分，是我國(guó)水利建設(shè)工程的重要組成之一。隨著近些年來(lái)的水利工程實(shí)踐，工程在實(shí)際設(shè)計(jì)施工中逐漸摒棄傳統(tǒng)剛性護(hù)岸，優(yōu)選更美觀協(xié)調(diào)的生態(tài)護(hù)岸。增強(qiáng)美觀效應(yīng)、維護(hù)自然生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展已成為全社會(huì)共識(shí)，充分利用生態(tài)設(shè)計(jì)理念，既保證護(hù)岸穩(wěn)定，又保證岸線(xiàn)生態(tài)。結(jié)合本工程實(shí)例，可為今后延平區(qū)水土保持工程建設(shè)提供借鑒，對(duì)以后生態(tài)護(hù)岸技術(shù)發(fā)展提供參考。