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)護岸建造技術(shù)是一項綜合工程，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，在滿足防御汛期洪澇災(zāi)害要求的前提下，兼顧安全強度和耐久性，并充分考慮生態(tài)環(huán)境效果，把過去由混凝土為主要材料建造的剛性護岸，改造為由混凝土、植物、水系和土壤互相聯(lián)系的生態(tài)護岸。本工程案例以順應(yīng)現(xiàn)有生態(tài)河岸線為基礎(chǔ)，對現(xiàn)有河道岸線進行改造，重塑自然河岸線，以實現(xiàn)“安全、生態(tài)、水清、岸綠”的生態(tài)文明建設(shè)總目標，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年度省級水土流失綜合治理項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，含少量粉細砂，局部有夾粉～細砂，層厚一般為0.3～1.5 m。

(含泥)中～細砂(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)護岸設(shè)計

2.1 護岸選型原則

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

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

(3)設(shè)計時增強護岸在視覺中的“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 護岸選型設(shè)計

2.2.1 生態(tài)格網(wǎng)擋墻

護岸采用生態(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的拋石護腳，背水坡土方開挖坡比為1∶0.5，整體埋深1.44 m，詳見圖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，采用拋石護腳防沖，詳見圖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，采用拋石護腳防沖刷，在砌塊生態(tài)護坡的孔隙間進行植草綠化，詳見圖3。

圖3 重力式擋墻+砌塊生態(tài)護坡

2.2.4 復(fù)合式生態(tài)砌塊擋墻

該護岸為生態(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。護岸下部為C20埋石混凝土作基礎(chǔ)，設(shè)計高度為2.3 m，設(shè)計基礎(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，詳見圖4。

2.3 護岸類型比較

按迎水面形狀及特點，以上幾種護岸的建筑工程可比投資經(jīng)濟技術(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

通過以上綜合比較，鑒于本工程項目區(qū)河道較窄，兩岸為基本農(nóng)田，故護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。護岸設(shè)計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3 m，入土距離2.6 m，共5層。護岸下部為C20埋石混凝土作基礎(chǔ)，設(shè)計高度為2.3 m，設(shè)計基礎(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 工程計算

3.1 護岸沖刷計算

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

計算得項目區(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)以上計算結(jié)果，可知河床護岸段在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，并且參考附近護岸和防洪堤工程的經(jīng)驗，本次斜溪小流域生態(tài)護岸基礎(chǔ)埋深取1.2 m，并用開挖土回填作護腳進行防護，因此能滿足沖刷要求。

3.2 擋墻穩(wěn)定計算

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)進行計算和校核：

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

3.2.2 生態(tài)擋土墻設(shè)計計算

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

(2)設(shè)計、計算資料匯列。

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)性能指標設(shè)計值為：粘聚力C=20.5 kPa，容重γ=17.5 kN/m3，內(nèi)摩擦角α=30°。

⑥設(shè)計生態(tài)擋墻基礎(chǔ)為下級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。

通過運行《理正—擋土墻計算程序》計算，結(jié)果如表5所示。

通過對各表計算結(jié)果的分析，設(shè)計擋墻的抗滑、抗傾和地基承載力在不同工況條件下均能達到規(guī)范要求。

4 結(jié) 語

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