滩涂垦区河道成型技术方案的研究与应用

2015-12-12邓卫东

江苏水利 2015年8期

邓卫东

（海安县老坝港滨海新区规划建设局，江苏南通 226634）

0 引言

海安滩涂垦区面积约为3333.33·hm2（5万亩），由1984年围垦的老垦区和2009年围垦的新垦区组成。整治前，垦区内水系紊乱，河床淤塞严重，与临近的如东、东台滩涂垦区上的河道状况基本一致，其典型特征就是：水面线以上的边坡相对稳定，水面线以下的边坡与河底没有明显的交线，坡度在1∶5～1∶10，水深较浅，不能按设计断面成型，过水断面严重不足。

河道成型宜“深淘滩、低作堰”，但历史以来滩涂上的河道断面都是浅滩型。要使规划的新水系得以成功实现，必须要有核心的技术方案支撑，即保证河床断面无论在施工还是运行阶段都必须成型稳定。整治之前，笔者对垦区内的河道、鱼塘进行了若干次踏勘、调查，基本摸清了河床难以成型的主要原因，提出了“以土御土”的理念，形成了解决滩涂垦区河床断面难以成型的技术方案，并应用于滨海新区的河道整治工程中，成功解决了由来已久的问题。项目实施历时3年，基本形成了西引东排、水位可控的丰字形新水系，为海安滩涂垦区的防洪排涝、引淡济咸、生态补水提供了坚实的基础性保障。

1 河床断面难以成型的原因分析

1.1 地质因素

滩涂与内陆的显著区别就是成陆较晚，土体结构松散，孔隙比较大，含有大量的淤质土。在这样的自然地质条件下，即使开挖时河道较深，运行后也会变成浅滩。为什么设计阶段边坡能通过稳定性验算，而实际运行后水下边坡基本坍塌，甚至未放水之前就坍塌？关键是设计阶段对河床稳定性验算时，一般都采用条分法进行验算，忽略了其中一个重要的边界条件，即：土条为刚体与事实不符，亦即这种土条在有水的条件下根本不可能作为刚体，而是松散体或成流态，水下边坡的稳定坡比在很大程度上取决于土体的水下休止角。因此，会出现设计稳定的假象。这就是水上部位基本稳定而水下坍塌严重的主要原因。

1.2 水土保持因素

滩涂垦区土质以粉细砂为主，盐碱含量较高，土壤贫瘠，能够适宜生长的植物较少，植被覆盖率低，雨季的大量泥沙被雨水带到河床中，这就是河道“浚而不深”的原因之一。

1.3 河网缺乏动力

海堤以外的原始港汊，在一定时间内基本都能保持稳定的“V”字型，就是由于潮汐的拉动，使港汊断面能保持动态平衡而稳定。滩涂垦区内原有的河道多为断头河、耦段河，没有健全的水系，引排不畅，水流速度较低，缺乏河川动力，暴雨形成的沙泥无法搬运，河床边坡自然变缓、抬高。

综上所述，滩涂垦区要获得稳定的河床断面，必须采用工程措施；河道成型决定水系运行，而水系的稳定运行有利于维持河床的动态平衡；水系的正常运行能有效降低土壤的盐碱含量，从而改善生态环境，改善后的生态环境对河床稳定起积极作用。

2 河床的成型要求

2.1 成型稳定

海安滩涂垦区，在行政区划上隶属于海安县老坝港滨海新区，在滨海新区的新城区规划范围之内，首当其冲必须保证河床断面稳定，以达到足够的过水断面，满足新城区防洪排涝和生态补水的功能。

2.2 结构生态

生态环保是新城区的发展定位之一，河岸结构必须是生态结构，才能确保结构内外的水、气能自由交换，土不会流失，从而避免水质恶化，满足水生生物群落繁衍生息，增强水体的自净能力。

2.3 适应发展

能根据开发的进展和经济条件，不同区域采用不同的形式，使之景观协调。老垦区的河道要融入城市水利的理念，服务城市提高品位，服务城市功能布局，河道整治一步到位、景观协调；新垦区的河道先满足引排，再根据开发进程及产业布局，留足河道提档升级的空间，既要避免开发初期因经费紧张使项目实施不到位，又要避免后期升级改造形成不必要的浪费。

3 河床成型技术

确保河床稳定的工程措施，无论是采用挡墙结构，还是采用护坡结构，可选的方案范围较广，但基于滩涂垦区的特殊地质条件，结合河流服务区域的发展定位、生态要求、景观要求、经济条件，可选的方案并不多。

设计单位最初的方案是采用生态石笼。从环保及经济条件看是不错的方案；从实施的可操作性看，河道整治初期，没有水上运输条件，市政路网尚未实施，大量石料无法从滩涂软基上通过；从工程耐久性看，滩涂垦区水体中的盐碱含量较高，钢丝网容易锈蚀，一旦锈蚀边坡就会失去石笼的整体约束。

鉴于整个垦区的河道均处于新城区，属于城市河道，不允许运输船只通航，笔者提出“以土御土”的理念，充分利用滩涂盐碱土，辅以土工织物、生态砌块，设计了三种断面方案应用于垦区不同部位的河道。具体方案如下：

3.1 老垦区河道

断面方案：老垦区是滨海新城的主城区，在满足足够过水断面的前提条件下，注重生态环保、城市品位与景观协调，借鉴公路工程的加筋挡土墙，河道断面采用自嵌式植生挡土墙方案，如图1。其结构的稳定性取决于土与土工格栅的摩擦力大小。

结构优点：近似矩形的过水断面占用土地的面积相对少；挡墙自重轻，为柔性结构，对地基承载力要求不高，适用于软土地基；墙体透水、透气，在满足岸坡稳定的条件下，最大程度地不破坏生态；墙体植生孔可栽植适宜的水生植物，为水生生物群落的生存和繁衍提供条件；造价与相同高度的混凝土或块石挡墙相比，具有较高的性价比；墙体自身结构断面小，消耗自然资源少。

3.2 新垦区河道

断面方案：新垦区中，龙港河以南规划为旅游用地，龙港河以北规划为新型工业区。考虑到这片区域目前景观要求不高，排盐降碱的要求迫切，以及建设期内存在许多变数，河道断面采用袋装冲填土与生态加筋土联合护坡，▽1.6 m 以下采用袋装冲填土护坡，▽1.6 m 以上采用生态加筋土护坡，护岸的主要材料是土，河道断面方案如图2。

▽1.6 m 以上采用生态加筋土护坡，是由生态袋护坡演变而来。在环港南河试验段施工时发现，装满土的生态袋重达85 kg 左右，袋体变形大，需两名工人在边坡上高位搀运才能就位，施工效率极为低下，不便于大面积施工。

针对生态袋施工存在的缺陷，我们对生态袋护坡进行了改进，采用加筋土护坡，加筋采用生态袋的同种生态布。具体施工工艺为：先铺底层加筋土的生态布，填土碾压后，按设计的边线和标高裁去多余的土体，撒布草籽，将生态布向上折叠；再铺上一层加筋土的生态布，填土碾压，工序循环直至设计标高。整个过程机械化程度高，便于大面积施工。

结构优点：最大限度地利用了自然资源，在水力开挖的同时即可完成袋装冲填土护坡施工，无需干槽作业，机械化程度高；满足挡土、透水、透气功能；工程前期造价低廉，后期升级改造不会造成过多的浪费。

3.3 贯穿新、老垦区的龙港河

断面方案：对于贯穿新、老垦区的龙港河，河道断面采用袋装冲填土与自嵌式植生挡土墙联合护坡，▽1.6 m 以下采用袋装冲填土护坡，水位变化区采用自嵌式植生挡土墙，断面如图3。

图1 老垦区河道断面方案图

图2 新垦区河道断面方案图

图3 龙港河断面方案示意图

结构优点：在竖向合理选取结构分界点，综合了袋装冲填土与自嵌式植生挡土墙的优点；兼顾了主城区、工业区、旅游区的景观要求，权衡了区域的近期开发和远景定位；与单纯的袋装冲填土护坡断面相比，景观性更好，与纯粹的植生自嵌式挡土墙相比，造价更为低廉，水面更为开阔。

4 工程应用

自2011年起，滨海新区按计划有序推进滩涂垦区的河道整治工程。

在新垦区先后实施环港南河、富港河、安港河、宁港河、环港北河、定海河整治，总长度达27.96 km，工程总投资相比采用生态石笼护坡结构节约了2.2 亿元。在工程实践过程中，对▽1.6 m以上的植草护坡进行了优化。原方案是将草籽撒布在生态袋内，经过试验段的几次试验，均不理想，后来选用滩涂上生长的茅草直接铺设在生态布上获得成功。

在老垦区先后实施了分花河、拂柳河、抚琴河、中洋河、凌港河、天成南河整治，总长度11.3 km，造价相当于同类结构钢筋混凝土的40%，灌砌块石的65%。

贯穿新、老垦区的龙港河与老垦区的河道同步实施整治，总长度为11.6 km，具有施工速度快、造价低廉的优点。

河道实施当年，河道内就生长了大量的对环境要求较高的麻虾，足以证明此类结构具有环境友好的特点。