浅析西青区南运河生态治理工程挡墙的方案比选

李 鹏 于可忱 张淑鹏

1 工程概况

天津市界内南运河起自静海县九宣闸上游2 km处，于三岔口汇入海河，流经天津红桥区、南开区、西青区和静海县，全长约84.3 km。在西青区境内途经中北镇、杨柳青镇、辛口镇三镇，总长度28.6 km，是重要的供、排水河道。治理段中北镇南运河排涝流量为10～26 m3/s，建筑物工程级别为4级，工程规模为Ⅴ等小（2）型工程。考虑到南运河河道的功能定位的重要性，治理段南运河河道护岸主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级[1-2]。

实施南运河生态治理提升改造工程：一是对南运河主河道及相连的二级河道进行清淤、扩挖、堤岸建设、岸坡生态修复、岸边过渡带生态绿地等治理工程；二是维修、新建节制闸等水工建筑物；三是扩建排涝与提水泵站；四是提升南运河三镇杨柳青镇、中北镇、辛口镇镇区滨水水生态、水文化环境，营造美好的人文与生态效果，改善城市居民生活及工作环境。

2 工程地质概述

南运河河道两岸，据地层岩性特征、沉积环境、时代，可划分为：第四系全新统新近淤积层(Q3N4si)、人工填土（Qml）、第Ⅰ陆相层(Q34al)、第Ⅰ海相层(Q24m)及第Ⅱ陆相层(Q14al)五大层①～④小层，现分述如下。

（1）新近淤积层(Q3N4si)和人工填土层（Qml）为①层：①层(Q3N4si)淤泥质黏土，灰黑色，饱和，流塑，厚度一般0.30～0.50 m，层底高程-1.00～-3.50 m之间，分布于南运河河道内。①层人工填土（Qml），以粉质黏土为主，黄褐色-灰褐色，湿，可塑状，土质不均，局部含粉土团块，含黑色铁质物和少量碎石，主要为河堤填土，局部堤面上存在近期堆积的松散杂填土。河堤人工填土一般层厚3.60～5.50 m，平均层厚4.45 m，层底高程-0.65～1.10 m。

（2）第Ⅰ陆相层(Q34al)为②层：②层粉质黏土为主，灰黄色，湿，可塑-软塑，土质不均，含粉土颗粒和团块，局部夹粉土或黏土透镜体，厚度1.80～6.10 m，平均厚度4.05 m，层顶高程-0.65～1.10 m。标贯击数3～5击、平均3.8击（5段次）。

（3）第Ⅰ海相层(Q24m)为③层：③层粉土（黏质粉土为主），灰色，饱和，稍密状，夹少量贝壳碎屑，断续分布，局部夹粉质黏土薄层及透镜体，厚度2.30～7.10 m，平均厚度4.50 m，层顶高程-1.80～-5.79 m。标贯击数3～9击、平均5.0击（51段次）。

（4）第Ⅱ陆相层(Q14al)为④层：④层粉质黏土，黄褐色，湿，可塑、局部软塑，土质不均，顶部可见灰黑色泥炭层，局部夹有粉土薄层，勘探过程中部分钻孔揭露该层。

根据本次勘察成果及对区域地质条件的分析判定，在本工程拟建场地范围内，不存在影响场地整体稳定性的不良地质作用。综合评价地震烈度Ⅷ度时，本场地15.0 m深度范围内，③层粉土为可液化土，液化等级属轻微—中等。

3 河道挡土墙工程

3.1 设置挡墙的必要性

在河道生态治理过程中，建设用地十分紧张，而人们对于绿地、美景的追求却很强烈。为节约用地，增加景观和绿地面积，同时使河道景观更加立体、内容丰富多变。我们设计在不同河段采用不同挡墙与护坡相搭配，以达到河道治理与景观布设相一致的目的。

3.2 常用挡土墙的类型

挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。根据挡土墙的设置位置不同，分为路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙等。根据挡土墙稳定的机理不同，挡土墙又有很多形式，主要有重力式挡土墙、衡重式挡土墙、薄壁式挡土墙、锚碇板式挡土墙、加筋土挡土墙等。

3.3 不同类型挡土墙比选

首先我们通过分析各类挡墙的结构特点、施工难易程度、与景观的协调性等，初步分析各类挡墙的适用范围。

3.3.1 重力式挡土墙、衡重式挡土墙

根据地质勘察工作得出的地质参数可知，河道内挡墙基底承载能力较低，而重力式挡墙、衡重式挡墙对地基承载力要求高，经过计算不能满足此类型挡墙的稳定性计算要求。另外，重力式挡墙、衡重式挡墙占地面积大，美观性较差，需消耗大量圬工材料，见图1。

图1 重力式挡土墙结构图

3.3.2 自嵌式挡土墙

自嵌式砌块挡土墙分自嵌式景观挡墙和自嵌式植生挡墙。自嵌式挡墙是块与块干垒而成，块与块之间存在孔隙，挡土块后是级配碎石并设置土工布将土体与级配碎石隔离开，因此，满足生态要求的透水、透气功能。在水面以上可采用景观挡墙，可以有不同的色彩和不同的形状可供选择，整个挡墙整齐、干净，富于艺术感染力，面板可根据要求设计成各种图案满足景观设计的要求；在河道或水下使用自嵌式植生挡墙，其独特的内孔造型为水生植物提供良好的生长空间，为净化水质创造了条件，块体鱼巢设计提高了水生植物的成活率，加强了水体的生态平衡。

这种挡墙形式外观漂亮，施工简单速度快，水下部分可植草净化水质，起到墙体内外生态营养交互器的作用，水上部分有很好的生态景观效应。该结构生态透水，整体稳定性较好，高度在1.2～1.8 m之间开挖宽度较小。

由于在预制混凝土块中留孔等方法，使自嵌式植生挡土墙块体的表观容重控制在18～20 kN/m3，比岩石及现浇混凝土的容重低，因此，挡土结构本身重量轻，以至于对基础的要求较低，见图2。

图2 自嵌式植生挡土墙结构图

3.3.3 混凝土悬臂墙式挡土墙

该类型挡墙具有结构简单、断面尺寸较小、开挖宽度较小、施工方便、对地基承载力要求不高、工作面大等优点。可通过采取清水混凝土墙体或贴石浮雕、文化石等，以及料石压顶等措施，整体效果较好，便于营造高雅的景观，见图3。

图3 混凝土悬臂墙挡墙结构示意图

3.3.4 箱式联锁式挡土墙

该类型挡墙箱体内填块石，具有生态透水性，并且箱与箱之间采用螺栓连接，整体稳定性较好，施工速度快，开挖宽度小，景观效果较好，投资与混凝土墙相当。箱式联锁墙尺寸较大，由于河道蜿蜒曲折，容易造成河岸不平整，影响河道整体美观，因此，可用做河道较顺直段的常水位之上的挡墙，见图4。

图4 箱式联锁墙结构图（三层）

3.3.5 反滤混凝土砌块生态挡墙

反滤混凝土砌块生态挡墙具有反滤透水功能，砌块内栽植水生植物，净化水质，砌块箱体内可形成鱼巢，为水生动物提供栖息场所，从而形成特有的水岸生物环境系统。可以作为水下挡墙的补充，使河道富有变化效果。反滤混凝土砌块生态挡墙由于存在大面积种植植物，在冬天河道内效果较差，而且由于河道较为弯曲，容易造成河岸不平整，影响河道整体美观。

其次通过分析不同类型挡墙的工程造价，以便选取既经济又美观适用的挡墙类型（见表1）。

表1 挡墙造价对比表

从表1可以看出，挡土墙高度相同时，采用自嵌式植生挡土墙工程造价最低，混凝土悬臂式挡土墙造价较高，反虑混凝土砌块生态挡墙和箱式联锁挡墙造价居中。

4 结语

（1）对不同类型挡墙的比较，除重力式、衡重式挡土墙外，其余类型挡土墙均适用于南运河生态整治的河道内，根据平台高程的不同，挡墙高度可以进行调整。

（2）自嵌式挡土墙工程造价低，结构轻，施工简单，面板可根据要求设计成各种图案满足景观设计的要求，因此，推荐在本次治理河道内全线普遍使用。

（3）混凝土悬臂混凝土挡土墙造价高，因此，该类型挡土墙宜用在挡土高度比较高，且有文化宣传要求的特殊河段。

（4）箱式联锁墙和反滤混凝土砌块生态挡墙造价适中，但截面尺寸较大，容易造成河岸不平整，可用做河道较顺直段的常水位之上的挡墙。为使河道断面富有变化，本次河道治理工程中可以在部分顺直河段使用。

因此，在本次西青区南运河生态治理工程中，我们推荐全线普遍使用自嵌式挡土墙，仅在有特殊要求的码头和有文化宣传要求的河段采用悬臂混凝土挡土墙，另外为使河道断面富有变化在河道部分顺直段采用箱式连锁墙。