退台式透水混凝土砌块挡墙在河道护岸中的应用

陈 萍,任 柯，申新山

(1.重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 401147； 2.北京世纪绿色科技有限公司，北京 100096)

随着社会经济的发展，人类的各种生产、建设活动不断侵占、挤压河湖空间。河湖岸坡挡土、防护结构常采用挡土墙，其中重力式挡土墙使用最为广泛，而挡土墙多采用浆砌石、混凝土等硬质材料，这些挡土墙结构强度高，安全性好，但也有一些负面效应，如：破坏了水陆两栖动物及水生植物、鱼类、昆虫、微生物的生长栖息环境，造成了生物多样性下降、河道净化水体的能力大大降低；挡土墙的外立面单调、灰暗，景观效果差；将人与河湖隔离开来，有水不近水，难以满足人民群众日益增长的亲水、休闲、娱乐需求；对于落水者，传统挡墙光滑、陡直、不易攀爬，不利于自救。

挡土墙既要很好地排水又要很好地保土，既要形成生态化结构又要安全可靠，这是相互制约的矛盾。针对传统挡墙及加筋土小型砌块的不足，技术研发、工程管理人员提出了多种解决办法，如石笼挡墙、蜂巢格室柔性挡墙、退台式砌块挡墙、连锁砌块挡墙等，此类挡墙都具有施工快速、透水透气等特点，有利于植物生长，可给鱼虾、昆虫、微生物等提供栖息地，因此得到了广泛的应用。笔者结合朝阳电厂引水口至门源桥河道防洪治理工程，介绍退台式透水混凝土砌块挡墙技术的特点、设计思路和施工工艺，以供同类工程建设及研究参考。

1 项目简介

项目名称为西宁市城北区北川河朝阳电厂引水口至门源桥河道防洪治理工程。河道治理长度7.743 km，防洪堤总长15.441 km(左堤岸长7.698 km，右堤岸长7.743 km)，其中朝阳电厂引水口至宁大铁路桥段采用斜坡式复式断面，下部采用现浇C15砼护坡，上部采用蜂巢网箱石笼护坡；宁大铁路桥至门源桥段采用直立挡墙+斜坡式复式断面，下部采用重力式C15砼挡墙结构，上部采用蜂巢网箱石笼护坡；堤身为夯填砂砾石。横向建筑物包括退水涵管18座，跨河桥1座。

项目区属大陆性高原半干旱气候区，年均日照时数为1 939.7 h，年均气温7.6 ℃，最高气温34.6 ℃，最低气温零下18.9 ℃。夏季平均气温17～19 ℃，气候宜人。项目区所在的西宁市地处青海东部，黄河支流湟水河中游，四面环山，三川会聚。西川河、南川河、北川河分别由西、南、北三个方向汇合于市区，而北川河为西宁市三川河中的重要一川，河道水量充沛。北川河5年一遇的洪峰流量为165 m3/s。

工程区处于湟水中上游流域黄土高原向青藏高原过渡的镶嵌地带，地势西高东低，河谷盆地与峡谷呈串珠状相间分布。盆地周边山地高山耸立，沟谷深切，属青藏高原东部边缘，呈侵蚀、切割基岩山地地貌。盆地内低山丘陵起伏，黄土深厚，沟壑纵横，水土流失严重，呈现出黄土高原特点。防洪河堤所经地貌单元均为现代河漫滩或Ⅰ级阶地前缘，河堤轴线岩性主要为冲洪积砂卵砾石层和人工堆积砂砾卵石层及第三系砂质黏土岩。工程区地震基本烈度为Ⅶ度。

2 设计方案

2.1 设计理念

根据“安全、环境、景观”三位一体的现代化河道理念，建设水质改善型、滨河景观型、生态环境改善型河道，北川河整治迈出了更大的步伐，在狭窄的空间，更多地采用生态治河的方法，创造一个更为丰富多彩的河道景观，形成一个宜商宜居的新环境。

根据北川河治理平面规划，河道断面形式丰富，二级亲水平台以下为直立式挡墙，二级亲水平台以上挡墙与缓坡、台地交替布置，移步换景，创造出宜人的滨水空间[1]。由于挡墙在北川河平面设计中被大量使用，因此对挡墙方案的选择尤为重要，直接影响北川河的景观及生态效果。

在西宁北川河项目中，我们经过综合考虑、方案比选，在北川河的一级挡墙中采用了退台式透水混凝土砌块挡土墙，建设现代河道，使北川河河道沿岸形成小区域滨河景观带，为广大市民提供更多的休闲场所，有效改善市民的生活环境。

2.2 设计方案

根据西宁北川河治理现场实际情况，我们提出透水混凝土砌块挡墙设计方案(图1)。透水混凝土砌块挡墙是一种基于加筋土理论的新型挡墙，该挡墙系统是由透水混凝土砌块、砌块内填块石土及缓释肥料包、素混凝土基础、墙后反滤体及土工布、墙后土工格栅或拉筋带、压顶6个部分组成。

图1 退台式透水混凝土砌块挡墙设计示意

2.2.1 退台式透水混凝土砌块挡墙系统简介

退台式透水混凝土砌块挡墙系统是基于加筋土理论的生态挡墙系统，由透水混凝土砌块、连接件、块石、植物、土工格栅共同组成。除具有岸坡挡土防护作用外，因透水混凝土材料自身具多孔性和良好的透气透水性，故挡墙的反滤效果、消除静水压力作用也很明显，因此在确保堤体长期稳定的同时，可实现植物和水中生物的生长，起到改善景观、净化水质的多重功能。

透水混凝土砌块采用高强度透水混凝土预制，为双孔箱型结构。由四周侧壁和中隔板组成，上下无顶板或底板，均采用渗透系数不小于0.1 cm/s、强度不低于C25的高强透水混凝土材料。考虑混凝土材料的特性和砌块受力特点，砌块侧壁和中隔板采取不等厚的楔形结构。同时为保证植物生长空间和日照，砌块前部侧壁上部设置一定宽度和深度的开口。透水混凝土砌块大样见图2。

图2 透水混凝土砌块大样

砌块砌筑时采用层层退台的方式，挡墙坡度缓于75°。水平方向上相邻的两个挡墙砌块通过钢丝绳及锁头连接，竖直方向上相邻的两个挡墙砌块通过凹槽咬合固定。挡墙砌块内常水位以下回填块石，形成鱼巢，为水生生物提供栖息场所；常水位以上回填种植土，利于灌木及藤蔓植物生长生存，形成特有的水岸生存环境。退台式透水混凝土砌块挡墙示意图见图3。

图3 退台式透水混凝土砌块挡墙示意

2.2.2 技术特点

(1)砌块体积较大，砌块之间通过水平向连接件和垂直向凹槽等柔性连接互相限制位移，对小规模基础沉陷或遇到短暂的非常荷载组合(如地震、高地下水位等)有一定的变形能力。

(2)砌块箱体内常水位以上填充种植土，可在其中栽植小乔木、小灌木或藤蔓植物，迅速形成绿化挡墙，植物还可以有效去除水体中的氮、磷，有效抑制藻类的生长繁殖，净化水质[2]。

(3)砌块完全透水，可以充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调节功能，可发挥水体自净作用。

(4)砌块箱体内常水位以下填充块石，其缝隙能改善水中动物的生存环境。

(5)对于不慎落水者，生态墙为层层退台式，易于攀爬，有利于自救。

2.2.3 生态挡墙设计

(1)挡墙基础。北川河二级平台以下的素砼重力式挡土墙墙顶设置了0.2 m×0.2 m(宽×高)的素混凝土挡块，透水混凝土砌块垂直方向共2块，砌块底部前半部0.2 m位于素砼挡墙墙顶，砌块后半部0.3 m位于土基上，为防止墙体发生不均匀沉降，造成墙体破坏，在砌块底部土基部分设置级配碎石垫层，宽0.5 m，厚0.1 m。

(2)透水混凝土砌块。砌块采用C25透水混凝土预制，内填种植土和缓释肥料包，并种植生命力强、覆盖面积大的野花、灌木。

(3)墙后反滤体及土工布。生态挡墙后设置反滤体，反滤层厚0.45 m，由外向内由中粗砂、瓜子片及级配碎石组成，并在墙体与反滤体之间设置一层300 g/m2的土工布。

(4)压顶。生态挡墙压顶可采用多种形式，如景观石、植物等。根据北川河现状，采用较大块石压顶，植物穿插其中，形成绿篱。挡墙墙顶与亲水平台路面之间设置防护栏杆。

(5)墙后土工格栅拉筋。反滤混凝土砌块生态挡墙墙后填土是由土和筋体组成的复合土体。在填土工程实施过程中铺设加筋带或土工格栅等加筋材料，以增强土体的抗拉、抗剪强度和整体稳定性。北川河一级平台以下生态挡墙位于下部素砼挡墙墙顶，仅1 m高，土压力较小，可不设置土工格栅。

3 施工工艺

3.1 砌块预制

透水混凝土砌块采用透水混凝土预制，设计强度C25，空隙率10%。工艺流程：称料→加料→搅拌→成型→震动平台震实→蒸汽养护→拆模。在生产过程中，应对材料准确计量，严格控制材料配合比，并保证充分搅拌。成型时要加料均匀以保证生产的预制块达到应有的厚度和强度。

3.2 挡墙施工工艺

3.2.1 基础开挖、地基处理

在施工前，设置排水沟及集水坑进行施工排水，保证工作面干燥且基底不被水浸。施工时，开挖基槽，基础采用换砂垫层500 mm，用平板式振捣器压实，压实度不小于0.94。基础埋深不低于500 mm，有冲刷地段埋深应大于冲刷线。

3.2.2 浇筑C20素砼挡土墙基础及挡块

砌块下部浇筑C20混凝土挡土墙基础，每20 m设一道沉降缝，用20 mm厚塑料泡沫板充填。施工时，C20混凝土挡土墙基础高程要求准确无误，平整度要求误差不大于±10 mm。墙身外露部分在地面(或常水位)30 cm以上交错设置泄水孔，每隔2～3 m设一个。

3.2.3 基础后回填、压实

C20素砼挡土墙基础及阻滑块拆模并达到设计强度后，应及时在墙背后填筑填料并压实。填料采用级配碎石加土的拌合混合料，夯实土不得使用淤泥、耕植土、冻土、膨胀土及有机物含量大于5%的土，夯实时土的含水率应接近最优含水率。挡墙背后填土应分层夯实，每层碾压回填厚度不得大于30 cm，压实系数不小于0.95。

3.2.4 垫层铺设

墙背后回填至挡土墙基础顶面下10 cm时，在填料上铺一层碎石垫层并夯实，宽度50 cm，厚度为10 cm。

3.2.5 无纺土工布

垫层铺设完成后，在垫层表面铺设一层土工布，起隔离、反滤、排水作用，规格为300 g/m2。土工布靠墙面一端应通过混凝土挡土墙墙顶铺设至阻滑块后侧并延伸至阻滑块顶部，靠墙背一端反包透水混凝土砌块并延伸至墙顶，防止墙背后填料及反滤料流失。

3.2.6 第一层透水混凝土砌块安装

第一层砌块安置在C20混凝土基础底板上。施工时，先用水泥砂浆对基础面进行找平，采用坐浆法安装第一层砌块，并用橡皮锤调整其位置，然后在砌块与抗滑挡块之间的缝隙、砌块空腔内浇筑0.2 m厚C20混凝土。

相邻砌块之间的水平连接采用φ8钢丝，并使用配套锁头。

3.2.7 填筑反滤料

无纺布后侧填筑砂卵石作为反滤层，宽度45 cm。

3.2.8 回填种植土

当第一层砌块安装完毕后立即填土。北川河河道边坡土质砂砾石较多，土壤肥力较差，不利于植物的长期生长，需要在回填土内设置缓释肥料包进行改良，提升土壤肥力、改善透水透气性。

3.2.9 安装上层砌块

上层砌块与第一层砌块采用错缝摆放，无须用砂浆或其他黏合剂。人工干垒时在摆放上面一层砌块前，需先将下层块体表面清理干净，然后再插上玻璃纤维尼龙合成锚固棒。砌块安装完成后，重复3.2.7和3.2.8中的步骤，直至达到设计高度。

3.2.10 压顶

本项目中，采用块石压顶，既增加野趣又可供行人休息。块石应放置在顶层砌块后半部，留下绿化空间，方便栽植苗木。

3.3 挡墙绿化、养护

3.3.1 植物选择

植物的配置需要根据项目区的情况来定，结合当地气候特征做全面的配置。我们选用了一些适应高寒、高海拔地区的灌木、草本植物、野花，如：①柽柳、丁香、榆树、金露梅、沙地柏等木本植物；②波斯菊、披碱草等草本植物。这些植物都具有耐寒、耐旱、耐贫瘠的特点。

3.3.2 栽植小苗、播种

在砌块种植槽内开挖种植穴，将柽柳、丁香、榆树、金露梅、沙地柏等苗木根部土球放置于种植穴内，用细土堆于根部，并使根系舒展，轻轻压实。灌木土球或根系距种植穴底部应至少有15 cm，种植时坑底回填约15 cm厚的表土。栽后及时浇透定根水。在栽植的苗木周边撒播波斯菊、披碱草种子，撒播密度不小于20 g/m2，并拌入长效缓释有机肥料、保水剂等。种植后要及时灌水，使土壤保持湿润状态。

4 结 语

退台式透水混凝土砌块挡墙安装完成后，栽植、绿化，养护10个月，灌木成活率达到98%以上，披碱草高度30 cm以上，波斯菊也已经开花，景观效果良好，吸引众多市民前来散步、拍照，成为北川河一道亮丽的风景线。同时，经过多次暴雨和水位涨落，砌块挡墙稳定性良好，砌块无移位、无断裂，种植土损失不超过5%，挡土效果良好。

河道生态挡墙是水生态文明建设的一个重要组成部分。通过西宁市城北区北川河朝阳电厂引水口至门源桥河道防洪治理工程的实践，基本解决了静水压力、挡土墙排水、景观绿化等难题，达到了项目预期目标，得到了建设单位的充分肯定，为西北高寒高海拔地区河道岸坡建设提供了一种切实可行的技术。相信随着水生态文明建设工作的进一步展开，退台式透水混凝土砌块挡墙技术将得到更多应用和发展。