大凌河磨石沟至必里营子段生态治理工程初探

孙丽玲

(朝阳市农村水利建设管理局，辽宁 朝阳 122000)

1 项目区基本情况

1.1 工程位置及范围

大凌河在辽宁省境内面积为19 998 km2，占全流域面积的86%，大凌河干流(含源头区)河道全长522 km，其中南支河长108 km，西支辽宁省内河长75 km，南西支汇合口至入海口河长339 km。

本次治理河段为大凌河干流宫山咀水库以上贺仗子汇入口至必里营子村段，河道治理总长度为4.97 km。本工程位于建昌县境内，涉及碱厂乡及喇嘛洞乡2个乡镇。

1.2 水文和气象

在宫山咀水库下游9 km有建昌县气象站，1959年建站至今已经有60多年的观测资料。经分析多年平均降雨量582.5 mm，年最大降雨量为846.2 mm，年最小降雨量为406.1 mm。年内降雨极不均匀，有50%以上的降雨集中在7、8月份。多年平均蒸发量为1856.6 mm。多年平均气温在8.1 ℃左右，极端最高气温40.7 ℃，极端最低气温-26.9 ℃。相对湿度39%～77%之间。

多年平均风速3 m/s，全年最多风向为西北风，最大风速为18 m/s，多年平均日照时数为2884.7 h。

由于本工程控制断面所在位置无实测流量，因而采用水文比拟法进行设计洪水分析，参证站为宫山咀水库，设计洪水成果如下：

表1 控制断面设计洪峰流量表

1.3 工程地质

(1)治理区位于冲洪积河床和漫滩上，未发现新构造运动，地层岩性简单，变化不大，无不良地质作用。

(2)治理区地基稳定，适宜建筑。

(3)治理区水、土对混凝土结构微腐蚀，对混凝土结构中钢筋微腐蚀，土对钢结构微腐蚀。

(4)治理区抗震设防烈度6度，建筑场地类别Ⅰ1类，设计地震分组为第三组，设计基本地震加速度值0.05 g，设计特征周期0.35 s。

(5)治理区土的标准冻结深度1.10 m。

(6)建议拟建建筑物采用扩展基础。

2 治理措施

2.1 防护工程型式

本次工程针对冲刷严重、岸坡较陡的河段，采用墙式护岸工程；针对坡度较缓河段，采用坡式护岸工程[1-2]。

2.1.1 坡式护岸工程

坡式护岸工程目前应用较为广泛的护坡材料主要有3种：一种是绿滨垫护坡型式；第二种是干砌块石下垫土工布反滤；第三种是连锁砖护坡，同样下垫土工布反滤。

(1)绿滨垫护坡

绿滨垫护坡的前身是铁丝或铅丝石笼，从建国以后的水利工程实例中就有广泛应用，2005年以后，随着国家大力提倡生态水利，铁丝或铅丝耐久性差，腐蚀后对水体有污染的特点被逐渐放大，因此其替代和升级产品绿滨垫护坡应运而生，且在短时间内占据了全国水利工程治理的很大份额，经近10 a来的工程运用，其效果也得到了广泛的认可。其优点主要为：柔性材料、适应变形能力强；有网箱对填充石料进行保护，工程整体性好，抗冲刷性能突出；由于其填充石料间的空隙可以落淤，进而生长野草、野花等植被，其生态性能相对较好。缺点是相对的，与干砌石护坡相比，其工程投资较高；与连锁砖单平米投资相差不大，但其施工速度较连锁砖稍慢。

(2)干砌石护坡

干砌石护坡技术应用的历史较久，从级配碎石垫层发展至现在的土工布垫层，虽然垫层型式有所改变，但干砌石的护坡原理并未有明显变化，即利用块石的自身重量抵抗水流的冲刷，消减近岸水流流速和改变水流流向，降低水流对其后岸坡的冲蚀作用，进而达到保护岸坡的目的。其优点是：施工工艺简单、施工进度快、工程造价低。缺点为：工程整体性差，各石块之间元法形成一个整体，局部损坏松动后，工程整体效果大打折扣：施工质量难以控制，在工程外观和实用之间的平衡不好掌握，按照设计要求，干砌石砌块的最小粒径、填充度、小于标准粒径的百分比等均可以提出具体设计值，但在具体施工中，无论是现场施工指导、监理或检测，均较难实际量化，因此，施工质量不好保证；另外在工程外观和实用之间往往需要有所取舍，从工程外观上一般要求块石的平面向上以使得工程整齐度高，但工程实用上要求平面向下，以尽量提高块石稳定性，并利用凸凹不平的一面破碎水流，分散水流流速和流向，降低水流对岸坡的淘刷能力，这两个要求在实际施工时有时很难兼顾。

(3)连锁砖护坡

连锁砖护坡兴起于20世纪90年代末，被水利工程广泛应用则要到2000年以后，其主要用途用以代替传统的混凝土面板护坡和机制模袋混凝土护坡，个别工程也有用其代替铁丝石笼或浆砌石护坡的实例，但效果一般。连锁砖护坡区别于堤防护坡型式中的联锁砖生态护坡，主要在于连锁砖通过上下串联的钢绞线达到将一个坡面的垂向砖块固定为一介整体，并通过连锁砖块体的彼此咬合作用，将横向上的各砖体之间形成一个整体，既能一定程度上适应坡面地形的变化，又能在变化处保证其护坡基本仍作力一个整体，而联锁砖生态护坡则没有钢绞线相连，仅通过彼此咬合进行连接，地形适应能力及结构强度与连锁砖有着很大差别。连锁砖护坡的优点为：全部建筑材料均为预制件，施工简单、快速，由于有钢绞线相连接，其结构强度较干砌石护坡和传统的联锁砖要高很多，基本与格宾石笼持平。缺点为：为了提高其抗冲刷性能，其中空砖无法应用，这就使得其生态效果较干砌石和格宾石笼要差得多，其坡面基本无法作为植被生长的载体；另外从工程造价角度，其价格也是护坡材料中相对偏高的；还有从管理角度，由于其钢绞线可以被广泛用于农业生产生活，连锁砖的高平整度又比较适合农村的装饰装修，因此其人为损坏的几率也比其他护坡型式要更高，管理难度较大。

各种护坡材料的主要优缺点比较见表2。

表2 护坡材料优缺点特性比较

经以上3种坡式护岸工程比较，可以看出，绿滨垫护坡由于格宾网箱采用了防腐技术，解决了其原本运行寿命较短的问题，也使其在生态性能、价格优势以及整体性和牢固性方面的优点更加突出，与其他两种护坡型式相比，适用性与本次工程治理特点更为契合。

因此，本次坡式护岸工程主要采用绿滨垫护坡的工程型式，设计边坡坡比为1∶2，通过开挖或回填土方使边坡满足设计边坡要求，其上铺设绿滨垫护坡，绿滨垫护坡厚0.4 m，绿滨垫下设0.2 m厚砂垫层与400 g/m2土工布。绿滨垫上端至设计坡顶，坡顶封顶宽1.0 m，下端与固滨笼护脚衔接。护脚采用固滨笼型式，固滨笼尺寸为高1.5 m、宽1.0 m。典型断面图如下：

图1 绿滨垫护岸典型断面示意图(单位：mm)

2.1.2 墙式护岸工程

墙式护岸工程目前应用较为广泛的主要有浆砌石挡墙、混凝土直墙式挡墙、直立式石笼墙等型式，以上工程型式优缺点如下：直立式石笼墙造价较混凝土挡墙稍低，工程建成后生态效果较好，具有良好的透水功能、极佳的稳定性和整体性，施工方法较简便，景观效果佳，且有着较强的抗冲刷和抗风浪袭击能力。但该工程型式施工开挖断面较大，且居民密集生活区域后期养护、管理成本较高，因此该工程型式于农村段防护工程建设较为适用。混凝土挡墙工程建设效果较好，工程施工质量易于保证，且后期工程养护、管理较为简便，缺点是工程造价稍高，该工程型式于城镇段防护工程建设较为适用。浆砌石挡墙工程造价相对较低，与混凝土挡墙相比，施工开挖断面稍大，且施工质量不易控制。

墙式护岸各种工程型式的主要优缺点比较见表3。

表3 墙式护岸工程型式优缺点特性比较表

经以上3种墙式护岸工程材料的比较，结合工程实际情况，本工程中多为农村段防护，故直立式石笼墙型式与其他两种护坡型式相比，适用性与本次工程治理特点更为契合。

因此，本次墙式护岸工程主要采用直立式石笼墙的工程型式：石笼网箱每单元高1.0 m，每单元石笼网箱宽1.0/1.5 m，各层石笼网箱背水侧齐平，迎水侧较上层格宾石笼宽0.5～0.7 m，格宾石笼基础下设0.2 m砂垫层。典型断面图如图2所示。

图2 直立式石笼墙护岸典型断面图(单位：mm)

2.2 穿堤建筑物工程

本工程处于低山平原区，河道两侧全部为农田，为保证农田排涝，在河道边坡下共修建1处箱涵，位于4+800处左岸。该处箱涵底高程与现状河道底高程保持一致，箱涵由3.0 m长的进口段、8.0 m长的涵身段和3.0 m长的出口段组成。进口段和出口段两侧布置1.0 m高的八字挡墙，与箱涵平顺衔接，涵身采用1.0 m(宽)×1.0 m(高)的箱涵。

2.3 植物固滩工程设计

大凌河建昌县碱厂乡(磨石沟-必里营子段)河道两岸存在岸坡缓于1∶3.0的河滩地，缺少植物覆盖层，存在水土流失迹象，本次在其与耕地交界处，采取植物固滩措施，以减少水土流失、保护滩边耕地免受冲刷[3]。

考虑到大凌河建昌县碱厂乡(磨石沟-必里营子段)栽植区域具体情况，固滩措施应选择耐水湿、耐瘠薄土壤、固土能力强、适宜水边生长的植物[4]。为保障树木成活，并与周边环境相协调，根据各类乔木形态特征及生态习性，推荐采用当地乡土树种——杞柳，作为固滩措施树种。

杞柳的栽植行、株距均为0.5 m，呈品字形，栽植3排，起到植物固滩并减少水土流失的作用。

树苗规格：胸径2 cm，裸根苗栽植。栽植前应进行穴状整地，采用人工挖种植穴。穴状整地规格见表4苗木栽种后，回填土壤要充分打碎、打松，恢复土壤结构，局部土地肥力较差的还可以在实施时添加一部分有机肥料。

表4 种植整地规格

3 结 论

季节性河流生态治理工程的研究应该是一个长期的、颇具前瞻性的研究，应充分认识其意义所在，选择科学可持续的治理措施，不断探索先进手段，为河道增添活力，为人类创造良好的自然风光。