生态护坡型式在西江干堤险工段治理中的运用

王纬一，吴 龙

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广东 广州 510635)

随着社会经济不断增长、人民生活水平不断提高，人民的精神文化需求也日益增长。当下水安全保障问题中，堤防除险加固的任务不仅要求河畅水清岸固，同时应实现岸绿景美的目标，为当地居民建设喜游乐到的美好去处，本文结合田螺村险工段治理工程实际，分析生态护坡型式在堤防除险加固中的运用问题。

1 工程概况

田螺村险工段位于西江左岸，迎水坡深槽迫岸严重，水下岸坡陡峻。该段属西江中下游干堤，下游紧接三榕峡，受西江风浪作用较为强烈，同时本工程地处亚热带，雨量充足，受台风的影响较大，下游河道束窄，且位处凹岸，受迎流顶冲及河道的环流影响，主流偏向河岸，堤坡基础局部直接临水，且堤岸岸坡抗冲刷能力较差(堤基上部为人工填土、粉质粘土，软塑～可塑状；中部为淤泥质粉质粘土，松散状；下部为淤泥质粉砂，软塑状。)，河漫滩逐渐被冲刷、淘蚀变形。岸坡易崩塌失稳，危及堤身安全。

2 方案比选

河道堤防护岸断面型式主要有直立式(挡墙、桩墙)、斜坡式(砌石、模袋混凝土、混凝土联锁块、石笼、草皮护坡等)、复合式直立式护岸，多用于受土地严重制约的城镇河段治理中，更能体现其节省用地、稳固、耐久性强的特点。挡墙护岸型式对基础承载力有着一定的要求，常采用干地施工，需对工期有着较为科学合理的安排，或采用围堰措施，投资较高；由于本工程堤岸沿线主要岩土层为厚层粉质黏土层和淤质粉质黏土层，若采用桩墙式护岸，需在堤岸设置桩基穿过滑动面，桩长要求较长，桩底很难进入持力层，处理效果不明显，且投资及施工难度相对较大。

斜坡式护岸中模袋混凝土护坡、石笼护坡、砌石护坡都有着较好的整体性，强度高，抗冲流速大，但生物恢复较慢，且砌石护坡同样需要干地施工，施工方法存在一定的局限性；模袋混凝土护坡可直接水下施工，对复杂地形的适应性较强，但植被较难生长，景观效果较差，更适用于常年浸水的水下岸坡防冲；混凝土联锁块施工简单快捷，有一定结构强度，具有一定的耐冲刷性，多孔结构有利于植物繁殖，且有利于边坡内外水位平衡，适用于水位变化区；石笼护坡同样具有较强的抗冲刷性，根据以往工程应用经验，植物可在石缝中生长，但覆盖度不高，且石笼的合金属网易挂带杂草、树根、塑料袋等垃圾，使得水位下降后岸坡很不美观、且难于清理，因此其更适用于水下护脚；草皮护坡生态、美观、造价低，但不耐冲刷，不耐水位波动，适用于高频洪水位以上的岸坡防护。

针对本工程险段的实际情况，该段堤防护岸措施需具有抗冲刷特点，以应对水流紊乱环流冲刷问题，且堤脚须扎实稳固，避免堤脚受迎流顶冲影响，淘刷变形。由于田螺村地理位置紧邻县城，存在一定的人口数量，结合本工程的特点，岸坡防护结构设计要与周围自然、人文环境协调，在满足工程安全的前提下，采用扎实稳固的生态型护岸措施。根据《广东省水利工程生态设计技术指南》[6]意见，堤岸设计应尽量采用当地的、多孔性、透气性的材料，优先考虑植物护岸，避免堤岸硬化。有条件时尽量选用斜坡式堤防或护岸，采用植物措施或生态材料护坡，从有利于植物生长保护水土、利于管护的方面，选择适宜的斜坡坡度。结合本堤段现状地形情况，综合考虑上述问题，采用斜坡式护岸，并根据本段堤围各典型水位情况，将整体堤防结构分为三级，针对各级特点因事施制。

多年平均年最高水位以上由于受水流侵蚀情况较少，多为雨水冲刷，因此，采用草皮护坡；综合考虑风浪、水流冲刷、通航船行波等因素的影响，且本段堤岸水下岸坡高陡，本次设计在年平均高水位以下采用硬质护坡。考虑到多年平均年最高水位较高，若一坡到底采用混凝土护坡则美观上有较大影响，且平均年最高水位至施工期水位间存在着间断性水位变化，冲刷情况是间歇性存在，采用连锁式植草砖护坡，既防水流、暴雨冲刷，又生态、美化环境。同时在地形条件允许的情况下，结合碧道设计在略低于多年平均年最高水位处设置绿道，方便周边村民休闲散步；施工期水位处设一级马道兼作亲水平台供村民游憩；施工期水位以下到迎水坡坡脚处，由于边坡常年浸水，则采用防护效果优良的模袋混凝土护坡，经久耐用、减少维护工程量。方案效果见图1。

图1 工程平面效果图

3 护坡断面设计

3.1 护坡典型断面

根据堤身土性质，堤身先清基再开挖，以筛除草根生活垃圾等杂质，开挖料掺黏土回填，减少弃渣。草皮护坡及连锁砖中的草种经生物学及生态学特性比较后选择当地适生的种类，随着生长逐步发挥水土保持措施功能，水土流失得到一定程度的控制与改善。

根据本文上述论述、现状地形及以往工程经验，本段堤防加固断面为，第1级：从坡顶至多年平均高水位间采用草皮护坡，按1∶3培厚岸坡；第2级：多年平均高水位以下至施工期水位间采用联锁式植草砖护坡，坡比为1∶3；第3级：施工期水位以下岸坡陡峻位置，采用土工模袋混凝土和抛石护坡相结合的固脚方案，水下抛石回填至施工期水位，抛石面上铺设C25模袋混凝土，边坡坡比1∶3，以提高坡体抗冲能力。护坡设计断面见图2。

图2 典型断面设计图

对设计护坡断面做岸坡稳定验算，验算成果见表1。

表1 典型断面岸坡稳定验算成果表

由验算成果表可知，本段堤防各种工况堤坡抗滑稳定最小安全系数均满足规范要求。

3.2 模袋混凝土厚度设计

根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》(SL/T 225-1998)[1]规定，抗漂浮所需厚度按下式计算：

式中：c为面板系数，本工程中模袋混凝土护面接缝位置设反滤措施，取c=1.5；Hw、LW分别为波浪高度、波浪长度，计算值分别为0.3 m、10.3 m；Lr为垂直于水边线的护面长度，取100 m；m为边坡系数，取m=3；γc为混凝土有效容重，kN/m3；γw为水容重，kN/m3。

经计算，确定模袋混凝土厚度为0.2 m满足抗漂浮要求。

同时，模袋混凝土厚度确定需满足抗弯曲应力计算要求：

δ≥Fs0.2874a2γc/0.5R1.5

a为假定模袋混凝土底面架空位置为正方形时的边长，由公式可知模袋混凝土的厚度与a成正比关系，由于水下抛石面层平整度很难保证，因此本次设计模袋混凝土底面设300 mm厚碎石垫层找平，经验算满足要求。

3.3 模袋混凝土稳定计算

根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》(SL/T 225-1998)[1]规定，抗滑稳定安全系数按下式计算：

式中：L2为坡面模袋长度，取L2=35 m；L3为坡脚以外模袋长度，取L3=10 m；m为边坡系数，取m=3；α为斜坡倾角，取为18°；H为护面高度，取H=22 m；fcs为模袋与土壤的摩阻系数，该险工段摩阻系数取0.5。经计算，险工段模袋护坡抗滑稳定安全系数为1.685，满足规范要求。

由于第3级模袋混凝土护坡经常性处于水下，模袋混凝土护坡在接缝位置、坡顶、坡脚处为薄弱环节，土体易从此处随水流流失，久而久之造成护坡局部塌方。针对此问题，在模袋混凝土护坡接缝位置搭接反滤土工布，对护坡内土体进行反滤；在略高于施工期水位处设置C25混凝土压顶，将模袋混凝土端头置于护坡结构内部，避免土体被水流淘刷，增强护坡结构稳定性；坡脚位置针对河床可能存在的下切问题，需采取措施使模袋混凝土结构适应河床变形，由于赛克格宾有着整体性好、不易流失、适应变形能力强的特点，本工程建议采用赛克格宾压脚，进一步增强模袋混凝土稳定性[4]。

3.4 护脚抗冲刷计算

在水流作用下，根据《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)[2]，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径(折算粒径)可按下列公式计算：

式中：d为折算粒径，按球形折算；W为石块重量；V为水流流速；g为重力加速度；C为石块运动的稳定系数；按水平底坡C=1.2；γs为石块的容重，取23 kN/m3；γ为水的容重，取9.81 kN/m3。

经计算，本工程赛克格宾压脚设置1 m厚度，块石重量控制在35 kg～80 kg之间，满足冲刷深度要求。

4 结语

近年来，随着“绿水青山就是金山银山”理念的不断深入人心，生态型水利建设也被广泛倡导，对大江大河沿线的堤防整治提出了更高要求。堤防整治要考虑地形、洪水流向、堤基土质等因素，同时要充分考虑当地的实际情况，遵循人与自然和谐共处的治水思路。堤岸防护措施在确保防洪保安的前提下，满足人民群众亲水要求，同时兼顾生态保护和环境建设需要。本文秉持迎流顶冲的治理重在防冲的观点，论述了不同水位下各护坡材料防冲效果及施工方式的适用情况，复核防冲结构的断面尺寸，针对可能出现的问题，提出处理措施，同时根据本工程治理任务及现状情况，适当布置适合当地生态文明及环境、体现当地水文化特色的工程措施，尊重现有的场地特征，体现功能与自然景观结合的理念，强调亲水功能，建立合理的人居措施，希望对后续的生态护坡方案及应流顶冲段堤岸设计提供参考意见。