加筋生态砌块护岸在河道综合整治中的应用

2022-04-22李晓鹏刘志成

广东水利水电 2022年4期

关键词：植草砌块护岸

李晓鹏，刘志成

(1.广州市水务规划勘测设计研究院有限公司，广州 510640；2. 珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广州 510640)

1 概述

我国幅员辽阔、水系发达，经济繁荣、社会发展、环境改善都与河湖水系有着重要关系[1]。

传统的河道整治受限于用地、资金、工期、技术水平等条件，河道断面往往采用“三面光”的硬质结构，虽达到了防洪排涝的功能，但阻断了堤岸内外的水交流通道，破坏了河道原本的生态系统，不利于水生动植物依附，生态景观效果较差[2]。

党的十八大以来，党中央推动生态文明理论创新、实践创新、制度创新，提出一系列新理念新思想新战略新要求。党的十九大报告将“坚持人与自然和谐共生”作为新时代坚持和发展中国特色社会主义的基本方略，明确指出建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。国务院印发了关于河道综合整治的一系列文件，河道综合整治工作在全国如火如荼开展[3]。

河道综合整治应坚持“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时代治水方针，全面统筹，打造集防洪、生态、景观、自净效应于一体的生态护岸[4]，实现河道整治的“安全化、生态化、品质化”目标。

2 生态护岸

生态护岸是指利用植物措施与工程措施，在达到堤岸稳固、防洪排涝要求的同时，还具备使河水与土壤相互渗透、增强河道自净能力、产生景观效果的一种河道护坡形式[5]。在保证河岸稳定和行洪要求的基础上，维持物种多样性、维护生态系统的动态平衡、提高系统自我调节与修复的能力、改善周围环境。

生态护岸应满足：防洪排涝要求、抗冲刷要求与结构稳定安全要求；多孔隙、透水、透气，有利于河道与河岸的水体交换；有利于生境塑造；尽量采用天然材料，尽量避免对水环境产生不利影响；就地取材、经济合理、施工方便[6]。

常用的生态护岸类型包括草皮护坡、三维土工网植草护坡、植生袋植草护坡、抛石护坡、干砌石护坡、格宾石笼护坡、雷诺护垫护坡、无砂混凝土护坡、加筋鱼巢箱护岸、加筋生态砌块护岸、生态板桩护岸等，实际工程中可根据现场情况选择一种或多种组合使用[7-8]。本文着重介绍加筋生态砌块护岸，并结合实例说明其应用的优劣性。

3 加筋生态砌块护岸

3.1 加筋生态砌块护岸介绍

加筋生态砌块护岸属于加筋重力式挡土墙，由互嵌式生态砌块交错堆积、墙后加土工格栅筋带形成护坡结构，护坡断面见图1。生态砌块为具有竖向卡锁结构、柔性结构、生态孔的对称砌体结构，各式生态砌块见图2所示。砌块强度一般不小于C25，砌块施工时逐层人工砌筑，砌块顶部可设置花槽。常水位及水位变动区砌块中孔可填充种植土，种植植物装饰坡面，水下部分砌块中孔可作鱼巢。生态砌块的多孔型结构使得被保护的土体与挡墙外的水体或空气能够开放式地直接接触，具有较强的透水性和较好的抗冲性，同时也为水生动植物提供了类似于自然的生息环境[9-10]。

图1 加筋生态砌块护岸断面示意(单位：mm)

图2 各式生态砌块示意

3.2 加筋生态砌块护岸施工工艺

3.2.1加筋生态砌块护岸施工步骤

1) 基础开挖、平整后，铺设碎石垫层并夯实或抛石。

2) 浇筑混凝土基础，基础上端用灰浆(10 mm)找平。

3) 第1层是否铺设平整、流畅对整个护坡的构造及美观有很大影响，故须通过放线排列砌块，控制左、右及水平位置。

4) 砌块铺设：确认砌块码放水平、垂直后放置固定连接棒。

5) 在砌块后铺设碎石垫层和300 g/m2土工布，并铺设土工格栅。反滤土工织物与土工格栅按设计要求搭接，一般搭接宽度为20 cm。

6) 砖体背后回填、夯实：回填土时每一层的施工厚度应控制在15～20 cm。为了防止前侧砌块的倾斜，回填从前部开始施工，与前侧砌块保持平行；在土工格栅上铺土时，需注意不使土工格栅移动位或受损；砌块后1 m范围内，为了防止因过分夯击而产生的侧向应力和砌块的移位，只能使用小型夯击设备进行人工夯实，回填密实度应满足要求；夯击至土工格栅材料表面时，夯击设备不能直接压在格栅材料上面，必须达到指定的铺设厚度后再夯实。

7) 砌筑最上一层砌块与其相邻层用灰浆(10 mm)附着，砌筑完毕后，最上一层砌块与岸坡结合处浇筑20 cm厚封顶混凝土防止脱离。

8) 生态砌块砌筑完成后，用种植土填充砖孔和接缝，并按要求播种草籽或种植植被，形成生态防护结构。

9) 施工完成后，应对加筋生态砌块护岸进行平整度检查和变形监测。

3.2.2加筋生态砌块护岸质量标准及验收

加筋生态砌块护岸主要施工质量控制标准包括生态砌块砌筑质量检查与墙后填土压实度质量检查。

1) 生态砌块砌筑质量标准

生态砖砌块应尺寸准确、整齐统一、表面清洁无破损；砌块铺砌应平整、稳定、缝线规则；砌筑后的挡墙应平顺、美观、整体性好；挡墙轴线偏移应控制在10 mm内；砌筑过程中应在每层砌块砌筑完成后均进行高程和垂直度检查，采用施工段落两端拉标高控制线、砌块下砂浆找平的方法进行高程调整，每层砌块砌筑质量均应严格控制，否则将影响上层砌块砌筑质量。

2) 回填土质量检验

回填土分层厚度为每层15～20 cm，每层回填完成后必须报请监理单位及时取样试验，据此进行隐蔽工程验收并进行记录。上一阶段回填未经验收合格，严禁下一阶段回填。护岸后方填土按长度50 m取一组试样进行相对密度检测，压实度应不小于0.92。

3) 施工观测

每段护岸结构(一般为10 m)挡墙顶端设固定的沉降位移观测点(在顶部设置标志，铜制圆钉)。墙后回填、墙前土方开挖过程中，应进行定点的沉降位移观测。沉降位移观测原则上每天1次直至位移稳定，观测控制标准为5 mm/d，若发生异常位移，应立即停止回填、开挖并采取支护措施。

4) 护岸整体尺度

轴线位置：土20 mm，每单元测量两端和中部3点，用经纬仪和钢尺检查。

墙顶标高：土20 mm，每单元测量两端和中部3点，用水准仪检查。

3.3 应用的优势与局限性

加筋生态砌块护岸相较于其他护岸形式具有以下优势[11]：

1) 安全性高、耐久性好。加筋生态砌块护岸互相嵌固，整体性好。墙后填土采用土工格栅加筋技术，结构稳定。砌块为混凝土材质，耐冲刷。

通过观察节点Sampler所得到的数据集，其中数据的分布并非线性。SVM通过一个映射函数，将低维的输入空间Rn映射到高维的特征空间H。实现过程中，本文使用了径向基核函数(radial basis function)，其中最常用的RBF为高斯核函数:

2) 成形美观、生态环保。加筋生态砌块护岸施工外立面一致规整、整齐美观，且不对河道造成真正硬底化，保证地表水与地下水流通顺畅。生态砌块预留孔洞可种植植物或留作鱼巢，为水生动植物提供了类似于自然的生息环境。

3) 施工快捷、质量高。生态砌块一般采用模块化设计、标准化生产，质量稳定，节约了工期。加筋生态砌块护岸采用装配式施工，较传统方式更便捷，质量和进度更有保证，成本也更易控制。

4) 性价比高。加筋生态砌块护岸为柔性结构，地基适应能力强，在结构计算允许时，挡墙越高、地基越差时使用此护岸越能有效降低造价，性价比越高。

但加筋生态砌块护岸在应用中也具有以下局限性：

1) 要求有必要的临时用地。加筋生态砌块护岸需对堤岸进行临时开挖，墙后换填土方或中粗砂并嵌固足够长度的土工格栅，保证结构稳定。

2) 需新建围堰，非汛期施工。由于加筋生态砌块护岸需开挖堤岸，因此施工时需修筑临时围堰，并考虑非汛期安排施工，保证施工安全。

3) 设计时需结合地质条件严格验算堤岸外部稳定性和筋材内部稳定性[12]。加筋生态砌块护岸依靠预制砌块通过加筋带连接构成的复合体自重、筋带与土层间摩擦达到稳定。设计时应严格计算复核，保证结构的稳定性。

虽然加筋生态砌块护岸在应用上具有一定的局限性，但其具有耐久性好、生态美观、施工便捷、质量稳定、地基适应性强、性价比高、适用范围广等优点，可在河道综合整治中应用和推广。实际应用中需严格设计、合理安排施工、取得必要的临时用地。

4 加筋生态砌块护岸的实际应用

某河涌进行整治，整治长度约为400 m，现状河涌宽为6～8 m，两岸为土堤或破损的浆砌石结构。河道内杂草丛生，阻碍行洪，堤岸两侧距离河涌堤岸边线约8～10 m处有道路。河涌整治要求在满足防洪排涝功能的同时兼顾河涌生态景观建设，且尽量少占地。

该段河涌堤防工程级别为4级，设计水位为1.43～1.45 m(珠基高程，下同)，设计河底高程为-1.50～-1.47 m，设计河底宽度为8 m。现状两岸堤顶高程为2.49～3.01 m，现状堤顶至设计河底高差为3.99～4.48 m。

本工程用地有限、地质条件较差、开挖深度大、工期紧张、投资有限，且整治后的堤岸不仅要满足防洪排涝、保障水安全的要求，还要达到绿色生态美观的效果。

4.1 设计方案

1) 方案1：加筋生态砌块护岸

该方案护岸结构为复式断面，设计水位以下护岸由生态砌块堆叠形成，基础采用素混凝土和碎石垫层，干砌石护脚，基础下设5 m长预制砼方桩。设计水位以上采用三维土工网植草护坡，两岸堤顶设置3 m宽堤顶路。为减少临时用地，施工时在左右两岸用钢板桩作为临时支护(见图3)。

图3 加筋生态砌块护岸断面示意(单位：mm)

2) 方案2：松木桩护脚+植草护坡

该方案护岸结构采用松木桩护脚+植草护坡，选择尾径为100 mm的松木桩，密排打在坡脚处。松木桩桩顶高程为设计河底高程以上1.0 m，桩间回填碎石，桩前抛石，桩身入土深度不小于桩长的2/3。松木桩以上坡面采用三维土工网植草护坡，两岸堤顶设置堤顶路(见图4)。

图4 松木桩护脚+植草护坡断面示意(单位：mm)

3) 方案3：浆砌石挡墙护岸

该方案护岸形式为浆砌石挡土墙+植草护坡，设计水位以下护岸为浆砌石挡墙，挡墙基础采用素混凝土垫层，抛石护脚，基础下设5 m长预制砼方桩。挡墙顶设素混凝土压顶。设计水位以上采用三维土工网植草护坡，两岸堤顶设置3 m宽堤顶路。为减少临时用地，施工时在左右两岸用钢板桩作为临时支护(见图5)。

图5 浆砌石挡墙护岸断面示意(单位：mm)

4.2 方案比选

3种方案征占地面积、造价及优缺点对比见表1。

由表1可知，3种方案均安全可靠，方案1、方案2更自然生态，方案1、方案3施工耐久性更好。在实际应用中，方案1施工便捷、生态效果好、耐久性好、性价比高。通过从安全性、生态性、景观性、经济性、可实施性的对比，选定方案1加筋生态砌块护岸为最终方案。

表1 河道护岸断面形式比较(每延米)

4.3 结构验算

加筋生态砌块护岸应验算堤岸外部稳定性和筋材内部稳定性。堤岸外部稳定性验算包括抗水平滑动稳定性验算、抗深层圆弧滑动稳定性验算、地基承载力验算。筋材内部稳定性验算包括筋材强度验算、抗拔验算。具体计算公式及要求可参照《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)、《土工合成材料应用技术规范》(GB 50290—2014)等规范文件。

经计算，方案1的堤岸外部稳定性和筋材内部稳定性均满足规范要求，切实可行。