综合生态护岸技术在河流疏浚治理中的应用研究

庞立强

(湛江市雷州青年运河管理局廉江市广鹤水利白蚁防治工程公司，广东 湛江，524000)

0 引言

近年来，我国自然灾害频发，特别是洪涝灾害严重影响了人民的生活，威胁着人民的生命财产安全。河道具有排灌、泄洪、防涝及保护生态环境的作用，但近年来大部分河道淤积现象严重，从而抬高河床和水位上升，造成严重的洪涝灾害[1－3]。因此，河流疏浚治理对防治洪涝灾害意义重大。

由于河流疏浚过程会形成许多不稳定岸坡，河流疏浚治理过程需同步进行岸坡防护等措施，保证堤防河岸稳固，通过采取这样的措施可以使洪水到来时的提防区域避免洪水灾害，规避掉因为洪水灾害造成的绝顶、漫顶、溃坝、溃堤等险情[4－6]。常见的护岸施工技术有坡式护岸、墙式护岸、土工布、播种草籽等，其中坡式护岸包括抛石护脚和沉枕护脚等[7，8]。然而，现有研究在河流疏浚治理时，往往只采用单一的护岸技术，无法有效地整合不同护岸技术的优势[9]。此外，河流疏浚治理在满足防洪减灾要求的同时，也要保证对沿河人居环境的改善，服务美丽乡村建设。综合多种植物措施的生态护岸技术可同时满足上述要求。

本文以某工程河流疏浚治理为例，采取护岸加固、河道清淤等工程措施及生态措施，基于10年一遇的防洪标准，打造河道沿线村庄，减少农田遇暴雨受淹的频率，实现防洪减灾的目标。本文综合了生态护岸技术和传统护岸技术，有效实现了防洪减灾要求和改善环境的同步目标，可为后续类似工程实施提供理论依据和技术参考。

1 工程概况

1.1 工程背景

该工程治理河道流域受海洋性气候影响，台风活动极为频繁，一般发生在7－10月间，台风烈作之时往往带来暴雨引起暴潮，一年中常出现3～6次。造成该河道流域洪(潮)涝灾害的主要原因有以下两点:(1)自然条件先天不足，风暴潮、洪涝灾害频繁。暴雨集中强度大:地处沿海地区，属于亚热带季风气候，每年4－10月为汛期，气温高，降雨量大，随时可能遇上台风天气，夏季常受台风侵袭，极易形成台风、暴雨和洪涝灾害；(2)其他客观原因，导致该河道从未进行整治，河道弯曲、局部坍塌。该河道全长35km，河道流经、丘陵台地区域，河道蜿蜒曲折。历史上，未进行过全面整治规划，局部河段坍塌。

1.2 河道现状与问题

该工程共整治河道8.241km，根据该河道的河流走势和水系关系，把该河道分为以下三段进行描述。

1.2.1 河道I段(桩号K0＋000～K1＋150段)

河道治理上游，河道沿线为丘陵台地，岸坡不高，河道坡降2.15‰。其中水库溢洪道出口段约300米和沿途村庄水陂出口段河道坡降大，水流急，受水流冲刷，河岸部分崩塌。如图1所示，河道主槽断面较宽，部分河段的河岸滑坡坍塌。溢洪道出口段和水陂出口段河岸受水流冲刷，河岸部分崩塌。

图1 河道I段现状

1.2.2 河道Ⅱ段(桩号K1＋150～K4＋500段)

该段河道长3350m。河道沿线为低丘台地，蜿蜒曲折，在平面上出现多个“S”型河湾，岸坡不高，平均高度2.5m，两岸岸坡均为土坡，河道坡降2.90%，各水陂上游有淤积厚度不等的情况。如图2所示，该段河道防洪标准低，沿岸耕地逼占河岸，水土流失严重，导致河道缩窄。此外，经过村庄河段由于人类活动频繁，护岸损毁严重，农业垃圾等倾倒入河，造成河道堵塞，缩窄了河段行洪断面，河道两岸的滨水环境极差。

图2 河道Ⅱ段现状

1.2.3 河道Ⅲ段(桩号K4＋500～K8＋241段)

该段河道长3721m，该河段下游连接水库。该段河道沿线为丘陵台地，蜿蜒曲折，在平面上出现多个“S”型河湾，岸坡不高，平均高度4.0m，两岸岸坡均为土坡。如图3所示，多数河段处于不设防的状态，经现场勘察，大多数水陂都是附近村民为了灌溉附近耕地自发建设，建设时间久远，设计标准低，陂体均为浆砌石结构，局部破损，脱落，消力池等防冲设施不齐全，下游河床冲刷严重，个别水陂甚至已经崩塌，失去了效益。

图3 河道Ⅲ段现状

1.3 场地工程地质条件

根据区域地质调查，区内地层分别为第四系残坡积层、第四系冲积层和第四系残积层，基岩为火

山岩层。现由老到新分述如下:

(1)火山岩(β313(a)b):风化面褐色，新鲜面灰黑色，拉玄结构，气孔状构造，气孔呈圆形、椭圆形。

(2)第四系残积层(Qel4):为第四系全新统沉积物和玄武岩风化残积层组成，分布广泛。

(3)第四系冲积层(Qal4):为杂色、灰、浅灰、浅黄相杂色及浅黄等色粘土、粉质粘土、砂质粘土及细砂、中砂、粗砂等，呈不等厚互层，含炭化植物碎片。

(4)第四系坡积层(Qdl4):褐红色，稍湿－湿，可塑，为玄武岩全风化残积土，含少量风化岩碎石。

全新地质时期区域构造活动性弱，地壳基本稳定，地质构造对建设工程影响小。

因此，本工程采取护岸加固、河道清淤等工程措施及生态措施，基于10年一遇的防洪标准，打造河道沿线村庄，减少农田遇暴雨受淹的频率，实现防洪减灾的目标[6]。

2 河道清淤疏浚工程设计

为使河道沿线村庄均达到10年一遇的防洪标准，工程对治理范围内7.013km长的河道进行清淤，对挤占河道的河段进行开挖拓宽，对被侵占的河道上违章建筑和阻碍行洪的障碍物清除。根据河道地质情况及存在问题分五段(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V)进行清淤疏浚。

2.1 清淤疏浚河床比降的确定

河道疏浚设计比降的确定与河道所经过的含沙量、水流流量、土质及地形条件有关，并应满足不淤不冲的要求[5]。河道现状的纵比降是河道经过长年累月运行的结果，是河道自动调节的结果。因此，每段河道实测平均纵比降与设计河道纵比降取值基本拟合[5]。河道的设计纵向比降见表1。

表1 设计河床的比降

基于确定的河道设计纵比降后，按照以下公式，确定河道疏浚底高程。

式中，Zi为计算点处河道疏浚的底高程；Z0为河道疏浚的起点高程；J为河道的设计纵比降；Li为河道疏浚的起点至计算点处距离。

2.2 清淤疏浚河床断面确定

该工程清淤设计根据现状河道实测断面，推求现状水面线，分析河道阻水的地方，初步拟定设计断面，然后根据设计断面推求设计水面线。拟定的设计断面在满足堤防稳定、节省投资的前提下，将能保证设计洪水安全通过的河底宽度，确定为最小的河道疏浚宽度。各段疏浚的河底宽度原则上不应小于最小的河道疏浚宽度，并且根据每段河滩宽度和过水断面情况加以适当调整。

3 综合生态护岸技术方案设计

河流疏浚治理过程需同步进行岸坡防护等措施，而护岸工程需根据各河段的保护范围、存在的问题、治理目标采用不同的工程措施，宜分段设计。

护岸采用挡土墙护岸措施必须根据地形地貌、河岸高低、基础好坏情况来决定。本次中小流域治理中拟对河道护岸进行加固，措施进行综合比选，方案比较如表2所示。

表2 护岸挡土墙方案的综合比较

综合考虑地形地质情况、造价、耐久性及环境生态要求，对景观要求高，需结合美丽乡村建设需要的河段，采用浆砌石挡墙；对滑坡坍塌段，采用混凝土挡土墙护岸。

3.1 生态护岸工程典型断面设计

3.1.1 典型断面一

在该段河道左右两岸新建格宾护垫护岸＋格宾石笼护脚，建设护岸长1.24km。新建格宾护垫护岸＋格宾石笼护脚，护脚厚0.8m，宽1.5m，护脚以上及设计水位以下新建格宾护垫护坡，护坡厚0.4m，坡比1∶2，设计水位以上设置草皮护坡，坡度1∶2。共建设宾格石笼护脚护坡1.24km。典型断面如图4所示。

图4 典型断面一

3.1.2 典型断面二

在左右岸建设生态网格石笼，上部为坡度1∶2的草皮护坡，共建设生态网格石笼1.944km。典型断面二见图5。

图5 典型断面二

3.1.3 典型断面三

典型断面3的实体墙用于工程固岸，浆砌石迎水面不勾缝采用当地村民浆砌块石铺砌，下部考虑了泄水口。新建宽1.5m的人行步道，上部为1∶2的草皮护坡。浆砌石挡墙高1.7m～2.0m，顶部宽0.5m，底宽1.1m，基础厚0.5m，宽1.8m。浆砌石迎水面不勾缝采用当地村民浆砌块石铺砌，美观大方，与沿岸村庄环境协调统一。共建设浆砌石挡墙2.495km。典型断面三见图6。

图6 典型断面三

3.1.4 典型断面四

在桩号K3＋600～桩号K3＋695段左岸河堤和黄定村3号水陂是当地村民和政府为抬高水位引水而修建的，缩窄了该河段行洪断面，致该河段浅窄，河道淤积堵塞，左岸出现多次崩塌决口。该断面治理适当拓宽河道以增加行洪断面，并选用C20混凝土挡土墙护岸形式，下部考虑泄水口，以稳固河岸。C20混凝土挡墙高3.2m，顶部宽0.5m，底部宽2.10m，背水坡坡比1∶0.4，基础厚0.5m。典型断面三见图7。

图7 典型断面四

3.1.5 典型断面五

典型断面5采用了阶梯式干砌石护岸，在耐久性达到规范的同时，综合考虑了方案的亲水性和实用性，以增加村民休闲娱乐去处，方便村民用水亲水。此外，该断面也同时考虑了浆砌，干砌石护脚厚0.8m，宽1.5m，护脚以上及设计水位以下新建阶梯式干砌石护坡，护坡厚0.4m，坡比1∶2，按阶梯堆砌，分四层堆砌，岸顶设置1.50m宽人行道。典型断面五见图8。注意到，综合考虑地形地质情况、造价、耐久性及环境生态要求后，结合美丽乡村建设需要的河段，采用了干砌石护岸。但是，悬臂式、扶壁式或埋石混凝土挡土墙也是可以使用的。详细选取依据参见表2。

图8 典型断面五

3.2 边坡稳定性计算

采用瑞典条分法对加固的沿岸护坡进行抗滑稳定性计算。该方法假定滑动面为圆弧面，不考虑土条侧面的作用力。基于瑞典条分法求安全系数的公式如下:

式中，FS为计算的安全系数；l为单个土条的滑动面长度，m，l＝bsecθ；浸润线以下取饱和重度，以上取重度；c、φ为土体的抗剪强度指标，采用总应力法时，取总应力指标，采用有效应力法时，取有效应力指标；W为条块重力，kN；θ为条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角[6]。

由河道岸坡典型剖面的初设，以河道地质剖面、设计河底高程及河道水面线为基础[6]，选取某典型断面I作为代表断面，计算简图如图9所示。

图9 瑞典条分法计算典型断面I

查阅«堤防工程设计规范»的规定，计算可分为非常情况和正常情况。非常情况计算考虑施工期上下游无水工况，正常情况主要是考虑稳定渗流期使用工况[6]；以及河道内水位骤降工况。根据表3中勘察报告中主要土层物理力学参数建议值，基于瑞典条分法计算该典型断面在三种工况下的安全系数(即稳定渗流、水位降落和施工期)，结果如表4所示。

表3 主要土层物理力学参数建议值

表4 典型断面I岸坡稳定性计算结果

基于表4计算结果，河道岸坡稳定计算在正常运行期、水位降落期的抗滑安全系数大于规范规定的抗滑稳定最小安全系数，岸坡满足抗滑稳定要求。

3.3 C20混凝土挡墙护岸稳定计算

该工程在K3＋600～K3＋695段左岸建设C20混凝土挡土墙。本文选择桩号K3＋650左岸断面作为典型断面进行设计计算，挡墙抗滑及抗倾覆计算采用北京理正软件设计研究院开发的挡土墙设计软件进行计算。该典型断面如图10所示，计算结果见表5。

表5 C20混凝土挡墙护岸稳定计算成果

图10 K3＋650左岸典型断面

3.4 浆砌石挡墙护岸稳定计算

该工程在河道沿岸建设浆砌石挡墙。本文选择桩号K1＋918断面作为典型断面进行设计计算。挡墙抗滑及抗倾覆计算采用北京理正软件设计研究院开发的挡土墙设计软件进行计算。该典型断面如图11所示，计算结果见表6。

图11 K1＋918浆砌石挡墙典型断面

表6 浆砌石墙护岸稳定计算成果

4 结论

本文以某工程河流疏浚治理为例，创新性的将生态护岸技术和传统护岸技术有机结合，采取河道清淤、护岸加固等工程措施及生态措施，实现防洪减灾的目标。结果显示:

(1)经过工程治理，使河道沿线村庄均达到10年一遇的防洪标准，减少农田遇暴雨受淹的频率，实现防洪减灾的目标。

(2)工程对治理范围内7.013km长的河道进行清淤，对挤占河道的河段进行开挖拓宽，保障了河道护岸稳固、河流通畅。

(3)本次护岸工程采用综合生态护岸技术，根据各河段的保护范围、存在的问题、治理目标采用不同的工程措施，进行分段设计。主要形式为格宾护垫护岸＋格宾石笼护脚、生态网格石笼护岸、浆砌石挡墙护岸、混凝土挡墙护岸和阶梯式浆砌石护岸五种形式。经过对典型断面稳定性进行计算，其安全性均满足规范要求。

本文综合生态护岸技术和传统护岸技术的有机结合思路，有效实现了防洪减灾要求和改善环境的同步目标，推动了当地的美丽乡村建设，可为后续类似工程实施提供理论依据和技术参考。