生态护岸在延平区水土保持工程中的运用

吴文龙

(南平市延平区水土保持中心，福建 南平 353000)

0 引 言

生态护岸建造技术是一项综合工程，集现代水利工程学、环境学、生物科学、美学等多学科于一体，在满足防御汛期洪涝灾害要求的前提下，兼顾安全强度和耐久性，并充分考虑生态环境效果，把过去由混凝土为主要材料建造的刚性护岸，改造为由混凝土、植物、水系和土壤互相联系的生态护岸。本工程案例以顺应现有生态河岸线为基础，对现有河道岸线进行改造，重塑自然河岸线，以实现“安全、生态、水清、岸绿”的生态文明建设总目标，构建水量充足、水流自然、水质良好的水土保持工程体系。

1 工程概况

延平区2022年度省级水土流失综合治理项目位于福建省南平市延平区炉下镇，工程涉及斜溪流域，为山区河流，流域面积146 km2，河长23 km，比降145‰，多年平均流量3.64 s/m3。根据2020年度南平市延平区水土流失现状图，流域内存在较大范围的强烈、中度水土流失区域。本次工程主要功能定位为“行洪排涝、安全生态”，减轻区域的水土流失，打造生态清洁型小流域，治理总长为3 km。地质地层岩性从上到下为：

粉质粘土(Q4apl)：灰黑色、土黄，软～可塑，湿～饱和，含少量粉细砂，局部有夹粉～细砂，层厚一般为0.3～1.5 m。

(含泥)中～细砂(Q4apl)：褐色，灰黄色、松散～稍密，湿～饱和，偶夹小卵石、砾石，层厚一般为0.2～0.5 m。

砂砾卵石：灰黄色，饱和，呈中密状，砂砾卵石粒径大小悬殊，不均匀系数变化很大，卵石成份以石英砂岩、凝灰质砂岩、花岗岩、变质岩为主，粒径一般在10～30 cm，含量约占50%～70%，层厚2.0～5.0 m。

强风化基岩：为燕山早期侵入的黑云母花岗岩(γ52(3)c)，灰白色、灰褐色，层状构造，岩芯呈碎块、发育有多组节理裂隙。

2 生态护岸设计

2.1 护岸选型原则

(1)在符合行洪要求、施工方便、修复加固简易、防止水土流失的基础上，确保护岸稳定。

(2)与周边生态系统紧密相连、不断进行与周边生态环境物质交换、协调一致、协同发展。

(3)设计时增强护岸在视觉中的“软效果”，减少刚性结构，兼顾河道水体及两岸的景观、亲水、休闲等功能要求。

2.2 护岸选型设计

2.2.1 生态格网挡墙

护岸采用生态格网挡墙，生态格网每层高1 m，保证顶宽1 m情况下，每层退台0.5 m，挡墙后铺设土工布。挡墙底部设置50 cm厚的C20埋石混凝土基础，迎水坡脚设置深度为1.0 m的抛石护脚，背水坡土方开挖坡比为1∶0.5，整体埋深1.44 m，详见图1。

图1 生态格网挡墙

2.2.2 重力式挡墙+M10浆砌毛块石面层

挡墙面层为M10浆砌毛块石，面层厚30 cm，基础挡墙顶宽0.6 m，挡墙埋深1.44 m，迎水面坡度为1∶0.1，背水坡为1∶0.3，前趾宽0.3 m，后趾宽0.2 m，底宽3.2 m，采用抛石护脚防冲，详见图2。

图2 重力式挡墙+M10浆砌毛块石面层

2.2.3 重力式挡墙+砌块生态护坡

采用C20埋石混凝土重力式挡墙作为基础，挡墙面层为M10浆砌毛块石，面层厚30 cm，基础挡墙顶宽0.6 m，露出河床1.8 m，迎水面坡度为1∶0.1，背水坡为1∶0.3，底宽2.2 m，基础厚为0.5 m，前趾宽0.3 m，后趾宽0.2 m，采用抛石护脚防冲刷，在砌块生态护坡的孔隙间进行植草绿化，详见图3。

图3 重力式挡墙+砌块生态护坡

2.2.4 复合式生态砌块挡墙

该护岸为生态砌块挡墙+埋石混凝土挡墙的复式结构，护岸上部为生态砌块挡墙，挡墙仰斜10°，生态挡墙高为3.1 m，顶部设混凝土压顶，宽0.4 m；在砌块的背水侧填土加设土工格栅。护岸下部为C20埋石混凝土作基础，设计高度为2.3 m，设计基础埋深1.44 m，顶部宽度为0.9 m，迎水侧坡比为1∶0.1，背水侧坡比为1∶0.3，堤脚采用抛石回填，详见图4。

2.3 护岸类型比较

按迎水面形状及特点，以上几种护岸的建筑工程可比投资经济技术综合比较如表1、表2所示。

表2 工程量及每延米投资比较表

通过以上综合比较，鉴于本工程项目区河道较窄，两岸为基本农田，故护岸选择占地面积最小、投资也最节约的复合式生态砌块挡墙。护岸设计主要考虑防冲不防淹，为保证河道两岸田间雨水能顺利排入河道，本阶段基本维持大部分河道两岸现有高程不变。

经过方案优化后，复合式生态砌块挡墙坡度为1∶0.17，生态挡墙高约为3.0 m，顶部设混凝土压顶，宽0.4 m。压顶后为生态步道，右岸采用混凝土路面，宽约3.0 m，厚20 cm，下铺10 cm厚碎石垫层；左岸采用透水混凝土路面，宽约2.5 m，厚20 cm，下铺10 cm厚碎石垫层。路面后接排水沟，宽30 cm、高30 cm。生态砌块根据常水位高度，分为绿化区和非绿化区，绿化区砌块后为厚30 cm的级配碎石和粘土混合料，砌块间隙种植绿植，非绿化区砌块后为厚30 cm的级配碎石，碎石后为土工布300 g/m2，背水侧填土设PP单向土工格栅50 kN/m，总长3 m，入土距离2.6 m，共5层。护岸下部为C20埋石混凝土作基础，设计高度为2.3 m，设计基础埋深1.44 m，顶部宽度为0.9 m，迎水侧坡比为1∶0.1，背水侧坡比为1∶0.3，堤脚采用开挖料回填，其结构图如图5所示。

图5 优化后的复合式生态砌块挡墙断面

3 工程计算

3.1 护岸冲刷计算

根据《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)中第9.1节护岸冲刷深度计算公式来计算本次冲刷深度，从而设计推算护岸堤脚的埋置深度。

计算得项目区河段冲刷成果如表3、表4(所列为流速、水深大或者凹岸处)所示。

表3 水流流速不均匀系数

根据以上计算结果，可知河床护岸段在10年一遇洪水水位下最深处冲刷深度为0.93 m。考虑到山区河流暴涨暴跌的特性，工程所在段河道笔直，流速较快，以及基础安全超深，并且参考附近护岸和防洪堤工程的经验，本次斜溪小流域生态护岸基础埋深取1.2 m，并用开挖土回填作护脚进行防护，因此能满足冲刷要求。

3.2 挡墙稳定计算

3.2.1 抗滑及抗倾稳定系数

(1)抗滑稳定系数：

(2)抗倾稳定系数：

根据相关规范，基底抗滑稳定系数取值1.4，抗倾稳定系数取值1.5。本次工程加筋土挡墙的安全稳定系数按以下数据进行计算和校核：

筋带抗拉强度、筋带抗拔稳定性验算时可知荷载分项系数γQ1=1.4、结构重要性系数γ0=0.95、抗拉性能的分项系数γf=1.25、抗拔力计算调整系数γR1=1.4、抗拉材料(拟用双向土工格栅)抗拉计算的分项系数γR2=2.0。

3.2.2 生态挡土墙设计计算

(1)根据勘测的地质资料及设计需求，通过反复试算调整断面结构形式，本项目初拟断面结构如图5所示。

(2)设计、计算资料汇列。

①堤顶新建2.5 m生态步道厚20 cm，混凝土重度γ=2 450 kg/m3，计算取附加人群荷载3 kPa。

②采用生态砌块，砌块宽度280 mm，高度150 mm。

③筋带拟采用单向拉伸塑料土工隔栅，抗拉力ts=60 kN/m；土工格栅在砌筑中的总长度取0.4 m；加筋回填土(砂性土)与土工格栅的界面摩擦系数取f=0.3。

④筋带节点的水平间距Sx=1 m。

⑤墙身(加筋土区)填料为砂性土，其力学性能指标设计值为：粘聚力C=20.5 kPa，容重γ=17.5 kN/m3，内摩擦角α=30°。

⑥设计生态挡墙基础为下级埋石混凝土挡墙及其回填料(粉质粘土)，地基土力学性能指标为：粘聚力C=20.5 kPa，容重γ=17.5 kN/m3，内摩擦角α=13.5°，承载力特征值≥120 kPa，粉质粘土的基底摩擦系数取值f=0.2。

通过运行《理正—挡土墙计算程序》计算，结果如表5所示。

通过对各表计算结果的分析，设计挡墙的抗滑、抗倾和地基承载力在不同工况条件下均能达到规范要求。

4 结 语

水土保持工程是生态文明建设的一部分，是我国水利建设工程的重要组成之一。随着近些年来的水利工程实践，工程在实际设计施工中逐渐摒弃传统刚性护岸，优选更美观协调的生态护岸。增强美观效应、维护自然生态协调发展已成为全社会共识，充分利用生态设计理念，既保证护岸稳定，又保证岸线生态。结合本工程实例，可为今后延平区水土保持工程建设提供借鉴，对以后生态护岸技术发展提供参考。