城市防洪平台的生态化设计与工程实践

谢 松 桦

（1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川省城市水环境治理工程技术研究中心，四川 成都 611130）

0 前 言

随着城市的发展和人民生活水平的不断提高，“生态化、景观化、功能化”等关键词常被人们津津乐道。对城市防洪工程而言，单纯的挡水、避水、趋水已经难以满足现代社会人们对观水、亲水功能的迫切需求。如何让防洪工程搭上城市发展的快车道，在保证防洪安全的前提下，将城市宝贵的土地进行生态化的利用，留下大众的脚步，给动植物营造更好的发展空间，这是城市防洪工程的新思路。

1 防洪工程的生态化设计原则

1.1 工程安全原则

防洪安全是防洪工程的重中之重，城市防洪工程应优先满足基本的防洪需求。在堤防选型及堤线布置时，需充分考虑当地的自然环境及空间区位，依据《堤防工程设计规范》，堤线走向应与河流流向一致，与洪水主流大致平行，以利行洪，两岸之间堤距不能突然放大或缩小；工程布置也应首先考虑对河道行洪的影响，保证有足够宽的行洪断面，以利于宣泄洪水，同时也要考虑河势，并保证顺应已建防洪堤的安全；堤线布置应与河势、流向相适应，各堤段之间连接平缓，上下游水面线应衔接自然，以减少河道的冲刷和淤积。防洪工程应尽可能利用现有堤防和有利地形，修筑在土质较好、比较稳定的滩岸上，尽可能避开软弱堤基、深水地带、古河道、强透水堤基；同时应重点关注河流基础性状，如：水流顶冲、流速激增、形态紊乱等现场水情，因地制宜选择合适的堤型及堤线。

1.2 因地制宜原则

在生态化设计前，要充分考察河流的水文与地形情况，以确定常水位、洪水位、枯水位等关键数据，同时结合河道走势、断面宽度、水流速度、地层分布等因素，综合考量岸线的抗冲刷能力，以确定不同河岸地段，采用不同的驳岸形式。河道的沉积作用受地形、水流和沉积的影响，并且在横向、纵向和垂直方向上均有发生的可能性［1］。防洪平台的生态化设计并不是规整的公园化设计，而是应充分考虑设计基底，尽可能保留现状的生态元素，如滩涂、石漫滩、临岸植被等，遵循“再循环”“再利用”和“可持续发展”的原则，通过人为措施，激活、重建或修复水陆生态结构［2］。在保护中开发，在开发中保护，实现工程造价的降低，生态效益的提升。

1.3 功能整体原则

防洪工程与生态景观工程应有机结合，在生态化设计中应体现防洪理念，在防洪平台顶高程满足设防频率洪水的情况下确立坡面防冲刷设计思路，有针对性地选取地被植物，尽可能选择乡土树种、养护管理成本较低的树种，同时还应保障有较强的耐涝能力和抓力附着能力。要善于利用陆生、水生植物群落，营造良好的多层级生态系统，巩固堤坝驳岸的稳定性［1］。在人员活动区域，充分利用布置的广场、花池、道路等的硬质铺装层，完善迎水面的防冲保护体系。

2 防洪工程的生态化设计思路

2.1 堤线的生态化设计

对水利项目而言，堤线布置应与河势相适应，且力求平顺，同时利用现有堤防及有利地形。但在防洪平台的生态化设计中，还应考虑河道天然情况，最大程度保护现有植被、提升亲水性并营造丰富的水陆交界线［3］。同时可模拟真实的岸线环境，主动对堤线适当截直取弯，通过人为设立回水区局部减缓河道流速，既可丰富岸线形态，又可对水域生态及岸线交互产生积极影响。

2.2 护面的生态化设计

防洪工程中对护面的设计较为驳杂，主要可以分为：功能性护面（如混凝土、浆砌石），天然护面（如植草护坡、景石摆置），生态护面（如雷诺护垫、生态网垫）3大类。

功能性护面很好地贯彻了工程安全原则，一般用于流量较大、流速较快的排洪型河道，混凝土、块石等结构抗冲耐腐效果极好，在使用年限上也有突出的优点，但是由于其造价较高、生态功能较差、与新城建设格格不入，在大多新修河道中已较少使用。

天然护面一般适用于城市小型水系（水体），其主要特点为坡型较缓，一般大于1∶3，且流速较低，一般小于1.5 m/s。天然驳岸可与周边环境相融合，对基础的适应能力高，局部损坏不会引起驳岸的整体破坏［4］。由于天然驳岸造价低、效果好，在空间充裕且水流淘刷较低的情况下，多优先采用该种驳岸。

生态护面一般为加入了某些生态工法，以实现功能性、经济性、效果性相统一的护面形式。常见的生态工法为雷诺护垫，生态网垫等结构，其主要材料为聚乙烯搭配钢丝网组成，既保证了固坡所需要的网状密度，又不阻碍植被生长，同时还有一定的抗拉强度。生态护面的抗冲流速一般能达到3～4 m/s，可广泛使用在一般城市河道中，是生态化设计中必不可少的元素。

2.3 护脚的生态化设计

护脚在防洪工程中至关重要，需考虑其竖向的抗冲刷需求。常规的护脚以混凝土面板、重力式挡墙居多，其抗冲结构稳定，耐久性良好，一般用于流速较高、用地受限的城市河道，但其造价较高、功能单一，封闭结构也阻碍了水陆交换，不利于水生环境的打造。因此针对护脚的生态化设计应考虑实际情况，可在合适时采用生态护脚，如排桩、抛石、石笼护脚等。其不仅抗冲能力较好，还因其多孔的结构为水中生物和微生物创造了生存环境，从而增强了水体自净能力，保护和改善了水源、水质［1］。同时在经济性比较中，因其不用围堰可水下作业，也具有较大优势。

3 应用实例

3.1 项目概况

该项目位于两江汇口处，平台总体形状为U型，最窄处约70 m，最宽处约400 m，现状为河滩地和林地。场地内绝对高程在465.50～485.82 m之间，最大高差约20.32 m。

防洪平台设防标准为50年一遇，工程等级为3级，该平台是在原有河滩地上采用石渣料填筑，平台长2 160m，高4.44～8.34m。中部设复合土工膜防渗，临水侧边坡坡度为1∶4～1∶20，背水侧边坡坡度为1∶2。

3.2 防洪平台护面设计

3.2.1 布置原则

工程河段50年一遇汛期流速为2.5～3.5 m/s，汇口处流态紊乱，对平台临水侧坡面的冲刷严重，需采取坡面抗冲措施保证平台的行洪安全。由于河道流速较快，常规的天然植草护坡已不满足要求；出于生态需求，平台护面需种植景观植物，但混凝土面板阻隔了土层内外交换，不利于生态化打造，因此对护面采用生态护坡。

3.2.2 方案选取

结合抗冲流速、景观效果、工程造价、施工工期等因素，综合对比了雷诺护垫、加筋麦克垫、生态袋3种生态护面形式，最终选取加筋麦克垫作为本工程护面材料。加筋麦克垫特点如下：

（1）透水性强。加筋麦克垫孔隙率大有利于土体中孔隙水的排出，大大降低土体中孔隙水压力，可维持土体的抗剪强度，结构稳定较好；不需额外修筑排水设施，能够节约投资，降低工程造价。另外其孔隙率大的特点还能保证岸坡土体与水的充分联系，为岸坡上各种植物提供必要的生长条件，植物的生长又可为关联的动物提供食物和栖息地，从而保证岸坡上动植物多样化，为水陆生态系统的恢复创造有利条件［5］。（2）耐用性。加筋麦克垫采用铝锌合金钢丝，表面防腐镀层厚度均匀，抗腐蚀性较强，从而保证其耐用性［5］。（3）经济性。加筋麦克垫造价远低于混凝土或浆砌石的价格，其对基础要求较低，可在基础较差地段施工，从而降低工程总体造价［5］。（4）施工方便。加筋麦克垫可在工厂制作半成品，运至工程现场组装施工，便于节省人力、物力，保障工程进度如期完成［5］。

3.2.3 布置方案

岸坡采用镀高尔凡加筋麦克垫。临水侧边坡坡度为1∶4～1∶20，迎水面50年洪水位以下采用镀高尔凡加筋麦克垫护坡，护坡上覆种植土。由于麦克垫覆盖后上覆种植土深度有限，麦克垫铺设后容易发生位移，因此需要采用U型钢钉将麦克垫插入下部土层中予以固定，U型钉为Φ12钢筋弯折而成，插入深度1.0～1.5 m，间排距1 m。同时为了保证麦克垫铺设平整，可在铺设中加入整平钢钉，采用Φ8钢筋弯折而成，插入深度0.3～0.5 m，随机或固定间距布置。防洪平台护面布置详见图1。

图1 护面布置示意

3.3 防洪平台护脚设计

3.3.1 布置原则

（1）护脚尽可能利用现状水下地形及地层分布，采取相应的护脚措施。

（2）依据《堤防工程设计规范》，护脚深度需满足河道抗冲刷深度要求。

（3）护脚方案涉及水岸线附近施工，应采取合理经济的施工措施。

（4）水下护脚耐久性强，强度高。

3.3.2 布置方案

通过冲刷计算得知该段防洪平台护脚处冲刷深度为3 m，若按照常规混凝土面板护脚的形式，考虑到开挖深度较深需涉及水下施工作业，同时需在沿线外围设置围堰并止水，工程费用较高且工期较长；现结合生态化布置原则，采用水平护脚替代垂直护脚，既保证了抗冲刷效果，又能为水岸提供浅水区，同时多孔的结构更有利于生态恢复及水岸交互。设计中护脚宽度8.0 m，临水侧深2 m，品字形布置。防洪平台护脚布置详见图2。

图2 护脚布置示意（单位：cm）

4 结束语

防洪工程与生态景观工程，两者一柔一刚，通过对新材料、新思路的摸索，方能逐渐探究出一条刚柔并济的复合式设计思路。本文结合实例，在确保防洪安全的情况下，以生态化、景观化为目标，对河道驳岸进行了组合设计，实现了驳岸多功能的融合。后期对防洪工程实施的维护管养，可实现生态化防洪的可持续发展。