生態擋墻技術在河道工程中的應用

豐 威

(福州市水利水電規劃設計院，福州 350000)

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生態擋墻技術在河道工程中的應用

豐 威

(福州市水利水電規劃設計院，福州 350000)

社會經濟的快發展和人們對生活質量要求的提高，在河道建設及整治工程中，生態與景觀要求也不斷提升。生態擋墻技術在總結傳統擋墻技術的優點及不足的基礎上，不僅能發揮應有的水利工程功效，同時還能滿足生態及景觀等要求，在河道工程中發揮著重要作用。文章在總結現有生態擋墻技術的基礎上，通過實際工程介紹了生態擋墻技術在河道工程中的應用。

生態擋墻；河道工程；水利工程；生態景觀

0 前 言

社會經濟的快速發展，城市建設步伐的加快以及生活水平的不斷提高，促使城市河道、堤防建設和整治工程不僅要發揮作為水利工程的功效，同時還要求能融入城市景觀及生態保護等多項內容。擋墻作為重要的水利工程設施在河道建設及整治過程中發揮著不可替代的作用，過去的擋墻基本只強調水利工程功效，卻忽視了生態及景觀要求，相應的擋墻技術有漿砌石擋墻、鋼筋混凝土擋墻等傳統技術，此類技術將整個河岸表面封閉起來，隔絕了土壤與河道水體之間的水體及其他物質交換，同時表面的光滑特性也不具有人性化特點，與現行的“人水和諧”理念相去甚遠。近年來，因生態及景觀等要求，生態擋墻技術應運而生，在水利工程與自然環境的和諧相處建設中發揮了重要作用，生態擋墻技術主要有自嵌式加筋擋墻、石籠擋墻以及生態袋擋墻[1]。生態擋墻技術具有良好的柔韌性，整體性較好，且具有良好的透水性，生態景觀性更是其主要特色，同時生態擋墻施工靈活且施工速度快，平均施工速度是傳統擋墻的5倍。下面對不同生態擋墻技術進行闡述，同時結合實際工程，介紹自嵌式擋墻技術在河道整治工程中的應用。

1 生態擋墻技術

1.1 自嵌式擋墻

該擋墻的工作原理類似于預制面板加筋擋墻，不同的是采用自嵌塊替代混凝土面板，加筋材料采用土工格柵，通過筋帶與土體摩擦及筋帶與面板間的拉結起到擋土作用。自嵌塊塊體之之間通過臺階、榫接等方式相互咬合在一起，整體性強，同時臺階式的墻體可以形成10°左右的坡度，使得墻體重心偏內，可以增加其在土壓力作用下的抗傾覆能力。同時有的自嵌塊可以在預制混凝土塊預留孔洞，使得表觀重度較低，對地基的要求較低[2]。自嵌式擋墻具有良好的透水性能，能適應地基的沉陷，但局部破壞后會因自嵌塊之間的咬合而不易檢修。目前影響自嵌式擋墻使用的主要因素是其耐久性有待進一步檢驗，同時因其塊體之間留有孔縫，雖然避免了專門設置伸縮縫工序，但是其大流速情況的抗沖刷能力有待驗證。

1.2 石籠擋墻

該擋墻符合常規的力學原理，將不同塊徑的石料固定在一起，形成巨大塊狀結構體，具有接受張力的功能，同時還可吸收外部壓力。石籠擋墻孔隙多，可充分保證河流水體和河岸土體之間的水分與物質交換，利于墻后地下水壓力的釋放。目前石籠擋墻的石籠網主要采用用涂膜熱鍍鋅低碳鋼絲，結構穩定且強度高，整體性好，且具有一定的變形能力，是良好適應地基的變形。石籠擋墻的破壞往往非石籠網老化銹蝕破裂引起的，經常是因網中石料在水流的作用下不斷摩擦石籠網，進而導致石籠網破損。石籠擋墻的缺點在于對石料需求量大，同時對石料自身特性要求高，一般只在石料豐富的地方使用。

1.3 生態袋擋墻

該擋墻由生態袋和網肋型聯結扣單體砌合而成，形成整體的擋土結構，生態袋內填充特殊配置的材料，具有優異的物理及化學特性，可抵抗紫外線的破壞，不易發生質變，抗老化和抗酸堿性侵蝕以及抗微生物分解。如果不加筋，墻體對地基變形具有適應能力，但是會因袋內土體逐漸估計，變形適應內力減弱，進而有可能導致破壞。生態袋受袋體的孔徑影響大，過大易受雨水侵蝕，過小易堵塞失去生態能力。以上特性使得生態袋擋墻的應用范圍收到限制，盡在小型和邊坡高度低的河道中得到應用，且一般只作護坡形式出現。

2 工程實例

2.1 工程簡介

烏石浦河道位于連江縣敖江鎮，西端與蛇塘河分流口銜接，東端至金鳳路，河道存在淤積嚴重、排水不暢、過水能力不足等問題，甚至個別河段被回填建房及道路施工回填占用，阻水較為嚴重，內河長滿水浮蓮，堵塞嚴重，造成河道泄流不暢，水面壅高，常出現涵閘前無水可排而遠離涵閘的地方受淹的現象。

烏石浦河道整治工程主要作用為保護兩岸居民生產生活用地和市政道路的安全運行，主要保護對象為整治河道旁擬建市政道路及周邊居民生活地。此次工程主要建筑物為河道護岸，河道整治總長2704m，上接蛇塘河分流口，下至金鳳路，凈水面寬度20～28m。

2.2 自嵌式擋墻的應用

項目初步設計了三種擋墻形式：自嵌式擋墻、漿砌石擋墻及混凝土擋墻。綜合考慮項目所在地水文地質條件、建筑材料來源、生態環境保護、持久、美觀等因素及要求，從施工技術、施工工期、工程質量、地質條件適應性、工程占地及工程投資等方面進行比較得：自嵌式生態擋墻具有投資省、對基礎要求低的優點，而其他兩種形式不相上下。故本工程確定采用自嵌式生態擋墻作為護岸方案，但根據實際情況，在住宅密集區采用混凝土擋墻護岸。

采用自嵌式擋墻方案時，堤身為回填夯實土護岸，表面為300mm厚的干砌混凝土預制塊，由3m長、間距1m梅花形分布的加筋帶錨固于土堤內部，形成擋墻。堤頂設1.2m高機砌條石欄桿，并選用適宜草、樹、花種綠化。擋墻地基處理采用1m厚碎石加砂墊層，并采用φ600水泥攪拌樁，提高地基承載力，樁長8.0m，樁距1.7m×1.7m，梅花形布置。布置形式如圖1所示。

圖1 自嵌式生態擋墻護岸

2.3 穩定性計算

2.3.1 筋帶計算

筋帶抗拔穩定性、筋帶抗拉強度驗算時其結構重要性系數γ0、荷載分項系數γQ1、抗拔力計算調整系數γR1、抗拉性能的分項系數γf、抗拉材料抗拉計算的分項系數γR2取值分別為0.95、1.4、1.4、1.25、2.0。筋帶抗拉強度需滿足：

fk≥γ0γfγR2Ti0

Ti0=γQ1Ti

Ti=(∑σEi)SxSy

∑σEi=σziσaiσbi

(1)

式中：Sx=1m，Sy為土工格柵之間距。

經過計算，筋帶材料強度標準計算最大值fk為60.0kN/m，選用的聚丙烯(PP)單向土工格柵抗拉力Ts=60kN/m，滿足要求。

2.3.2 抗拔穩定性驗算

根據設計斷面的構造尺寸和受力，確定筋帶活動長度和錨固長度，通過土工格柵所受壓力和其與填土的摩擦系數計算筋帶可產生的抗拔力及筋帶有效錨固長度，驗算設計筋帶長度是否滿足要求。公式如下：

Tpi=2f′σibiLai

(2)

本次設計筋帶入土長度2.7m，共4層，經過計算，所需筋帶總長度值最大值為2.6m，設計的筋帶總長度均大于計算所得的筋帶總長度值，滿足規范要求。

2.3.3 擋墻抗滑抗傾穩定計算

本工程內河護岸屬4級建筑物，不考慮地震力影響，穩定計算斷面采用矩形斷面河道的標準斷面。考慮三種工況：工況一：最高澇水位P=10%擋墻的穩定性；工況二：最高澇水位P=10%驟降2m擋墻的穩定性；工況三：施工期擋墻的穩定性。計算結果見表1。

表1 抗滑計算結果

由上述計算結果可知，在各個工況下，擋墻的的抗滑穩定安全系數和抗傾覆穩定安全系數均大于規范規定值，穩定滿足要求。

2.3.4 復合地基承載力計算

水泥攪拌樁復合地基承載力設計值按下式估算：

(3)

式中：fsp，d為水泥攪拌樁復合地基承載力設計值；m為樁土面積置換率，m=d2/(1.05s)2；Pu為單樁極限承載力特征值，kN，計算方法見下文；β為樁間土承載力折減系數，軟土時0.5～1.0，硬土時0.1～0.4；fs，d為樁間天然地基土承載力設計值，kPa；Ap為樁的設計截面積，m2，直徑0.6m，截面積為0.2827m2。

根據《建筑地基基礎設計規范》(GB50007—2002)，水泥攪拌樁的單樁極限承載力特征值Pu值按下式估算，并取其中小值：

Pu=ηfcuAp

(4)

式中：fcu為與樁身水泥配方相同的室內水泥試塊在標準養護條件下，90d齡期的抗壓強度特征值(kPa)，取1.25MPa；Ap為樁的設計截面積，m2；η為樁身強度折減系數，可取0.3；Up為樁身截面周長，m；n為樁長范圍內所劃分的土層數；fsi為樁周第i層土的平均極限摩阻力，kPa；li為樁周第i層土的厚度；qp為樁端地基未經修正的承載力特征值，kPa；α為樁端天然地基土的承載力折減系數，可取0.4～0.6，承載力高時取低值。

本工程擋墻高度以3.5m計，天然地基承載力取50kPa，計算得單樁極限承載力為106.1kN，水泥攪拌樁復合地基承載力設計值fsp，d=86.4kPa。由于基底最大壓力pk=82.3kPa

2.3.5 擋墻護腳防沖驗算

根據《堤防工程設計規范》(GB50286—2013)，護岸埋置深度應滿足穩定、抗凍及抗沖刷要求，堤腳基座埋深≥0.5m。河床可能最大沖刷深度按該規范附錄D，水流平行于岸坡產生的沖刷公式如下：

(5)

式中：hB為局部沖刷深度，m，從水面算起；hp為沖刷處水深，m，以近似設計水位最大深度代替；Vcp為平均流速，Vcp=0.81m/s；V允許為河床面允許不沖流速，V允許=0.24m/s；n為與護岸擋墻在平面上的形狀有關，一般取n=1/4。

經計算設計流量情況下，內河流速所產生的沖刷深均<0.62m，而平時內河的流量、流速均較小，一般不產生沖刷。由于內河護岸前水深、風浪均很小，本次設計新建護岸基礎埋深0.8m滿足規范要求。

3 結 語

注重“人水和諧”的今天，生態擋墻技術在河道建設及整治工程中起到了重要作用，不僅發揮了相應的水利功效，而且在生態及景觀方面更是作用突出，符合現代社會的需要。本文中列舉的生態擋墻在河道整治工程的應用例子為類似工程可以提供良好借鑒。但是我們也必須看到，針對生態擋墻技術目前并沒有建立良好的標準體系，未能規范其在工程中應用，這應是今后重要考慮方面。

[1]劉斯榮，周旭.生態景觀擋墻在河道整治工程中的設計應用[J].科技資訊,2015(04):47-48.

[2]章敏.生態擋土墻在河道工程中的設計應用[J].低碳世界，2015(21)：100-101.

決策思考

TV86

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1007-7596(2016)08-0131-03

2016-06-24

邰恩利(1971-)，男，遼寧蓋州人，工程師。