生態護岸技術在北海仔河堤岸整治工程中的應用

段青梅，陳小丹

(1.東莞市水務技術中心，廣東 東莞 523413；2.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635)

1 概述

傳統水利工程重點是解決河道的防洪排澇問題,河道治理時多將岸線直線化、斷面化，岸坡多采用漿砌或干砌石護坡、現澆混凝土護坡等硬質材料護岸[1-2]，硬質護岸優點是抵御風浪沖擊、防止雨水對坡面沖刷能力強，缺點是隔斷了河道坡面內在物質和能量的交換與流動、隔絕了河道附近水域和陸域生態系統間的聯系，喪失了天然河道的自然屬性，水生植物、水生動物不能正常生長而消失[3]，影響了河流的生態多樣性和功能多樣性[4]。廣東省提出要堅持“防災減災、岸固河暢、自然生態、安全經濟、長效管護”的治理原則進行中小河流治理，人與自然和諧發展的生態理念在中小河流治理中得到廣泛應用，生態護岸技術成為堤岸整治工程優選治理技術之一。

2 工程概況

北海仔河位于中堂鎮潢新圍，始于東江北干流的潢涌北閘，至豆豉洲水閘止，全長為10.5 km，流域面積約為25.09 km2，河道上游窄下游寬，河寬為10～70 m 不等，比降為0.15‰；北海仔河橫穿潢新圍北部，有眾多支流從左右岸通過節制閘與其連通，可排可引，為中堂鎮潢新圍最大排水河涌。

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2017)《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)，確定北海仔河設計洪水標準為20年一遇，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)，本工程場區地震動峰值加速度為 0.05g，地震基本烈度為6度。

北海仔河流域整治工程包括干流和支流河涌的治理，主要整治內容有堤岸整治、活水補水、內源治理、水系連通及景觀提升，北海仔河干流堤岸整治工程是北海仔河流域綜合整治工程項目之一[5]。 北海仔河干流部分河段現狀建有擋墻或房屋沿河邊建設，部分河段為天然狀態，岸邊多為農田、魚塘、空地，岸頂高程不滿足防洪排澇要求。

3 生態護岸布置原則

岸線布置遵循以下治理原則：

1) 堤線力求平順，堤段連接平緩，盡量不改變現狀河道走向，不采用折線或急彎，總體流態盡量順暢。

2) 盡可能利用現有岸墻，減少征地，節省投資，方便防汛搶險和工程管理。

3) 充分考慮堤岸土地現狀和用地規劃，平面結合沿岸的景觀環境布置，體現人與自然的和諧。

4) 盡量采用生態岸線，保持河道與地下水的聯系，為河道生態修復創造良好條件。

5) 斷面設計考慮兼顧洪水期的大流量和常年小流量兩種水流情況[6]。

4 護岸材料及斷面設計

4.1 護岸材料

生態護坡技術歷史悠久，是綜合利用工程力學、土壤學、生態學和植物學等學科知識對斜坡或邊坡進行支護，是由植物或工程和植物組成的綜合護坡技術。其優點是利用植物截留降雨、蓄積雨水、減少水土流失，提高水體的自凈能力，減輕侵蝕及城市排澇壓力， 為河道生物提供棲息環境、城鎮河流生態系統起到凈化、修復作用的同時，起到護坡、固坡的作用，兼顧了保護與環境兩方面的作用，是一種既滿足河道護坡，又有利于恢復河道護坡系統生態平衡的有效手段，其缺點是對深層滑坡防治方面存在一定的局限[7]。有記載的最早生態護坡應用出現在1591年的中國，20世紀60年代以后，生態護坡技術已推廣到世界多個國家。為預防坡腳滑動，常在坡腳處采用擋墻形式進行支護，坡面和坡腳采用不同的護岸材料是河道整治中常見的護岸方式。

河道整治中常用的生態護岸形式有植物護岸、綠化混凝土護岸、格賓石籠擋墻護岸、生態漿砌石擋墻護岸、多孔預制混凝土塊體護岸、生態砌塊(植草式、魚巢式)護岸、松木樁護岸等。

植物護岸技術是完全依靠植物進行河道岸坡保護的技術，是利用植物根系錨固加筋的力學效應和莖葉截留降雨、抑制地表徑流的水文效應，消浪促淤、減小水土流失、固灘護岸。特點是生態環保效果好, 節省投資，造價低，適宜用于河道較緩、流速較小的堤岸。

綠化混凝土護岸是通過水泥漿體粘結粗骨料，依靠天然成孔或人工預留孔洞得到無砂大孔混凝土基體，在孔洞中填充種植土、種子緩釋肥料等，創造適合植物生長的環境，形成植被的河道護岸技術。綠化混凝土設計強度等級應不低于C5，孔隙率不小于 25%、護岸厚度為100～150 mm。抗沖刷能力較強，適用于水流速度較快、堤岸較陡、防沖要求較高的河道堤岸。綠化混凝土示意見圖1。

圖1 綠化混凝土示意

格賓石籠擋墻護岸是由高強度、高防腐的鋼絲編織成網片，再組合成網箱，在網箱內填充滿足設計要求粒徑的塊體材料[8]，表面覆土綠化或植物插條而成的新型生態護岸技術。格賓石籠護岸以塊石、卵石或廢棄混凝土塊作為主要填充材料，在塊石和卵石料源豐富的地區更適用。適用于水流速度較高、沖蝕較嚴重的河道護岸工程，高度不宜高于2 m。缺點是石籠填充材料要求較高且復綠較慢，日常石籠網絲易掛垃圾[9]，石籠受損后較難修復，當表層金屬網破損后，就成為一堆塊石散體[10]。

生態漿砌石擋墻護岸是一種臨河表面干砌內部漿砌塊(卵)石，依靠砌筑的塊(卵) 石交錯咬合的摩檫力和內部砂漿的粘結作用保持整體穩定性、抵抗水土壓力的新型生態護岸技術。既具有傳統漿砌石抗沖耐磨、整體穩固的護岸能力，又外觀自然，存在連通孔洞，可為水生生物提供棲息、繁衍的場所，生態適應性強等優點，但施工難度較大、質量控制和檢測較難[11]，造價較高。生態漿砌石砌筑砂漿強度等級應不小于 M7.5，石料應大面朝下，采用座漿法分層臥砌，上下錯縫，內外搭砌，穩定牢固，嚴禁出現通縫、疊砌和浮塞。

多孔預制混凝土塊體護岸是一種采用混凝土預制塊體干砌，依靠塊體之間相互的嵌入自鎖或自重咬合等方式形成多孔洞的整體性結構，孔洞中可填土種植或自然生長形成植被的新型生態護岸技術。多孔預制混凝土塊體設計強度等級應不小于C20。適用于水流速度較大、抗沖要求較高、生態和景觀要求較高的河道。多孔預制混凝土塊體示意見圖2。

圖2 多孔預制混凝土塊體示意

生態砌塊(植草式、魚巢式)是一種采用混凝土預制塊體干砌，塊體之間相互嵌入形成自鎖，依靠墻體重力保持穩定，墻體與墻后填土之間設置土工格柵提高墻體的穩定性，結構預留孔洞，孔洞中種植或自然生長形成綠化植被的新型生態護岸技術。生態砌塊(植草式、魚巢式)為柔性護岸，適應地基變形能力較好，便于植物生長，外觀自然，生態和視覺效果較好，采用裝配式施工，速度是傳統方式的幾倍[12-13]。較傳統混凝土擋墻，可在直墻條件下，實現水土交換及植被生長，自嵌式預制混凝土塊體設計強度等級應不小于C20，墻后應設置土工布反濾。適用于生態和景觀要求較高、水流速度較小的河道，造價較高。

松木樁護岸是采用松木制作的木樁加固河岸水下地基，主要依靠樁體的支撐作用和樁間土的擠密作用提高地基承載力，屬于復合地基，適應地基變形能力好，取材容易，造價較低，施工簡便，不宜用于水體具有較強腐蝕性的河道。由于大量采伐松木會造成生態破壞，目前已不建議使用。

4.2 斷面設計

北海仔河干流長約10 km，河道現狀兩岸建設情況有所不同，因此，左右岸和不同河段護岸形式布置上有所變化。

工況1：現狀已建漿砌石擋墻護岸，墻頂高程未達標。

斷面形式1：在現狀未達標漿砌石擋墻頂增設防浪墻兼做花槽，此類護岸總長為4 767 m，標準斷面示意見圖3(85高程)，花槽示意見圖4。

圖3 斷面形式1標準斷面示意(尺寸:mm，高程:m)

圖4 花槽示意(單位：mm)

工況2：現狀無護岸且場地較為開闊，具備開挖條件。

斷面形式2：單側或雙側堤腳采用魚巢式砌塊，生態擋墻到常水位，常水位以上至堤頂采用1:2 植草護坡，不設花槽和護欄。墻腳采用C25 砼基礎，基礎頂高程為-0.7 m，上砌筑魚巢式砌塊至常水位高程為1.10 m，墻頂設1 m 寬平臺，填土厚200 mm 種植水生植物，墻背每隔480 mm 高度鋪設土工格柵加強筋，堤頂設混凝土防浪墻高0.5 m，基礎采用Φ600 水泥攪拌樁或高壓旋噴樁，此類護岸長為8 220 m。標準斷面如圖5所示，護岸實景見圖6；北海仔河左岸護岸現狀情況及設計斷面形式見表1，北海仔河右岸現狀護岸及設計斷面形式見表2。

圖5 斷面形式2標準斷面示意(尺寸：mm，高程:m)

圖6 整治前后護岸實景示意

表1 北海仔河左岸護岸現狀情況及設計斷面形式

表2 北海仔河右岸現狀護岸及設計斷面形式

5 護岸設計計算

5.1 基礎處理方案

工程區主要分布第三系(N)及第四系(Q)地層，出露主要地層有第四系人工填土層(Q4ml)、第四系全新統沖積層Q4al)及第三系上統砂巖。根據地質勘查資料堤基土上部主要由填土、淤泥、淤泥質粉砂及粉細砂組成，抗滑移及抗沖刷能力均較弱，結合不同地段現場查勘情況，北海仔河生態護岸基礎采用Φ600水泥攪拌樁和Φ600高壓旋噴樁兩種地基處理方案。

5.2 計算工況及方法

正常運用情況的計算工況選取最不利的水位降落工況：臨水側水位從設計高水位降落至常水位；非正常運用情況的計算工況選取最不利的施工工況：施工期臨水側無水，背水側常水位。

根據《堤防工程設計規范》的要求，岸坡穩定采用簡化畢肖普法，正常運用條件下，土堤堤坡抗滑穩定最小安全系數不小于1.25；非常運用條件1下，土堤堤坡抗滑穩定最小安全系數不小于1.15。

5.3 計算結果

本工程新建堤防經水泥攪拌樁或高噴樁加固處理后，抗滑穩定安全系數均能滿足規范要求(見表3)。

表3 各典型斷面不同工況下的抗滑穩定安全系數計算結果

6 結語

北海仔河干流綜合整治工程于2020年3月開工建設，各項整治工程預計2021年6月底完工。其中堤岸整治工程結合北海仔河兩岸功能要求和地形地質條件，采用了生態護岸技術既滿足了堤岸穩定、達到防洪要求，又兼具了生態理念和景觀營造，利于水土交換及植物生長，一定程度上改善了河道水環境和景觀，為其他整治工程打造人與自然和諧相處、落實生態文明和可持續發展的生態河道提供了示范。