生態護坡型式在西江干堤險工段治理中的運用

王緯一，吳 龍

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

隨著社會經濟不斷增長、人民生活水平不斷提高，人民的精神文化需求也日益增長。當下水安全保障問題中，堤防除險加固的任務不僅要求河暢水清岸固，同時應實現岸綠景美的目標，為當地居民建設喜游樂到的美好去處，本文結合田螺村險工段治理工程實際，分析生態護坡型式在堤防除險加固中的運用問題。

1 工程概況

田螺村險工段位于西江左岸，迎水坡深槽迫岸嚴重，水下岸坡陡峻。該段屬西江中下游干堤，下游緊接三榕峽，受西江風浪作用較為強烈，同時本工程地處亞熱帶，雨量充足，受臺風的影響較大，下游河道束窄，且位處凹岸，受迎流頂沖及河道的環流影響，主流偏向河岸，堤坡基礎局部直接臨水，且堤岸岸坡抗沖刷能力較差(堤基上部為人工填土、粉質粘土，軟塑～可塑狀；中部為淤泥質粉質粘土，松散狀；下部為淤泥質粉砂，軟塑狀。)，河漫灘逐漸被沖刷、淘蝕變形。岸坡易崩塌失穩，危及堤身安全。

2 方案比選

河道堤防護岸斷面型式主要有直立式(擋墻、樁墻)、斜坡式(砌石、模袋混凝土、混凝土聯鎖塊、石籠、草皮護坡等)、復合式直立式護岸，多用于受土地嚴重制約的城鎮河段治理中，更能體現其節省用地、穩固、耐久性強的特點。擋墻護岸型式對基礎承載力有著一定的要求，常采用干地施工，需對工期有著較為科學合理的安排，或采用圍堰措施，投資較高；由于本工程堤岸沿線主要巖土層為厚層粉質黏土層和淤質粉質黏土層，若采用樁墻式護岸，需在堤岸設置樁基穿過滑動面，樁長要求較長，樁底很難進入持力層，處理效果不明顯，且投資及施工難度相對較大。

斜坡式護岸中模袋混凝土護坡、石籠護坡、砌石護坡都有著較好的整體性，強度高，抗沖流速大，但生物恢復較慢，且砌石護坡同樣需要干地施工，施工方法存在一定的局限性；模袋混凝土護坡可直接水下施工，對復雜地形的適應性較強，但植被較難生長，景觀效果較差，更適用于常年浸水的水下岸坡防沖；混凝土聯鎖塊施工簡單快捷，有一定結構強度，具有一定的耐沖刷性，多孔結構有利于植物繁殖，且有利于邊坡內外水位平衡，適用于水位變化區；石籠護坡同樣具有較強的抗沖刷性，根據以往工程應用經驗，植物可在石縫中生長，但覆蓋度不高，且石籠的合金屬網易掛帶雜草、樹根、塑料袋等垃圾，使得水位下降后岸坡很不美觀、且難于清理，因此其更適用于水下護腳；草皮護坡生態、美觀、造價低，但不耐沖刷，不耐水位波動，適用于高頻洪水位以上的岸坡防護。

針對本工程險段的實際情況，該段堤防護岸措施需具有抗沖刷特點，以應對水流紊亂環流沖刷問題，且堤腳須扎實穩固，避免堤腳受迎流頂沖影響，淘刷變形。由于田螺村地理位置緊鄰縣城，存在一定的人口數量，結合本工程的特點，岸坡防護結構設計要與周圍自然、人文環境協調，在滿足工程安全的前提下，采用扎實穩固的生態型護岸措施。根據《廣東省水利工程生態設計技術指南》[6]意見，堤岸設計應盡量采用當地的、多孔性、透氣性的材料，優先考慮植物護岸，避免堤岸硬化。有條件時盡量選用斜坡式堤防或護岸，采用植物措施或生態材料護坡，從有利于植物生長保護水土、利于管護的方面，選擇適宜的斜坡坡度。結合本堤段現狀地形情況，綜合考慮上述問題，采用斜坡式護岸，并根據本段堤圍各典型水位情況，將整體堤防結構分為三級，針對各級特點因事施制。

多年平均年最高水位以上由于受水流侵蝕情況較少，多為雨水沖刷，因此，采用草皮護坡；綜合考慮風浪、水流沖刷、通航船行波等因素的影響，且本段堤岸水下岸坡高陡，本次設計在年平均高水位以下采用硬質護坡。考慮到多年平均年最高水位較高，若一坡到底采用混凝土護坡則美觀上有較大影響，且平均年最高水位至施工期水位間存在著間斷性水位變化，沖刷情況是間歇性存在，采用連鎖式植草磚護坡，既防水流、暴雨沖刷，又生態、美化環境。同時在地形條件允許的情況下，結合碧道設計在略低于多年平均年最高水位處設置綠道，方便周邊村民休閑散步；施工期水位處設一級馬道兼作親水平臺供村民游憩；施工期水位以下到迎水坡坡腳處，由于邊坡常年浸水，則采用防護效果優良的模袋混凝土護坡，經久耐用、減少維護工程量。方案效果見圖1。

圖1 工程平面效果圖

3 護坡斷面設計

3.1 護坡典型斷面

根據堤身土性質，堤身先清基再開挖，以篩除草根生活垃圾等雜質，開挖料摻黏土回填，減少棄渣。草皮護坡及連鎖磚中的草種經生物學及生態學特性比較后選擇當地適生的種類，隨著生長逐步發揮水土保持措施功能，水土流失得到一定程度的控制與改善。

根據本文上述論述、現狀地形及以往工程經驗，本段堤防加固斷面為，第1級：從坡頂至多年平均高水位間采用草皮護坡，按1∶3培厚岸坡；第2級：多年平均高水位以下至施工期水位間采用聯鎖式植草磚護坡，坡比為1∶3；第3級：施工期水位以下岸坡陡峻位置，采用土工模袋混凝土和拋石護坡相結合的固腳方案，水下拋石回填至施工期水位，拋石面上鋪設C25模袋混凝土，邊坡坡比1∶3，以提高坡體抗沖能力。護坡設計斷面見圖2。

圖2 典型斷面設計圖

對設計護坡斷面做岸坡穩定驗算，驗算成果見表1。

表1 典型斷面岸坡穩定驗算成果表

由驗算成果表可知，本段堤防各種工況堤坡抗滑穩定最小安全系數均滿足規范要求。

3.2 模袋混凝土厚度設計

根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》(SL/T 225-1998)[1]規定，抗漂浮所需厚度按下式計算：

式中：c為面板系數，本工程中模袋混凝土護面接縫位置設反濾措施，取c=1.5；Hw、LW分別為波浪高度、波浪長度，計算值分別為0.3 m、10.3 m；Lr為垂直于水邊線的護面長度，取100 m；m為邊坡系數，取m=3；γc為混凝土有效容重，kN/m3；γw為水容重，kN/m3。

經計算，確定模袋混凝土厚度為0.2 m滿足抗漂浮要求。

同時，模袋混凝土厚度確定需滿足抗彎曲應力計算要求：

δ≥Fs0.2874a2γc/0.5R1.5

a為假定模袋混凝土底面架空位置為正方形時的邊長，由公式可知模袋混凝土的厚度與a成正比關系，由于水下拋石面層平整度很難保證，因此本次設計模袋混凝土底面設300 mm厚碎石墊層找平，經驗算滿足要求。

3.3 模袋混凝土穩定計算

根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》(SL/T 225-1998)[1]規定，抗滑穩定安全系數按下式計算：

式中：L2為坡面模袋長度，取L2=35 m；L3為坡腳以外模袋長度，取L3=10 m；m為邊坡系數，取m=3；α為斜坡傾角，取為18°；H為護面高度，取H=22 m；fcs為模袋與土壤的摩阻系數，該險工段摩阻系數取0.5。經計算，險工段模袋護坡抗滑穩定安全系數為1.685，滿足規范要求。

由于第3級模袋混凝土護坡經常性處于水下，模袋混凝土護坡在接縫位置、坡頂、坡腳處為薄弱環節，土體易從此處隨水流流失，久而久之造成護坡局部塌方。針對此問題，在模袋混凝土護坡接縫位置搭接反濾土工布，對護坡內土體進行反濾；在略高于施工期水位處設置C25混凝土壓頂，將模袋混凝土端頭置于護坡結構內部，避免土體被水流淘刷，增強護坡結構穩定性；坡腳位置針對河床可能存在的下切問題，需采取措施使模袋混凝土結構適應河床變形，由于賽克格賓有著整體性好、不易流失、適應變形能力強的特點，本工程建議采用賽克格賓壓腳，進一步增強模袋混凝土穩定性[4]。

3.4 護腳抗沖刷計算

在水流作用下，根據《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)[2]，防護工程護坡、護腳塊石保持穩定的抗沖粒徑(折算粒徑)可按下列公式計算：

式中：d為折算粒徑，按球形折算；W為石塊重量；V為水流流速；g為重力加速度；C為石塊運動的穩定系數；按水平底坡C=1.2；γs為石塊的容重，取23 kN/m3；γ為水的容重，取9.81 kN/m3。

經計算，本工程賽克格賓壓腳設置1 m厚度，塊石重量控制在35 kg～80 kg之間，滿足沖刷深度要求。

4 結語

近年來，隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的不斷深入人心，生態型水利建設也被廣泛倡導，對大江大河沿線的堤防整治提出了更高要求。堤防整治要考慮地形、洪水流向、堤基土質等因素，同時要充分考慮當地的實際情況，遵循人與自然和諧共處的治水思路。堤岸防護措施在確保防洪保安的前提下，滿足人民群眾親水要求，同時兼顧生態保護和環境建設需要。本文秉持迎流頂沖的治理重在防沖的觀點，論述了不同水位下各護坡材料防沖效果及施工方式的適用情況，復核防沖結構的斷面尺寸，針對可能出現的問題，提出處理措施，同時根據本工程治理任務及現狀情況，適當布置適合當地生態文明及環境、體現當地水文化特色的工程措施，尊重現有的場地特征，體現功能與自然景觀結合的理念，強調親水功能，建立合理的人居措施，希望對后續的生態護坡方案及應流頂沖段堤岸設計提供參考意見。