人工砌塊在巢湖攔沙導堤中的應用

◎ 黃亞萍 劉世海 安徽省交通勘察設計院有限公司

本文以巢湖湖區航道工程中的攔沙導堤為例，就生態型防淤導堤的結構型式選擇及相關設計思路進行探討。

1.工程概況

巢湖是我國五大淡水湖之一，有“八百里湖天”之稱，以遼闊水域風光為背景，以較為原生態的湖岸環境為基礎，是國家級風景名勝區。巢湖湖區面積廣闊，水深較小，為典型的淺水型湖泊。湖床演變以波浪、風生湖流等造成的沿岸輸沙為主，同時也受入湖徑流的影響。受巢湖獨特的湖流動力影響，巢湖湖區航道范圍內泥沙運動較為活躍，根據巢湖口門航道整治湖流運動及泥沙回淤計算分析研究及現有航道的觀測資料，白石天河口門及兆河口門處由于湖區常風向NNW風浪引起的泥沙運動而呈緩慢淤積的態勢，再加上受到湖區水位的頂托作用，流速減小，水流挾沙能力減小，上游所攜帶的泥沙在口門處產生淤積，進而影響進出湖區航道的通航水深。

為有效控制口門航道處湖底泥沙淤積對航槽的不利影響以及湖區風生流對通航水流的影響，維護巢湖湖區航道入湖口門航槽的穩定，擬對白石天河口門和兆河口門處航道采取筑壩與疏浚相結合的整治措施，在口門航道兩側設置攔沙導堤，防浪擋沙，減小口門區航槽回淤，并通過航槽疏浚使其達到設計水深的要求。

2.設計理念

目前斜坡式防沙堤常用的結構型式主要有拋石斜坡堤、拋填方塊斜坡堤、袋裝砂堤心斜坡堤等結構型式。針對巢湖湖區較為敏感的生態環境以及湖區的自然條件、地質和水流特點，結合攔沙導堤總平面布置和斷面型式，堤身結構選擇對水流流態影響較小的結構型式。拋石斜坡堤具有結構可靠、適應河床變形、常規施工工藝、施工便捷等優點，在當地材料來源豐富，價格相對低廉時，可作為導堤結構材料的首選。但在當前生態、環保的大環境下，受國家環保督察政策的影響，礦山禁采或限采，產量得不到保證；袋裝砂堤心斜坡堤具有較好的整體性，又具有一定的柔韌性，能適應河床的變形，但充填袋破損、充填料流失后堤身局部會出現塌陷，后期維修困難。拋填方塊斜坡堤通常采用混凝土預制塊作為堤身材料，考慮到引江濟淮工程棄土棄渣量大，業主引江公司積極探索工程棄渣的資源化利用，利用相關科研單位和目前從事人工砌塊生產廠家的研究成果和產品，開展了人工砌塊的相關研究和工廠化生產。因此，本工程擬采用人工砌塊來替代混凝土預制塊，作為攔沙導堤的堤身材料。

圖1 巢湖湖區航道圖

人工砌塊為新型材料，以水泥、礦物摻合料、砂、石、水等為原材料，通過添加外加劑研制形成高強度固化塊體。其中的礦物摻合料主要利用引江濟淮工程的工程棄渣（粉砂巖），棄物利用、生態環保。利用工程棄渣制成的人工砌塊（見圖2）來替代混凝土預制塊，可以大大減少天然建材用量、生態環保、經濟性較為明顯。在“變廢為寶”提高社會經濟效益的同時，實現棄土棄渣的資源化利用。

圖2 人工砌塊實物圖

經過對拋石斜坡堤、拋填方塊斜坡堤、袋裝砂斜坡堤等結構技術與經濟綜合比選，拋填方塊斜坡堤充分利用人工砌塊來替代天然建筑材料，可以大大減少天然建筑材料用量，施工方便。本工程攔沙導堤的堤身設計采用拋填人工砌塊斜坡堤。

3.結構設計

根據《防波堤與護岸設計規范》（JTS154-2018），斜坡堤堤身的邊坡坡比可取1:1.5～1:3，考慮堤身穩定的因素，邊坡坡比取1:2（航槽側邊坡取1:1.5）。導堤頂寬3.0m（堤頭20m范圍內加寬至5m），頂高程7.8m。斜坡堤堤心采用人工砌塊結構，為防止湖區波浪對堤身的破壞，需在堤頂和堤心結構外側設置人工砌塊護面或鏤空駝峰型生態護面結構（其中除導堤接岸段50m范圍內采用鏤空駝峰型生態護面結構外，其余段均采用人工砌塊護面）。為滿足波浪與水流共同作用下的堤心及護面塊體的穩定性，堤心砌塊規格按不小于（15～410Kg）控制，護面砌塊的單個塊體重量應不低于490kg。其中導堤的堤心砌塊結構應具有合理的級配（例如按邊長20cm、30cm、60cm的正方體砌塊按100:62:10配比），以增大密實度，減少孔隙率。

其中鏤空駝峰型生態護面為鋼筋混凝土預制構件，其內外透水的護面結構保留了墊層碎石的多孔滲水結構，碎石間的孔隙有助于水生植物的生長；兼具生態效應及效能效果的生態型護坡結構，穩定性及消浪性能好。

圖3 攔沙導堤標準斷面圖

根據地勘資料，白石天河口門和兆河口門導堤段的堤基表層為淤泥層，平均厚度0.97～1.42m；下部土層以淤泥質粉質黏土、粉質黏土和粉細砂為主，厚度變化較大，且多屬低壓縮性土，易產生不均勻沉降，口門處導堤結構的整體穩定和地基承載力不滿足要求。因此，綜合考慮施工方便、經濟效益等因素，本工程對白石天河口門導堤和兆河口門導堤堤基范圍采取袋裝土護底進行地基處理，厚度60cm。袋裝土護底寬度范圍約為35m，以導堤中心為界，靠近航道一側護底寬度為15m，背離航道一側護底寬度為20m。袋裝土充填土料采用黏性土，其天然重度應不小于19KN/m3，塑性指數按大于10控制，施工單位需自行考慮土源，優先采用工程棄土。

圖4 鏤空駝峰型生態護面

4.結語

本工程利用工程棄渣制成的新型材料人工砌塊的應用，既符合國家“盡量減少自然資源的消耗，盡可能對廢棄物再利用和凈化，保護生態環境以確保人類社會的可持續發展”的戰略方針，又緩解了天然石材資源產量得不到保證的現狀，具有較好的發展前景；同時研發了兼具消浪及生態效益的鏤空駝峰新型生態護坡結構，提出了適用于淺水湖泊水動力條件的生態化導堤建設方案，社會效益顯著。