城市河道直立硬質擋墻生態化改造

羅日洪，黃錦林，葉合欣

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635；2.廣東省水利新材料與結構工程技術研究中心，廣州 510635；3.廣東省水利水電技術中心，廣州 510635)

隨著我國經濟社會發展，城市化程度不斷提高，城市建設過度硬化導致城市河道匯水情況發生較大變化，為快速排泄保障防洪安全，城市河道護岸普遍采用單一的兩邊直立式硬質擋墻結構[1]，硬質擋墻使河流與河岸的生態系統隔離；另外，單一的硬質直立式擋墻與自然和諧生態景觀不協調，因此，對城市河道直立硬質擋墻的生態化改造技術進行研究具有重要的現實意義。

對于城市河道直立硬質擋墻的生態化改造，一般有2種措施：一是拆除原有硬質擋墻，采用生態形河流護岸，國外較早開展研究且較為廣泛地應用到受損河道中[2]。城市已有的河道直立式擋墻護岸投資巨大，且具有使行洪排澇速度快、保護河岸穩定、占地面積小、材料易獲取、施工較簡單等特點，因此，大規模拆除城市硬質擋墻護岸，無論從經濟、防洪安全和空間的角度看，代價巨大[3]。二是直接在硬質擋墻表面上進行生態化改造，通過栽種植物或敷設天然材料等手段，使其具有一定的生態修復功能和景觀效果。李新芝等[4]結合城市直立擋墻實際，篩選5種適宜于直立硬質河道護岸的改造技術；吳鳳環[5]利用蠔殼、竹片、椰殼纖維墊3種材料敷設在直立式砼護岸表面以研究其生態化改造效果；江潯等[6]研究了掛網鋪草皮、榮勛擋墻和植物護坡對城市傳統護岸的改造方案；李志華等[7]結合徐州市奎河提出了城區河道護岸改造的技術方案；袁以美等[8-10]提出了一種階梯式植綠生態擋墻，通過實際工程應用，在擋墻臨水側形成全覆蓋的生態美景效果。以上研究為城市河道直立硬質護岸生態化改造提供了思路，但也存在一定的局限，有些研究仍處于探索階段，不夠成熟，有些仍需拆除部分現有直立式擋墻，不夠經濟，占地較大，且防護能力較低。本文提出了一種施工難度和破壞性都比較小的生態景觀改造方案，以較小的經濟代價提高河道生態活力和營造河道生態景觀廊道，并以歐陽支涌廣州中學段為例，以期為相關工程提供參考。

1 城市河道直立硬質擋墻改造原則

1)安全性原則

安全是城市河道護岸建設的首要目標，安全的內涵既有保護河岸上的居民生命和財產及各類公共設施免受洪水威脅的防洪安全，也包括護岸本身的穩定安全。對城市河道直立硬質擋墻的改造首先應符合安全性原則，不影響河道行洪，也不能影響擋墻自身的穩定。

2)生態性原則

城市河道直立硬質擋墻改造的主要目的是在確保安全的前提下，最大限度恢復硬質河岸生態，同時改善河床生境，創造水生動物、植物生長空間，提高生物多樣性，使河道恢復一定的生態功能，達到與周邊整體生態相協調的目的。

3)景觀性原則

通過在城市河道直立硬質擋墻創造植物生長空間，應用不同植物的配置和布設美化河岸立面，形成河道景觀生態廊道，滿足人們對景觀美感需求，豐富市民生活休閑需求，對城市旅游及文化資源的開發也具有重要的意義。

4)可行性原則

城市河道直立硬質擋墻生態改造所采用的技術應具有施工難度較低、材料易獲取及造價較低的特點。依據現狀評價成果及周邊環境情況，提出的改造方案應科學合理、切實可行。

2 城市河道直立硬質擋墻改造技術

2.1 城市直立擋墻垂直綠化介紹

近年城市垂直綠化中普遍采用的板槽式、擺花式、模塊式、鋪貼式等4種結構形式[11](見圖1所示)。

圖1 4種城市垂直綠化形式示意

這些結構形式均需在墻面上安裝大型的金屬或混凝土支撐構架，部件較多，不利于大規模城市河道直立擋墻改造，其中板槽式、鋪貼式種植槽空間太小，基質少，植物的壽命不足；擺花式、模塊式和鋪貼式在植物只能橫向擺放，不利于生長；另外，鋪貼式還存在耐久性不足的問題，因此，在前人研究的基礎上，對目前主流的改造技術存在的問題進行深入分析，并結合工程實際，提出城市河道直立硬質擋墻錨固式和升降式改造技術。在不改變原有擋墻的前提下，主要通過在擋墻表面增加固定或可以升降的植綠設施，達到生態化改造的目的。

2.2 改造安全復核

根據安全性原則，在實施具體改造之前，應對擋墻生態化改造后的穩定性和植物設施的安全性進行計算。

2.2.1穩定性復核

實施上述提出在擋墻表面增加固定或可以升降的植綠設施的改造技術，首先應復核改造后擋墻的穩定性，應滿足SL 379—2007《水工擋土墻設計規范》的要求。

2.2.2錨固安全設計

首先制作植綠設施，即植物種植槽，種植槽宜采用高強度薄壁結構的輕質材料，寬30 cm左右、深40 cm左右，能夠滿足所種植植物生長的空間需求。種植槽可固定在錨固于擋墻面的支承架上，也可直接錨固于擋墻面。錨固設計需滿足自重、抗風荷載、抗水流沖刷、抗飄浮物撞擊、落水人員攀爬的要求，合理選用錨固形式，確保錨固安全。一般采用機械錨栓固定即可滿足要求，具體參照JGJ 145—2013《混凝土結構后錨固技術規程》進行計算。

2.3 錨固式改造技術

2.3.1錨固支承式方案

先將支承架錨固于墻面，再將種植槽置于支承架上的方式(見圖2所示)。首先將開有卡座支承架錨固于擋墻上，將在苗圃實行批量化生產的種植槽運至現場，整體吊裝固定在支承架卡座上。種植槽植物的澆灌可以采用直接噴灌方式，有條件的地區可以鋪設滴管管道，以雨水或河水為來源，發展以太陽能為動力的綠色自動澆灌模式[12]。在植物配置方面，應結合生態和景觀需求，每層植物根據需求選擇觀花類植物或觀葉類植物。后續維護時可以根據需要對種植槽及其植物進行整體更換。這種改造方式對河岸立面破壞小，且結構簡單，具有施工難度小、后期維護方便、改造成本低等優點，且可以迅速提升城市河岸生態和景觀屬性，達到恢復和提高河道生態和景觀活力的目的。

圖2 城市直立擋墻錨固式改造示意

2.3.2錨固模塊式方案

2.3.1節中改造方案需首先安裝支撐架，再種植植物，而且植物容易受上方種植槽阻擋，生長空間不足。為此，提出一種新型的城市河道直立擋墻改造技術，該改造技術基于模塊化技術，在以下方面進行優化：

1)簡化支撐結構，采用掛于墻頂的骨架形式，墻頂為主要受力區，減少在墻面上打孔，降低對原有擋墻的破壞，節省骨架材料，工程量更少，施工周期更短。

2)結合板槽式和鋪貼式的結構優點，利用該模塊化種植槽，可在苗圃集中種植植物(見圖3所示)，整體運輸到現場安裝，大大降低施工難度，可以快速施工，而且降低了現場種植植物的維護工作。

圖3 基于模塊化新型種植槽的城市直立擋墻生態改造示意

2.4 升降式改造技術

2.4.1手動升降式改造方案

2.3.2節提出城市直立擋墻生態改造技術，在擋墻面上設置支承骨架，再放置植物種植槽。在遇到超標準洪水和更換植物需提起或放下時，均需用起吊工具，不利于管理和維護。因此，需考慮一種城市河岸擋墻立面可升降生態景觀裝置，借鑒類似折疊防盜門的伸縮機械結構，并與螺桿的共同作用，設計了通過搖動螺桿就可以實現種植槽升降的城市直立擋墻生態改造裝置，該裝置遇到超標準洪水和更換植物需提起或放下時，不需吊車，可方便地對整個裝置和所種植的植物進行管理和維護(見圖4所示)，還可根據擋墻的高度增減固定柱的長度及放置板的層數。主要技術步驟如下：

圖4 可升降的城市河岸擋墻立面生態景觀裝置示意

1)帶導槽的2根固定柱安裝好固定塊，把固定塊通過螺栓固定安裝在河岸直立式擋墻面上。

2)固定柱頂部安裝了連接板和固定板。固定板上分別轉動套接2個轉軸，轉軸一端貫穿固定板并固定連接搖把，搖把與固定板間安裝有止動機構。轉軸兩側分別通過螺紋結構轉動套接滑板，滑板滑動卡接在連接板的滑槽內。

3)滑板底部安裝伸縮桿，伸縮桿貫穿連接板并安裝限位桿，固定柱上滑動卡接放置板，放置板緊密壓在限位桿上。再根據景觀布局要求，把植物連盆放置于放置板上。

2.4.2自動升降式改造方案

2.4.1節所述手動升降改造方案機械連桿結構較為復雜，造價比較高，施工難度較大，需手動控制，還需專門敷設澆灌管道。因此，需對其進行優化，在結構簡化的同時，使其能根據河道水位自動升降，并且具備免澆灌功能。該方案具有以下優點：

1)與固定式進行組合，布置方式更加靈活。根據擋墻的情況，可以選擇升降式，也可以根據擋墻的高度和固定式進行靈活組合。如擋墻較高的情況下，可以采用多層的固定式和自動升降式進行組合。

2)結構更加簡化，輕松實現自動升降。主要結構為2根開槽的導軌和置于其中的滑動浮筒以及種植槽下方的借鑒船體能保持穩定的V型浮筒。通過這些簡單的結構，即可隨著水面漲落實現自動升降。浮筒大小應根據整個可動重量進行計算，水面不得超過種植槽底部(見圖5所示)。

圖5 自動升降免澆灌的組合式城市河道直立擋墻改造示意

3)免澆灌，維護成本低。種植槽內浮箱下表面設置有毛細管直通到種植槽內，保持植物生長所需水分，無需另外架設澆灌管道和澆灌，后期維護成本降低。

2.5 植物配置

2.5.1植物配置原則

1)鄉土植物優先原則：根據生境條件選用喜濕熱、耐水、耐旱且觀賞效果好的植物品種，保證生長效果及種植成本，從而加快場地的景觀構架和生態恢復，突出地域特色。

2)生態多樣性原則：盡可能多地運用植物種類，以達到生態多樣性要求。充分考慮物種的生態學特征，合理選配植物種類，形成結構合理、功能健全、種群穩定的復層群落結構。

3)以人為本原則：種植設計以人為本，營造適合人們在不同植物空間的心理感受。

4)景觀藝術原則：植物設計以審美為基礎進行藝術配置，形成令人心曠神怡的生態景觀，做到“源于自然，高于自然”。

2.5.2植物選擇

水面以下選用凈化水質性能強的沉水類植物；河道選用挺水植物，具備耐淹、管理粗放、根系發達、抗水流沖刷特性；水面以上應選用草本、木本混合配置，觀花種類與觀葉種類結合的植物，以保證景觀效果。所有花草樹木必須健康、新鮮、無病蟲害、無缺乏礦物質癥狀，生長旺盛而不老化，樹皮無人為損傷或蟲害。

植綠生態擋墻水面以上的植物可在苗圃實行批量化生產，將其直接栽培在種植槽內，需要時運至現場實行整體安裝或更換。

3 工程實例

3.1 工程概況

歐陽支涌地處廣州市華美路以西、廣州中學(鳳凰校區)以南，上游發源地為柯木塱欖元水庫。由于局部段河涌未進行整治，局部河段淤積嚴重，歐陽支涌(廣州中學段)河道行洪斷面較小，行洪能力不滿足20年一遇防洪要求，且植被雜亂無章，水環境較差(見圖6所示)。為了完善、提升歐陽支涌(廣州中學段)防洪排澇能力和生態功能，對歐陽支涌(廣州中學段)主涌華美路涵洞出口至金融學院涵洞進口段及北涌進行整治。通過堤防整治提升區域防洪排澇能力，同時進行碧道建設，進一步增加公共空間投放，對區域內綠化與原始植被進行梳理改造，美化及改善水岸沿線生態環境。

圖6 改造前的歐陽河涌(廣州中學段)

3.2 典型斷面改造設計

歐陽支涌(廣州中學段)整治工程在擋墻改造方面選擇前述錨固式直立擋墻改造技術對原有擋墻進行改造，擋墻上的種植槽可以種植灌木，而在河道內以水生美人蕉、黃花鳶尾、千屈菜、梭魚草等開花水生植物營造生態自然的水體景觀，提升河流河岸生態環境和景觀，改造的典型設計斷面如圖7所示。

圖7 歐陽河涌(廣州中學段)直立擋墻生態改造典型設計斷面示意

3.3 改造后效果

首先防洪能力不足的河道得到了擴寬，且對淤積嚴重的河床進行清淤疏浚，河道過流能力更通暢，滿足20年一遇以上的防洪要求；然后通過生態改造，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，在河岸上設置多級階梯生態植草溝，最大限度地實現雨水在城市區域的積存、滲透和凈化目的；最后在原有河道直立硬質擋墻面上錨固植物種植槽，在河道內種植挺水植物等，考慮了不同植物的配置和生態景觀功能(見圖8所示)。不僅增加了河道和河岸的生態性，也提升了整體景觀效果，充分體現自然、生態的河道治理理念。

圖8 歐陽河涌(廣州中學段)直立擋墻生態改造后效果示意

4 結語

本著合理利用、避免大拆大建、增加生態性和景觀性的原則，結合前人研究，提出了相對經濟可行的城市河道直立硬質擋墻生態化改造的錨固式改造和升降式改造技術。提出城市河道直立硬質擋墻生態化改造技術通過優化結構，或采用具有更大空間的新形種植槽，或設計為手動升降和自動升降方式，不僅能保留城市河道原有擋墻的防洪能力和穩定性，而且能迅速提升城市河岸生態和景觀屬性，達到恢復和提高河道生態和景觀活力的目的。最后通過具體工程實例，以某城市河道治理擋墻生態化改造后的效果說明了上述技術的科學性和可行性，以期為城市直立硬質擋墻生態化改造提供參考。