組合式生態擋墻砌塊在河道護岸中的運用

胡金杰，王福生，童琦媛

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223001)

河道治理工程建設中，貫徹落實生態理念，打造生態河湖的需求已十分迫切。江蘇省政府于2017年發布《全省生態河湖行動計劃(2017—2020年)》，要求全省范圍內全力推進生態河湖行動，促進水治理理念、模式及方法等向生態化轉變[1]。經過多年努力，江蘇省在生態河湖建設工作已取得了不少成果，建設效果逐年提高[2-4]。河道整治工程一般包含清淤疏浚、岸坡防護以及配套建筑物修建工程，其中針對岸坡防護建設的應用研究主要是采用新型生態護岸取代傳統板樁護岸，達到生態化的目的。如針對北方地區格賓生態護岸穩定性較低的問題，蔡保國[5]通過構建對比實驗，提出一種更有效的護岸質量控制方法；陳健等[6]以組合生態砌塊為對象，研究其在河道治理工程中的技術原理、優缺點及施工要點，應用效果顯著。本文以溧陽市前西河治理工程為例，從生態角度出發，研究組合式生態擋墻護岸在此類工程中的應用。

1 概述

竹簀鎮位于江蘇省溧陽市，現由原前馬鎮和原竹簀鎮兩鎮合并而成，區域低山延綿、丘陵起伏，水系以水庫、塘壩及溝河為主。水西村是塘馬水庫的移民安置村，位于竹簀鎮西南部，面積為6.96km2，移民人口3068人，主要以水稻、魚、青蝦等農業水產養殖為主。該村交通位置便利，西側緊鄰寧杭高速、寧杭高鐵，距離南京主城區70km，距離溧陽市區15km，著名的“新四軍江南指揮部紀念館”坐落于此。

水西村屬北河水系，北河是溧陽西北丘陵與東部圩區之間引排的重要縣域河道，前西河為北河左岸支流。村域水系治理按半圩區、半平原治理，上游山丘區有水庫塘壩蓄水；下游平原區內前西河為主要排澇河道，上游不僅承接山丘區來水，也是河道兩岸地區的泄水通道。由于水西村整體地形較為平坦，地勢較低，加上存在水利設施不完善、河道防洪標準較低、河塘淤積嚴重以及河塘連通性差等問題，導致區域排澇不暢、抵御外洪能力不足以及帶來的一系列水環境惡化等影響。2016年汛期，國防園及新四軍江南指揮部紀念館區域淹水，積水深度達0.5m。區域的防洪減災能力與地方經濟發展水平不協調，與當地推廣紅色旅游名片、鄉村振興發展等要求不適宜。

前西河現狀起于水西電站，止于北河以南的竹簀外灘，全長4.1km，底高程約-0.4m(1985國家高程，下同)，底寬約3m，口寬約32m。水西村項目區段長1.7km，排澇面積為3.24km2，河源處有排澇泵站，抽排上游水塘匯水，下游自排入北河。前西河現狀左岸為圩堤，堤頂高程4.3～5.0m，堤頂寬度2～3m；右岸為溧陽一號公路內環線，目前已建設完成，設計路面高程5.9～6.1m。

2 組合式生態擋墻砌塊的特點

組合式生態擋墻砌塊是以混凝土為主體，同時摻入固化劑、生物添加劑、緩凝劑、光亮劑、增強劑、水泥助磨劑、早強劑、無機顏料等材料，通過加工而形成的一種復合預制材料。

2.1 生態擋墻砌塊結構型式

組合式生態擋墻砌塊的砌體設計強度不低于MU20，材料采用素混凝土。厚度分為250mm(A、B、C型塊)、150mm(D型塊)4種。擋墻砌體(單塊)的各項參數允許偏差見表1，砌塊模型大樣圖如圖1所示。

表1 砌體(單塊)各項參數允許偏差值

圖1 砌塊模型大樣圖

2.2 生態擋墻砌塊結構尺寸

A型：600mm×800mm×250mm；B型：600mm×600mm×250mm；C型：600mm×400mm×250mm；D型：600mm×400mm×150mm。各種型號砌塊設計大樣圖如圖2所示。

圖2 組合式生態擋墻各種砌塊設計大樣圖

2.3 生態擋墻砌塊鎖結形式

傳統的自嵌式擋墻鎖結形式主要通過砌體間的錨固棒錨固或者豎向通過在預留錨固孔內置入錨固鋼筋并填充混凝土膠結。區別于傳統的自嵌式擋墻，組合式生態擋土塊之間設置鎖扣(圖1)，在相鄰兩列砌體間相互鎖結，砌磚之間不容易產生移動和轉動，墻體穩定性得到了提高。

2.4 生態擋墻砌塊產品特點

(1)擋墻穩定性好。組合式生態擋墻的砌塊為預制復合材料，增強劑等材料的摻入有效提高了砌塊強度，各砌塊間設置鎖扣鏈接也能改善受力情況；同時砌塊尺寸較傳統的砌塊尺寸有了一定的增大，增加擋墻的自身荷載，提高了擋墻的抗滑穩定性。當墻后填土較深時，擋墻可與土工格柵等聯合使用，提高擋墻的抗拉強度和整體穩定性。

(2)對不同地基的適應性強。生態砌塊采用空心預制結構，墻后主要承受填土壓力，與傳統的實心結構相比有效減小了墻體截面尺寸與擋墻自重，擋墻基底應力較小；與土工格柵聯等筋材聯合應用時，筋材與土體間存在的摩擦作用改善了土體的變形條件，提高了土體穩定性，擋墻能夠與地基協調變形，適應好。

(3)生態景觀效果好。生態砌塊為空心預制結構，可在預留孔中填入耕植土，為植物生長提供更好的生存環境與更大的生態空間，而且給兩棲動物岸上、水下活動提供了方便；由于砌塊本身為透水、透氣結構，使得墻后填土與河水之間的物質營養交換更加充分，有利于提高墻面生態覆綠比例，打造集功能性、生態性與景觀性于一體的生態河道。

(4)產品生產、施工的一致性好。生態砌塊采用工廠預制的生產方式，不同設計參數下的砌塊擁有對應的標準化模具，利用模具實現砌塊的統一化生產，減小了產品尺寸的誤差，提高了出廠產品的一致性。砌塊施工采用機械化施工，標準化拼裝，外立面規整性好，提高施工效率，節約人力、物力的同時又能夠有效縮短工期。

3 水西村前西河治理工程護岸穩定性分析

3.1 護岸斷面設計

傳統的河道治理過程中，水利設計理念主要從河道行洪、除澇等單一的水安全方面考慮。隨著鄉村振興戰略的實施、幸福河湖理念的提出，河道治理的設計理念已逐步向建設“河暢、水清、岸綠、景美、長效管護”的水環境、水生態綜合治理轉變，除了關注“水安全、水生態、水環境”3個重點問題之外，“水景觀”與“水智慧”也同樣需要引起重視。前西河河道斷面(圖3)的設計，需要綜合考慮的因素包括現狀地形(減少征地和拆遷)、水位地質條件、景觀生態性、施工技術條件及工程造價等多方面因素。

圖3 前西河標準設計斷面圖

通過分析比較樁式生態護岸(仿木樁)、框式生態擋墻、組合式自生態擋墻等多種型式生態護岸的優缺點，最終確定前西河采用組合式生態擋墻護岸型式如圖4所示。根據溧陽市水系規劃要求，前西河河道等級為5級，本次河道治理標準斷面采用復式斷面。設計河底寬度6.0m，河底高程-1.0m，高程0.5m處設青坎一道(寬度1.50m)，青坎以下按1∶2放坡處理，青坎以上采用組合式生態擋墻，墻頂高程2.5m，墻后與現狀地面順接(坡度不陡于1∶2)，坡面植草防護。

圖4 組合式生態擋斷面圖

3.2 基礎資料及計算條件

根據工程地勘報告提供的相關土層物理力學參數及設計斷面中河道參數，選取前西河2個斷面進行河道護岸斷面的整體抗滑穩定分析，計算成果均滿足堤防工程設計規范的要求。本文僅選取了河道堤頂高程較高、土層較差(C3孔)的1個代表性斷面，闡述本次護岸穩定分析的典型計算過程，土層物理力學參數指標詳見表2。

表2 C3鉆孔地質土層各項物理力學指標表

根據GB 50286—2013《堤防設計規范》第F.0.1、第F.0.3，施工期、水位降落期、地震期抗滑穩定安全系數采用總應力法計算，土的抗剪強度指標采用快剪指標；穩定滲流期抗滑穩定安全系數采用有效應力法計算，土的抗剪強度指標采用慢剪指標。按照GB 50286—2013的規定，本段河堤相應抗滑穩定允許的最小安全系數正常運用條件為1.20，非常運用條件Ⅰ為1.10，非常運用條件Ⅱ為1.05。根據河道地察報告提供的各項土層物理力學參數指標對河道進行抗滑整體穩定計算、擋墻結構穩定復核計算，抗滑整體穩定計算方法采用簡化畢肖普法，采用《水工結構有限元分析系統(AutoBANK7.7)》計算軟件進行計算。

3.3 計算結果

3.3.1河道岸坡整體抗滑穩定計算

按GB 50286—2013有關規定，岸坡整體穩定性驗算分別取正常運用和非正常運用2種不同條件[7]。根據表3中前西河河道岸坡整體抗滑穩定計算成果，本次計算的水位降落期、施工期、地震期3種工況下的抗滑穩定系數均大于規范允許最小值，所以前西河河道岸坡在各種工況下均是穩定的，滿足規范要求。

表3 前西河河道岸坡整體抗滑穩定計算成果表

3.3.2擋墻結構穩定計算

通過表4擋墻結構穩定成果表中的地基承載力、抗滑安全系數及抗傾覆穩定3種計算成果看，經過分析計算的穩定系數均大于規劃允許最小值，所以當前西河整治工程完工后，組合式生態擋斷的穩定是滿足規范要求的、結構是安全的。

表4 3擋墻穩定驗算成果表

4 實施效果

截至2020年12月底，前西河治理工程已完工。根據施工單位和工程管理單位跟蹤反饋，工程施工進度工期縮短，預制砌塊施工方便，質量容易控制。工程經歷了當地汛期行洪除澇的考驗，保障了兩岸的防洪排澇安全，防止了水土流失，促進水土交換，同時也滿足了生態環境及景觀的要求，達到了預期生態目標。工程竣工后的組合式生態擋墻現場實施效果：

(1)砌塊外觀效果。組合式砌塊錯落有致，無明顯傾斜或凹凸，岸線順直，護岸結構穩定性較好，對岸坡防護作用明顯。

(2)生態綠化效果。撒播草種初期綠化效果一般，經過一定周期的管理及養護，砌塊及岸坡植被逐漸生長，坡面植被覆蓋率較高，生態砌塊硬質化效果被削弱，取而代替的是自然效果；砌塊溝通了土壤與水體，形成了生態系統的水體交換，為河道中兩棲河底浮游動植物動物構建了較好的水生態環境群落。

5 結論

生態擋墻技術不僅在河道護岸防護工程中起到了重要作用，而且在生態及景觀方面效果更是突出，符合現代生態治水的需求。本文介紹的組合式生態擋墻砌塊以鎖扣型式連接，穩定性優于傳統自嵌式擋墻，對不同地基的適應性較強，能夠滿足岸坡防護的要求。同時由于生態孔的存在，為植物生長創造了良好的生存條件，使墻后填土與河水之間的物質營養交換更加充分，植被覆蓋率高，極大程度上改善了傳統擋墻生硬、生態性不足的缺點，有利于提升河道的自然、生態景觀效果。通過在溧陽市前西河治理工程中的應用和實施效果分析，可以為類似河道治理工程提供良好借鑒作用。