城市防洪平臺的生態化設計與工程實踐

謝 松 樺

（1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川省城市水環境治理工程技術研究中心，四川 成都 611130）

0 前 言

隨著城市的發展和人民生活水平的不斷提高，“生態化、景觀化、功能化”等關鍵詞常被人們津津樂道。對城市防洪工程而言，單純的擋水、避水、趨水已經難以滿足現代社會人們對觀水、親水功能的迫切需求。如何讓防洪工程搭上城市發展的快車道，在保證防洪安全的前提下，將城市寶貴的土地進行生態化的利用，留下大眾的腳步，給動植物營造更好的發展空間，這是城市防洪工程的新思路。

1 防洪工程的生態化設計原則

1.1 工程安全原則

防洪安全是防洪工程的重中之重，城市防洪工程應優先滿足基本的防洪需求。在堤防選型及堤線布置時，需充分考慮當地的自然環境及空間區位，依據《堤防工程設計規范》，堤線走向應與河流流向一致，與洪水主流大致平行，以利行洪，兩岸之間堤距不能突然放大或縮小；工程布置也應首先考慮對河道行洪的影響，保證有足夠寬的行洪斷面，以利于宣泄洪水，同時也要考慮河勢，并保證順應已建防洪堤的安全；堤線布置應與河勢、流向相適應，各堤段之間連接平緩，上下游水面線應銜接自然，以減少河道的沖刷和淤積。防洪工程應盡可能利用現有堤防和有利地形，修筑在土質較好、比較穩定的灘岸上，盡可能避開軟弱堤基、深水地帶、古河道、強透水堤基；同時應重點關注河流基礎性狀，如：水流頂沖、流速激增、形態紊亂等現場水情，因地制宜選擇合適的堤型及堤線。

1.2 因地制宜原則

在生態化設計前，要充分考察河流的水文與地形情況，以確定常水位、洪水位、枯水位等關鍵數據，同時結合河道走勢、斷面寬度、水流速度、地層分布等因素，綜合考量岸線的抗沖刷能力，以確定不同河岸地段，采用不同的駁岸形式。河道的沉積作用受地形、水流和沉積的影響，并且在橫向、縱向和垂直方向上均有發生的可能性［1］。防洪平臺的生態化設計并不是規整的公園化設計，而是應充分考慮設計基底，盡可能保留現狀的生態元素，如灘涂、石漫灘、臨岸植被等，遵循“再循環”“再利用”和“可持續發展”的原則，通過人為措施，激活、重建或修復水陸生態結構［2］。在保護中開發，在開發中保護，實現工程造價的降低，生態效益的提升。

1.3 功能整體原則

防洪工程與生態景觀工程應有機結合，在生態化設計中應體現防洪理念，在防洪平臺頂高程滿足設防頻率洪水的情況下確立坡面防沖刷設計思路，有針對性地選取地被植物，盡可能選擇鄉土樹種、養護管理成本較低的樹種，同時還應保障有較強的耐澇能力和抓力附著能力。要善于利用陸生、水生植物群落，營造良好的多層級生態系統，鞏固堤壩駁岸的穩定性［1］。在人員活動區域，充分利用布置的廣場、花池、道路等的硬質鋪裝層，完善迎水面的防沖保護體系。

2 防洪工程的生態化設計思路

2.1 堤線的生態化設計

對水利項目而言，堤線布置應與河勢相適應，且力求平順，同時利用現有堤防及有利地形。但在防洪平臺的生態化設計中，還應考慮河道天然情況，最大程度保護現有植被、提升親水性并營造豐富的水陸交界線［3］。同時可模擬真實的岸線環境，主動對堤線適當截直取彎，通過人為設立回水區局部減緩河道流速，既可豐富岸線形態，又可對水域生態及岸線交互產生積極影響。

2.2 護面的生態化設計

防洪工程中對護面的設計較為駁雜，主要可以分為：功能性護面（如混凝土、漿砌石），天然護面（如植草護坡、景石擺置），生態護面（如雷諾護墊、生態網墊）3大類。

功能性護面很好地貫徹了工程安全原則，一般用于流量較大、流速較快的排洪型河道，混凝土、塊石等結構抗沖耐腐效果極好，在使用年限上也有突出的優點，但是由于其造價較高、生態功能較差、與新城建設格格不入，在大多新修河道中已較少使用。

天然護面一般適用于城市小型水系（水體），其主要特點為坡型較緩，一般大于1∶3，且流速較低，一般小于1.5 m/s。天然駁岸可與周邊環境相融合，對基礎的適應能力高，局部損壞不會引起駁岸的整體破壞［4］。由于天然駁岸造價低、效果好，在空間充裕且水流淘刷較低的情況下，多優先采用該種駁岸。

生態護面一般為加入了某些生態工法，以實現功能性、經濟性、效果性相統一的護面形式。常見的生態工法為雷諾護墊，生態網墊等結構，其主要材料為聚乙烯搭配鋼絲網組成，既保證了固坡所需要的網狀密度，又不阻礙植被生長，同時還有一定的抗拉強度。生態護面的抗沖流速一般能達到3～4 m/s，可廣泛使用在一般城市河道中，是生態化設計中必不可少的元素。

2.3 護腳的生態化設計

護腳在防洪工程中至關重要，需考慮其豎向的抗沖刷需求。常規的護腳以混凝土面板、重力式擋墻居多，其抗沖結構穩定，耐久性良好，一般用于流速較高、用地受限的城市河道，但其造價較高、功能單一，封閉結構也阻礙了水陸交換，不利于水生環境的打造。因此針對護腳的生態化設計應考慮實際情況，可在合適時采用生態護腳，如排樁、拋石、石籠護腳等。其不僅抗沖能力較好，還因其多孔的結構為水中生物和微生物創造了生存環境，從而增強了水體自凈能力，保護和改善了水源、水質［1］。同時在經濟性比較中，因其不用圍堰可水下作業，也具有較大優勢。

3 應用實例

3.1 項目概況

該項目位于兩江匯口處，平臺總體形狀為U型，最窄處約70 m，最寬處約400 m，現狀為河灘地和林地。場地內絕對高程在465.50～485.82 m之間，最大高差約20.32 m。

防洪平臺設防標準為50年一遇，工程等級為3級，該平臺是在原有河灘地上采用石渣料填筑，平臺長2 160m，高4.44～8.34m。中部設復合土工膜防滲，臨水側邊坡坡度為1∶4～1∶20，背水側邊坡坡度為1∶2。

3.2 防洪平臺護面設計

3.2.1 布置原則

工程河段50年一遇汛期流速為2.5～3.5 m/s，匯口處流態紊亂，對平臺臨水側坡面的沖刷嚴重，需采取坡面抗沖措施保證平臺的行洪安全。由于河道流速較快，常規的天然植草護坡已不滿足要求；出于生態需求，平臺護面需種植景觀植物，但混凝土面板阻隔了土層內外交換，不利于生態化打造，因此對護面采用生態護坡。

3.2.2 方案選取

結合抗沖流速、景觀效果、工程造價、施工工期等因素，綜合對比了雷諾護墊、加筋麥克墊、生態袋3種生態護面形式，最終選取加筋麥克墊作為本工程護面材料。加筋麥克墊特點如下：

（1）透水性強。加筋麥克墊孔隙率大有利于土體中孔隙水的排出，大大降低土體中孔隙水壓力，可維持土體的抗剪強度，結構穩定較好；不需額外修筑排水設施，能夠節約投資，降低工程造價。另外其孔隙率大的特點還能保證岸坡土體與水的充分聯系，為岸坡上各種植物提供必要的生長條件，植物的生長又可為關聯的動物提供食物和棲息地，從而保證岸坡上動植物多樣化，為水陸生態系統的恢復創造有利條件［5］。（2）耐用性。加筋麥克墊采用鋁鋅合金鋼絲，表面防腐鍍層厚度均勻，抗腐蝕性較強，從而保證其耐用性［5］。（3）經濟性。加筋麥克墊造價遠低于混凝土或漿砌石的價格，其對基礎要求較低，可在基礎較差地段施工，從而降低工程總體造價［5］。（4）施工方便。加筋麥克墊可在工廠制作半成品，運至工程現場組裝施工，便于節省人力、物力，保障工程進度如期完成［5］。

3.2.3 布置方案

岸坡采用鍍高爾凡加筋麥克墊。臨水側邊坡坡度為1∶4～1∶20，迎水面50年洪水位以下采用鍍高爾凡加筋麥克墊護坡，護坡上覆種植土。由于麥克墊覆蓋后上覆種植土深度有限，麥克墊鋪設后容易發生位移，因此需要采用U型鋼釘將麥克墊插入下部土層中予以固定，U型釘為Φ12鋼筋彎折而成，插入深度1.0～1.5 m，間排距1 m。同時為了保證麥克墊鋪設平整，可在鋪設中加入整平鋼釘，采用Φ8鋼筋彎折而成，插入深度0.3～0.5 m，隨機或固定間距布置。防洪平臺護面布置詳見圖1。

圖1 護面布置示意

3.3 防洪平臺護腳設計

3.3.1 布置原則

（1）護腳盡可能利用現狀水下地形及地層分布，采取相應的護腳措施。

（2）依據《堤防工程設計規范》，護腳深度需滿足河道抗沖刷深度要求。

（3）護腳方案涉及水岸線附近施工，應采取合理經濟的施工措施。

（4）水下護腳耐久性強，強度高。

3.3.2 布置方案

通過沖刷計算得知該段防洪平臺護腳處沖刷深度為3 m，若按照常規混凝土面板護腳的形式，考慮到開挖深度較深需涉及水下施工作業，同時需在沿線外圍設置圍堰并止水，工程費用較高且工期較長；現結合生態化布置原則，采用水平護腳替代垂直護腳，既保證了抗沖刷效果，又能為水岸提供淺水區，同時多孔的結構更有利于生態恢復及水岸交互。設計中護腳寬度8.0 m，臨水側深2 m，品字形布置。防洪平臺護腳布置詳見圖2。

圖2 護腳布置示意（單位：cm）

4 結束語

防洪工程與生態景觀工程，兩者一柔一剛，通過對新材料、新思路的摸索，方能逐漸探究出一條剛柔并濟的復合式設計思路。本文結合實例，在確保防洪安全的情況下，以生態化、景觀化為目標，對河道駁岸進行了組合設計，實現了駁岸多功能的融合。后期對防洪工程實施的維護管養，可實現生態化防洪的可持續發展。