鉸接式混凝土砌塊護坡的設計和效益研究

張玉清，宓永寧，王鐵良，徐 鋒

（1.沈陽農業大學 水利學院，沈陽110866；2.遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽110006）

隨著社會經濟的發展和人民群眾生活水平的提高，人們對水環境的要求也越來越高。河道已不僅僅具有“泄洪、排澇、蓄水、引清、航運”等水道的基本功能，而且還具有“景觀、旅游、生態、對周邊環境的呼應”等功能，人們渴望見到水清天藍、綠樹夾岸、魚蝦洞游的河道生態景觀［1－2］。河道護坡是保證堤防安全的重要單元，也是堤防除險加固工程建設中的重要內容，所占投資比例也很大［3］。傳統的護坡形式應用比較廣泛的有現澆混凝土、瀝青混凝土、漿砌塊石、獨立混凝土塊石鋪面、泥灰土等做成的防侵蝕護面等［4－5］。這些形式的護坡往往片面強調河道的防洪、引水、排澇、蓄水和航運等功能，一定程度上改變了生態環境，對人居環境有一定的負面作用。國內城市的河道整治工程中，片面強調河流的防洪功能，大量建設鋼筋混凝土、塊石等直立式護岸和混凝土塊護坡，河流完全被人工化和渠道化，影響了河流的生態特征和功能，破壞了自然與環境的和諧統一［6－7］。在護坡防護方面，僅從滿足河道護坡穩定性和河道行洪排澇功能的角度出發進行設計施工，很少考慮對環境和生態的影響［8］，并且常常忽視了對已完成的生態護坡工程進行跟蹤監測或工程后評估，對其發展動態和水土保持功能認識不足［9－11］。因此，在有些堤防和護坡結構設計中，開始考慮環境的因素。為了適應這種新形勢的需要，河道整治中的河道護坡技術也應由原來的純工程性措施逐步向生態型護坡技術發展［12］。為此，本文以實際工程－沈陽鳥島公園河道鉸接式混凝土砌塊護坡為例，探討河道生態護坡結構新方法，從而為城市河道傳統護坡向生態護坡轉化提供參考。

1 工程概況

沈陽鳥島公園位于棋盤山開發區渾河段，沈陽市渾河城區段上游，北岸與渾北壩相接，南岸與干河子壩相接，渾北壩與干河子壩間為河心島，島面積約0.8 km2，周邊長約3 500m，島上有魚塘和部分建筑物，是2006年沈陽“世園會”的重要組成部分。鳥島位置如圖1所示。

由于2005年發大水，致使鳥島北岸與渾北壩相接部位近100萬m3的土方隨渾北壩一起水毀，同時島周圍原有干砌石護坡紛紛脫落，島上面積大大縮減。此時距2006年沈陽“世園會”開園的時間僅有半年多的時間，根據棋盤山開發區委會的要求：為保護渾河鳥島環境，提高鳥島邊坡抗沖刷能力，需對鳥島護坡重新進行設計，并且護坡工程四周的護坡形式須考慮景觀效益，護坡形式不得減少現有島上面積，施工工期不能太長，進度要快。基于以上因素和與其他護坡方式比較，最終選定使用鉸接式混凝土砌塊護坡。

圖1 鳥島位置圖

2 鉸接式混凝土砌塊護坡的結構設計

2.1 砌塊的生產

砌塊是由細石混凝土經混凝土成型機振動加壓制成，具有密實度好、強度高、抗沖擊能力強、抗凍、抗腐蝕、持久耐用等優點。鉸接式混凝土砌塊是一種柔性結構的生態護坡保護系統，生產養護28d后出廠時必須達到設計所要求的強度、容重、抗凍等級及含水率等技術指標。

鳥島周邊護坡采用鉸接式混凝土砌塊護坡，砌塊采用空心砌塊和實心砌塊兩種，強度標號為C25F200。鉸接式混凝土空心砌塊單塊重量應不低于45kg，實心砌塊單塊重量應不低于55kg，用直徑為8mm的鍍鋅鋼絞線將砌塊連接起來，并且單根鋼絞線最小應力不小于500MPa。鉸接式混凝土砌塊主要應用在河流的坡岸，沿整個鳥島四周鋪設，并且在坡面上半部分的砌塊空心部分和砌塊之間縫隙植草，防止水土流失。用于沈陽市鳥島公園護坡工程的鉸接式混凝土砌塊規格如圖2所示。

圖2 空心砌塊和實心砌塊規格

2.2 結構設計

鉸接式混凝土砌塊護坡采用的是高性能的塊體，塊體之間通過相互聯鎖，形成一個整體來抵抗水流的沖刷，塊體之間允許有適當的位移和變形，從而使該種鋪面護坡系統具有高度的地形適應性，使護坡系統能夠適應地形和地貌的變化。

在混凝土砌塊上“開孔”，有利于水中植物生長、地下水供給。不同開孔率、塊形、強度、水下重量，分別適應不同的水文、氣候、地質條件以及施工方法。

2.3 鋪設施工工藝

（1）裝卸、運輸時要輕拿輕放，車上擺放時應把砌塊立起來，這樣能減少運輸過程中造成的破損；運到施工現場應堆放在比較平整的場地，高度不能大于1m。

（2）放坡、找平。先把要鋪設的基面按設計坡度找平、夯實，一般10～15m為一段，掛線、用水平儀上下找平；按照設計邊坡坡度要求進行邊坡基面處理，清除雜草、樹根、突出物，對于較大的突出物或深坑用推土機先初步推平，最終使邊坡表面平整、密實，并符合設計邊坡要求。若基層夯實、找平處理的不好，會直接影響混凝土砌塊的鋪設質量與施工速度。

（3）已完成的基礎面上鋪設級配良好的砂礫料，鋪設厚度由設計而定。在砂礫料上鋪土工布。土工布要求如下：首先應清除地面一切可能損傷土工布的帶尖棱硬物，填平坑凹，平整土面，或修好坡面；為防止土工布被刺破，應先鋪厚度為10cm的砂礫料，平整后再鋪土工布；優選土工布、機織土工布，不得選用編織土工布；土工布采用單位面積質量為500g／m2的長絲土工布，抗拉強度不宜小于6kN／m2，幅寬6 m；土工布鋪設應力求平順，松緊適度，放2%的伸縮量，不得繃拉過緊；土工布應與土面密貼，不得留孔隙；發現土工布有破損，應立即修補或更換；相鄰織物塊采用搭接，搭接寬度不小于50cm；鋪設工人應穿軟底鞋，以免損傷土工布，不得在土工布上行車或堆放重物；坡面上鋪設宜自下而上進行。

（4）鋪設混凝土砌塊從下向上鋪設，確定第一塊鉸接式混凝土砌塊位置后，用經緯儀作出垂直、平行水流方向兩條線，用水準儀找平，掛線開始鋪設。

（5）本工程設計混凝土砌塊下邊沿要先做漿砌石護腳，漿砌石護腳頂端預留一根直徑20mm插筋，埋入深度70cm，出露長度20cm，間距100cm，如圖3（a）。鋪設第一塊砌塊后，還要連接鋼絞線，兩端用絞索套（或卡扣）將鋼絞線連接，連接方法如圖4，混凝土砌塊與壓重混凝土連接；土工布伸入漿砌石護腳邊緣150mm。

（6）混凝土砌塊鋪設到河岸一多半高度時，做一橫向20cm左右的砂漿伸縮帶。混凝土砌塊鋪設到頂端時，還要多鋪設兩塊砌塊，在砌塊末端將鋼索用卡扣鎖緊，澆注在壓重混凝土中，如圖3（b）。

（7）本工程鉸接式混凝土砌塊鋪設寬度10～15 m，上邊運到下邊距離較長，可以把混凝土砌塊放到木板上，滑到下邊，可以減少運距，加快鋪設速度。

（8）混凝土砌塊鋪設完以后，用干砂填充混凝土砌塊之間的接縫，這樣在外力作用下，砂的摩擦可使鉸接式混凝土砌塊連成整體。

3 效益分析

3.1 水土保持效益

根據本護坡的特點和護坡的地形走勢，在壩上共布置13個點作為代表性的觀測點，具體觀測點布置如圖5所示。

圖3 坡腳和坡頂鋪筑形式

圖4 絞索連接方式

圖5 監測點位置示意圖

護坡工程2006年6月完成后，隨后對護坡工程進行了常規的現場監測，調查頻率為每年4次（春夏秋冬每季一次）。記錄各點的坐標值，與設置相對坐標的差值來監測各點的位移量，探討其水土保持效益。各點3a來平均位移量見表1。

表1 各點位移平均值

從監測數據來看，在垂直于坡面的方向上，沒有較大的坍陷，坡腳也沒有破壞，因此沒有水土流失。而以前的傳統護坡，在2005年的大水沖擊下，護坡被沖毀，造成嚴重的水土流失，護坡損失上百萬立方米的土量。

3.2 生態景觀效益

鉸接式混凝土砌塊鋪設在土工布的基面上，隨著植被在砌塊孔和砌塊縫中生長，植物根莖對鋪面結構起到了潛在的加固作用，鋪面的耐久性和穩定性將進一步提高，孔隙部分一方面起到滲水、排水作用，另一方面起到增加植被，美化環境的作用。未淹沒的坡面（24 000m2）為開孔的砌塊，開孔處和磚塊縫隙間可種花草和樹叢，綠化面積超過總面積的一半以上。同時鳥島現已建成收費公園，護岸形式體現了生態特色，景色秀美，游人不斷，社會效益十分顯著。

3.3 經濟效益

從施工方面來說，方便施工，無須熟練施工人員和大型機械設備，不受其它外界條件控制，雨季也可施工，節省施工時間。根據現場實際情況一般工人平均每天可鋪設砌塊60～100m2（包括鋪設土工布等），而混凝土面板每天鋪設60～100m2則需要20名工人（包括混凝土攪拌、振搗、澆筑、支模、分縫等）；從成本來說，鉸接式混凝土砌塊每1m2需25元，而相同厚度的混凝土面板每1m2需45～50元，兩者相比之下，前者更具有經濟效益。以63 000m2護坡計，工程直接投資至少可節省1 260萬元。

本工程2006年竣工后，整個護坡運行3a多的時間，沒有發生損壞和塌陷；從布置的不同觀測點觀測數值來分析，整個坡體變形不大；因此本護坡運行良好，基本上不用維護。相對于其他傳統護坡來說，在運行和維護方面都簡單方便，而且還節約資金。

4 結論

（1）鉸接式混凝土砌塊護坡具有簡單易行、施工效率高、各項性能指標易于控制、整體美觀、施工質量易于保證等特點，特別適用于工期較短的工程，是一種很好的護坡方式。

（2）護坡工程完成后進行了近3a的連續現場監測結果表明，水土保持效益明顯，節省了土地資源，又能滿足綠化要求，增加景觀效益，并且較其他護坡形式節省了投資和后期維護費用，具有很好的推廣價值。

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