生態擋墻在河道整治中的應用

吳建華

(莆田市水利水電勘測設計院有限公司，福建 莆田 351100)

1 工程概況

東郊河發源于莆田市荔城區新度鎮的壺公山，流經新度鎮的大坂、桂林、龍頭、溝尾、東郊村、進入黃石鎮沙坂、登瀛、井后、華堤村，在下游分為兩叉，分別從橋兜水閘和江東水閘排入木蘭溪。東郊河總的流域面積為45.4km2，河道總長17.5km，平均河道比降8.9‰。本次東郊河上游新度集鎮段整治工程擬對東郊河上游共5.25km河段進行整治。實施本工程后，可以使區域內防洪標準由原來的不到5年一遇提高到10年一遇，是完善木蘭溪下游防洪體系的重要工程，使區域內防洪標準達到規范要求。

2 總體思路

東郊河是木蘭溪流域南洋片區的行洪主河道之一，河道兩岸產業和人口密集，河水污染嚴重，河床淤積嚴重，河道寬度變化較大，沿河違章設障嚴重，河道的蓄水、行洪能力大大降低，沿河環境極其臟亂。

根據河道淤積現狀分析，本次擬對東郊河河段進行整治，對河道進行清淤，加大河道深度。根據河道現狀，擬定一定的河道寬度，對河岸進行平順整治，對河道斷面狹窄處進行拓寬，使整治后的岸線平順，水流順暢。并且為確保河道行洪安全，對所整治河道兩岸進行護岸建設，在河道兩岸填筑堤防，并在堤防上進行景觀綠化，在河道適合位置設計親水平臺，用以改善生物生存環境和水生態。

3 護岸擋墻設計

3.1 擋墻型式選擇

根據近年河道整治的工程經驗，工程擬采用的擋土墻在材料上主要分砌石(干砌、漿砌)擋土墻、混凝土(鋼筋混凝土)擋土墻、生態擋土墻(石籠擋墻、自嵌式生態塊)。

砌石擋墻和混凝土擋墻主要強調其強度功效，整體穩定性好，抗水流沖刷能力高，一般靠自身重力維持擋墻穩定，所以擋墻自身體積較大，對地基承載力要求較高。在通常情況下，砌石擋墻和混凝土擋墻會把河道水體和墻后土壤隔離開，阻擋了水體交換，不利于一些水生物的生存，整個擋墻呆板笨重，寸草不生，外觀效果不好，對生態環境不夠友好。

生態擋土墻(自嵌式生態塊、石籠擋墻)采用新的結構型式，確保擋土墻前后水體聯通，不破壞現有的水生態環境，墻體留有孔洞或縫隙，有利于植物的生長，工程的建設尊重了物種的多樣性，保持了生物的營養和水循環，維持了擋墻周邊植物生存環境和水生動物的棲息地質量。使河道的生態系統得到了有效的保護。

隨著社會的發展，環保和節能政策的不斷實施，傳統砌石擋墻和混凝土擋墻，材料單價越來越昂貴，采購運距越來越遠，增加了整個工程的工程造價和環保法律風險。

為了實現水清案綠，環境協調美觀的河道整治目標，同時節省工程投資，東郊河上游新度集鎮段整治工程采用生態擋土墻。

3.2 擋墻斷面布置

莆田市荔城區東郊河整治工程涉及整治的河段為東郊河中上游段，起始樁號位于西埔樞紐，終點至荔城區與城廂區交界處，涉及東郊主河道長度2.56km，涉及四條支流2.69km，堤距選擇綜合地形地貌條件，以及規劃進行設計，堤距越小，計算水面線越高，需要兩岸擋墻高度以及涉及的填土高度越高，而堤距定的越大，所需占地面積越大，為了河道附近居民更好的親水需求，河道擋墻高度設置在2m左右，墻頂設置人行步道。本工程綜合用地面積及擋墻高度，結合東郊河下游堤距寬度，根據水文分析計算，以及根據岸線規劃原則結合河道水面線計算成果，經過經濟、技術比較分析后，確定東郊河河道整治岸線布置。本項目區樁號D0+000～D2+644河寬規劃25m，樁號D2+644～3+440段河寬15m，分叉支流DC0+000～C1+410段河道寬度10m。

3.2.1石籠擋墻斷面布置

樁號D2+644～3+440及樁號DC0+000～C1+410段河道位于東郊河上游山區，河道坡降較大，設計洪水工況下，水流速度較大，最大流速為3.41m/s，石籠擋墻加生態塊護坡方案可適用于流速較大的堤岸，石籠擋墻采用石籠把片石、毛石或卵石等塊頭較小的材料，用規格的石籠包裝形成整體性較好的結構，適用于流速較大的河道，其充分利用小塊石料，本身就是一種生態再利用，結合常水位以上的生態塊護坡其生態性較好。

石籠擋墻斷面高度2.0m，均分兩層，底層石籠網規格為4m×1.5m×1m(長×寬×高)，頂層石籠網規格為4m×1m×1m(長×寬×高)；斷面分別為1.0m×1.0m、1.5m×1.0m，石籠采用雙絞格網型式，采用特制鍍鋅低碳鋼絲并包覆PVC。網身絲徑為2.6mm，包覆PVC后直徑為3.8mm，框線直徑為3.4mm，包覆PVC后直徑4.6mm。鍍鋅量大于260g/m，抗拉強度大于400MPa，延伸率不低于12%；石籠內隔網的綁扎要求：隔網與網身的四處交角各綁扎一道，間隔網與網身交接處每間隔20cm綁扎一道，間隔網與網身間的相鄰框線，必須采用組合線聯結，即用綁扎線一孔繞一圈接一孔繞二圈呈螺旋狀穿孔絞繞聯結，封蓋網與網身、間隔網間相交邊框線必須每間隔20cm綁扎一道；石籠內填充石料粒徑在1.5～2.0倍網孔大小，填充料必須是堅固密實、耐風化好的石料，嚴禁使用風化石。墻背回填級配碎石墊層0.30m。斷面型式如圖1所示。

3.2.2自嵌式生態塊擋墻斷面布置

樁號D0+000～D2+644段河道位于東郊河上游平原區，河道平順，河道坡降較緩，設計洪水工況下，水流最大流速為1.86m/s，采用自嵌式生態塊擋墻型式，綠化效果更好，自嵌式生態塊塊外形尺寸400mm×150mm×300mm，生態砌塊抗壓強度為C20，單塊重量40kg；人工砌筑完成后，迎水面坡度1∶0.17，并留有110mm×150mm綠化生態孔，為保持墻體整體穩定性，設置三層TGDG80聚丙烯土工格柵，自由端末端用U型釘固定于鋪置面。墻背回填級配碎石墊層0.30m。斷面型式如圖2所示。

圖1 石籠擋墻堤段典型斷面圖

圖2 自嵌式生態塊擋墻典型斷面圖

4 穩定分析

4.1 擋墻自身穩定分析

擋土墻背水坡內側回填粉質黏土，其壓實度不小于0.91，擋墻穩定計算采用SL 379—2007《水工擋土墻設計規范》第6節公式計算。經復核，兩種生態擋墻的抗滑及抗傾安全系數均大于規范規定的最小安全系數，斷面尺寸能滿足設計要求。

4.2 堤防整體抗滑穩定計算

堤防整體抗滑穩定計算采用GB 50286—2013《堤防工程設計規范》規定，本工程具體計算工況如下：

(1)水位組合

正常運用條件：

工況1：迎水側設計洪水位，背水側相應低水位。

工況2：迎水側設計洪水位驟降至常水位。

施工期：

工況3：施工期，堤前后兩側無水。

(2)計算方法

土壓力計算方法穩定滲流期采用有效應力法，施工期采用總應力法，外水位降落期采用有效應立法和總應力法的小值，墻后填土強度指標施工期采用直剪快剪指標，穩定滲流期采用直剪慢剪指標，水位降落期采用固結快剪指標。

按瑞典圓弧滑動法計算，穩定計算采用剛體極限平衡中不計條塊間作用力的瑞典圓弧法計算最小安全系數。計算采用浙江大學土木系《STAB》邊坡穩定分析程序進行電算，計算滑弧深度從1～50m，滑弧變化步長為0.5m。

經計算堤防整體抗滑穩定均大于規范要求的抗滑穩定安全系數，堤身斷面布置滿足規范穩定要求。

5 結語

東郊河上游新度集鎮段整治工程目前還在施工中，石籠擋墻、自嵌式生態塊擋墻這兩種生態擋墻的合理應用，既保證了河道的行洪安全，又改善了生物生存環境和水生態。結合堤防上景觀綠化和步行道及親水平臺的設置，將本工程建設成了一個集防洪與休閑一體的綜合性水利工程。本工程對石籠擋墻和自嵌式生態塊的使用，為類似河道整治工程提供了一定的工程經驗，具有一定的參考價值。