生態砌塊護岸在靖安縣中源鄉防洪工程中的運用

曾 云，喻春花

(江西省贛西土木工程勘測設計院，江西 宜春 336000)

0 引 言

靖安縣中源鄉防洪工程位于北潦河中源鄉段，治理河道總長5.562km，其中北潦河河道長5.440km，起點為合港橋以上約158m，終點為山下橋；支流合港水河道長0.122km，起點為合港陂，終點為萬福殿便民橋。

工程區防護面積2.3km2，保護耕地166.67hm2，保護中源鄉集鎮，合港村、船灣村、山下等村委，人口0.3萬余人。

工程區主要地貌類型為構造、侵蝕中低山及河流沖積階地，四面環山，沖溝發育，整體地勢東高西低，區內地勢起伏較大，河流蜿蜒曲折。沖積階地主要分布于北潦河左右岸，地面標高大多為545-585m。北潦河整體由西流向東，縱坡較大。

1 工程存在的問題

靖安縣中源鄉北潦河河段現狀防洪標準低，沿岸基本未設堤防，局部地勢低洼，加之河道坡降較大，受水流沖刷，坍岸現象較普遍。

2 工程任務

工程建設任務主要為：針對河道實際存在的險情，本工程加固的主要內容為對險工險段及存在隱患的河岸進行護岸。在盡可能維系河流原貌的情況下，通過岸坡防護、親水性設計等手段，提高工程河段抵御山洪災害的能力，保護項目區河流生態環境，適度打造鎮、村中心沿河兩岸景觀，建設美麗鄉村，打造一條自然、生態、親水的河流。

3 護岸型式比選

3.1 護岸型式介紹

3.1.1 傳統護岸

傳統河道岸坡防護材料主要采用干砌塊石、混凝土預制塊及現澆混凝土等硬質材料對河道堤防或岸坡進行防護。硬質材料護岸在保持岸坡的結構穩定性、防止水土流失以及防洪、排澇等方面，起到了一定的作用。但是硬質材料護岸的造價均相對較高，施工難度較大、有些還需要水下施工，且維護工作難度較大。

硬質材料護岸對水土間的通道以及水土之間的聯系具有明顯的破壞作用，對生態環境造成很大的負面影響，如混凝土預制塊的表面比較光滑，往往導致魚類或者是兩棲動物失去了繁衍和避難場所，水生物無穩定的生存環境，水體自凈能力大大降低，對陸地以及水體起到破壞的作用，導致水體污染，對景觀、環境和生態均產生不良的影響，造成了水體與陸地環境的惡化，破壞了原有的生態平衡，甚至嚴重威脅著人們賴以生產、生活的生態環境[2]。

干砌塊石、混凝土預制塊護岸：

優點：施工簡單，防護功能強，穩定性高；抗沖能力強，人為損壞小；缺點：無透水性，完全隔絕坡面與岸坡土體的生態聯系，岸坡上寸草不生，無任何生態、景觀功能；水體凈化功能差。

3.1.2 生態護岸

在河道整治工程中，常用的生態護岸主要有石籠網墊護岸、生態袋護岸、生態砌塊護岸、生態混凝土護岸等。

3.1.2.1 石籠網墊護岸

石籠格網墊一般采用鋼絲籠單體通過鋼絲綁扎，內部填置塊石，形成薄墊型結構，覆蓋于岸坡之上，能有效減緩水流沖刷，保護岸坡土體。石籠網墊主要用于河道岸坡、堤防護坡。既可防止河岸遭水流、風浪侵襲而破壞，又保持了水體與坡下土體間的自然對流交換功能，實現了生態平衡；既保護了堤坡，又增添綠化景觀[3]。

優點：柔韌性好、透水性強、耐久性及防沖擊能力強等優點，具有很好的生態性。能夠承受較大范圍的變形，不會因不均勻沉陷而產生沉陷縫等，整體結構不會遭到破壞。石籠網間的縫隙有利于微生物及各種生物的生存，經過長時間土壤堆積，為植物生長創造條件；亦可在石籠的塊石縫隙中填置混播了草籽的種植土，從而打造綠色生態型護岸。

缺點：網格外露，金屬的腐蝕性，老化問題，以及外露的格網容易被破壞，導致網內較小的石塊容易掉出網外。另外，金屬、網格的切斷端部非常尖銳，親水活動和攀爬自救的人容易被傷害。

3.1.2.2 生態砌塊護岸

生態砌塊由一種縱向帶有卡鎖結構、自擋土的實心混凝土砌塊干砌形成，砌筑時通過砌塊縱向的榫槽結構使砌塊間互相卡鎖、整體聯鎖，自擋土結構可以離縫砌筑，所形成的生態孔洞可種植花草，滿足綠化生態需要。可廣泛用于河道、堤防岸坡防護工程[4]。

生態砌塊護岸優點：

1)獨特的自擋土結構：在坡度<45°時，榮勛護坡護床具有自擋土功能，一般無需采取反濾措施，降低造價，簡化施工，提高工效。

2)限制砌塊之間的豎向運動，任一砌塊都不容易向上或向下脫開，保證了路面、護坡、河床的平整穩定；不容易被水流沖刷下來；當用于江河海岸的護岸時，比平面式砌塊能夠更有效地抵抗波浪沖擊力和波浪浮托力。

3)砌塊在被踩踏時，砌塊底下的積水不易從凸條和凹槽之間向上濺出。

4)同層相鄰的砌塊之間的間距可以靈活變化，從而可以形成不同大小的孔洞，滿足多種變化的美觀需要；這些孔洞可以為植物提供生存空間，滿足綠化生態需要。

5)可以適應坡度的連續的變化。

6)結構簡單，鋪砌方便，有利于縮短工期，降低勞動強度[5]。

3.1.2.3 傳統護岸與生態護岸優劣對比

1)功能方面：傳統護岸注重點在于防洪、排澇等基本功能；生態護岸除考慮其基本功能外，還統籌兼顧生態、景觀功能，能更好地促進新型水生態環境理念的建設和發展。

2)形態方面：傳統護岸斷面規則、岸線整齊，人工痕跡明顯；生態護岸斷面形式多樣、岸線遵循其自然走向、親水休閑更加方便，保留河道原生態特色，符合人與自然和諧相處的理念。

3)選材方面：傳統護岸工程選材主要使用塊石、混凝土等硬質材料，硬化岸坡，隔斷水體與陸域之間的聯系，從而引起自然環境的惡化，大大降低水體自凈能力，導致生態系統的平衡遭到破壞；生態護岸選材主要使用的材料一般為天然石材、多孔結構、植物、土工材料等，有利于整個河道生態體系營養、水分、空氣等之間的相互交換，對河道的生態系統影響較小，更有利于已經遭受破壞的河流生態系統的自我修復。

4)工程效果方面：傳統護岸工程后期管護工作較復雜，且河流生態系統較脆弱，易遭到破壞，自我修復功能差，容易導致河道水體黑臭，無法達到水生態景觀和環保的要求；生態護岸設計因地制宜，護岸材料和施工技術漸趨成熟，后期管護工作相對簡單。而且，生態護岸遵循自然規律，打造的河流生態系統自我修復能力強，能給人們提供親水、娛樂、休閑等功能，進一步促進人們的身心健康發展[6]。

3.2 護岸方案比選

根據省內類似工程，本工程險段護岸型式采用混凝土預制塊、干砌石、生態砌塊、石籠網墊護岸四種方案進行比選：方案一為0.4m厚干砌塊石護坡，下設0.2m厚的砂卵石墊層；方案二為0.12m厚C20砼預制塊護坡，下設0.1m厚砂卵石墊層；方案三為生態砌塊護坡，生態護坡采用C20砼砌塊(150mm×150mm×400mm)，下設土工布200g/m2；方案四為300mm厚石籠網墊，下設一層反濾土工布。比較結果見表1。

表1 護岸方案比較表

從工程生態、景觀效果上考慮，方案一(干砌石)、方案三(生態砌塊護坡)、方案四(石籠網墊)三個方案較生態，與周邊環境協調，而方案二(混凝土預制塊)容易造成一面光，生態效果差，與環境互適性差，本次設計不予考慮。

根據工程實際經驗，干砌塊石施工需要好的熟練工，而現在施工項目多，好的施工隊伍少，施工質量難于保證，且抗沖流速相對較小；石籠網方案中石籠網格容易遭受一些外在因素的破壞，耐久性有待考證，而且石籠網容易掛生活垃圾，在省內未有成功的案例。故本次設計不考慮干砌塊石和石籠網方案。

生態砌塊作為一種新型的岸坡防護型式，在以下3方面具有優勢。①防護方面：生態砌塊縱向卡鎖，可有效地抵抗波浪沖擊力和波浪浮托力；塊間互相卡鎖、整體聯鎖，坡面穩定牢靠，對岸坡防護效果好；②生態景觀方面：生態砌塊孔洞率高，水下部分可生長水生動物、水生植物、微生物等，水上部分可生長各種植物，形成各種景觀，植物直接生長在土壤中，成活率高，綠化效果極佳，綠化周期短；③在施工方面：柔性結構，可以適應坡度的連續的變化，利于操作；干砌結構，簡單方便，施工速度快。且生態砌塊為C20砼澆筑，耐久性有保證。

綜上，方案三(生態砌塊方案)費用最高，但在工程質量、施工便利及生態景觀方面具有較大優勢，故本次設計采用生態砌塊方案。

4 護岸設計

4.1 基礎沖刷深度計算

根據實際地形，選取典型斷面進行計算，該段基礎為砂卵石層。根據《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)，水流順壩及平順護岸沖刷深度按下列公式計算：

(D.2.2-1)

(D.2.2-2)

式中：hs為局部沖刷深度(m)；U為行近流速(m/s)，典型斷面處行近流速取2.35m/s；Ho為沖刷處的水深(m)，典型斷面處水深取3.0m；Ucp為近岸垂線平均流速(m/s)；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關，取n=1/4-1/6；η為水流流速不均勻系統，根據水流速流向與岸坡交角α查《堤防工程設計規范》表D.2.2，α=40度，η取值1.75；Uc為泥沙起動流速(m/s)，對于黏性與砂質河床可采用張瑞瑾公式(D.2.1-5)計算。

(D.2.1-5)

式中：γs、γ為泥沙與水的容重(KN/m3)，γ=9.81 KN/m3，根據地質勘查報告，γs=19 KN/m3)；d50為床沙的中值粒徑(m)，根據地質勘查報告，d50=0.00002m；

計算得河岸沖刷深度見表2。

表2 河岸沖刷深度計算成果表

經計算得到，最大沖刷坑深度為0.79m，根據類似工程經驗，本次基礎埋深要求≥1.0m。

4.2 單個塊石體質量及護面層厚度計算

采用人工塊體或經過分選的塊石做為斜坡堤的護坡面層且斜坡坡率為1.5-5.0時，波浪作用下單個塊體、塊石的質量Q及護面層厚度，可按下列公式計算：

經計算得，本工程護岸所需最小塊石重量Q=4.3kg，厚度t=0.17m，考慮到本工程實際施工條件及其它工程經驗，確定本工程所采用砌塊或塊石粒徑≥200mm。

4.3 護岸結構

在岸坡迎流頂沖段以及河道順直岸坡淘刷段，采用生態護岸方案，從河底護至岸頂；在河道凸岸，生態護岸從河底護至常水位，生態護岸以上至岸頂采用草皮護岸。

生態砌塊為C20混凝土澆筑的異型砌塊，外形尺寸400mm×150mm×150mm(長×寬×高)，單塊重量17.8kg。生態砌塊護岸坡度為1∶2.0，厚0.15m，下設150mm厚碎石墊層(岸坡巖性為砂卵石的不設置碎石墊層)和200g/m2土工布，生態砌塊護岸底部設0.6m×1.0mC20混凝土齒墻固腳，頂部設0.3m×0.4mC20混凝土齒墻壓頂，砌好之后生態孔寬度260mm，孔隙率為39.4%。砌塊孔洞常水位以下采用砂卵礫石((粒徑20-40mm))充填，常水位以上先回填土，再種植草皮。

5 結 語

靖安縣中源鄉防洪工程采用生態砌塊技術對北潦河及其支流的險工險段及存在隱患的河岸進行防護，通過本工程的實施，極大地提高北潦河工程河段抵御山洪災害的能力，使工程范圍內集鎮、村莊的防洪能力大大提高。生態砌塊在本工程中的運用改變了以往河道護岸“一面光”的形象，該技術的運用在在滿足了河道的防洪、排澇等基本功能外，還滿足了生態、環保等要求，生態砌塊護岸的設計理念能更好地促進新型水生態環境理念的建設和發展，以及為水生態景觀建設、水環境保護及人類與自然和諧共存做出更大的貢獻。