土釘結合生態砌塊飾面護岸在中小河流治理項目中的應用

楊 坤

(廣東珠榮工程設計有限公司，廣東 廣州 510610)

1 概述

隨著我國經濟社會的快速發展，人民群眾對生態環境的需求越來越高，而河流水系作為生態環境的重要載體，水環境的好壞成為生態環境質量極為關鍵的一環。近年來，國家及各級地方政府出臺了一系列中小河流治理規劃或實施方案，積極踐行綠水青山就是金山銀山的理念，對中小河流開展了如火如荼的生態治理[1-3]。

中小河流治理工程應按照防洪減災、生態優先、綠色發展、因河施策的治理思路[4]，在滿足防洪安全的前提下，尊重河流自然屬性，科學確定治理模式，維護河流健康生命，堅持生態優先的原則，盡量采用天然緩坡、生態護坡，既保證人民群眾生命財產安全，又使治理生態可持續，守護我們的綠水青山。然而，對于河道狹窄、保護對象重要、受地形條件或已建建筑物限制的河岸，則宜采用墻式護岸[5-6]。

傳統河道治理中常用的墻式護岸包括重力式、懸臂式、扶壁式擋墻等，施工場地寬裕、擋土高度大的河岸也常采用排樁式擋墻，但上述擋墻均較為生硬，生態性較差。近年來，隨著預制品市場的蓬勃發展，加筋土式生態砌塊擋墻護岸在河道治理中也日益普遍，有一定的生態效果及景觀提升效果。而工程建設中常見的土釘墻，技術極為成熟，但主要用于基坑支護或邊坡防護，用于河道護岸治理時比較少見。本文結合前人關于土釘墻以及生態砌塊在水利工程中的研究與應用，以工程實例介紹土釘結合生態砌塊飾面護岸在中小河道治理項目中的應用。

2 常見擋墻類型、適用范圍及其優缺點

縱觀眾多的中小河流治理項目，或多或少都存在一些河道狹窄、保護對象重要、受地形條件或已建建筑物限制的河岸，因而，對于此類河段的治理方案往往成為中小河流治理項目必須克服的關鍵點，有時甚至影響整個項目設計成果的成敗。水利工程中常見的擋墻類型、特點及其適用范圍見表1。

表1 水利工程常見擋墻類型、特點及適用范圍[4]

以上常見擋墻類型中，地下連續墻、水泥土墻一般用于基坑開挖支護，錨桿式、土釘墻既可用于基坑開挖支護也可用于邊坡防護，錨定板式、加筋土式一般用于填方工程擋墻，其余均為傳統河道治理項目中常用的擋墻類型。以上擋墻類型用于河道治理時，除錨桿式、排樁式及土釘墻3種土方挖填量較少外，其余均涉及大量的土方挖填，極易造成水土流失。此外，除加筋土式擋墻的墻面板可根據需要采用各種預制生態砌塊，有一定的生態效果及景觀提升效果外，其余擋墻類型均較為生硬，生態性較差，不大符合當下中小河流治理理念。為此，可針對上述擋墻類型各自特點，取長補短，以獲得更好的工程效益。

3 土釘結合生態砌塊飾面護岸工程實例

3.1 河道現狀情況及墻式護岸方案比選

某河道治理項目，現狀岸坡基本為土質岸坡，岸坡高度約為5～8 m。其中部分河段受洪水沖刷影響，岸坡垮塌嚴重，殘存岸坡幾近直立，邊坡坡度約為1：0.3～1：0.5；岸上或為耕地，或臨近村落、交通要道等，不一而足。

對于此類河段的治理，不宜采用放緩坡的方式進行治理。一是放緩坡將涉及大量永久性征地，而征地和青苗補償標準普遍較低，可能無法滿足相關組織或群眾的要求，可能會有一定的抵觸情緒，給工程建設和社會穩定帶來不良影響；根據近年來中小河流治理情況來看，因征地拆遷影響工程進度和社會和諧的案例屢見不鮮。二是出于耕地紅線的考慮，改革開放后特別是21世紀以來，我國經濟社會發展日新月異，大量的國家及各級地方政府基建占地、房地產開發、農村建房占地等，致使我國耕地面積逐漸減少；2013年12月23—24日在北京舉行的中央農村工作會議，提出要確保糧食安全，堅守18億畝耕地紅線；對于河道沿岸耕地紅線的堅守變得尤為重要。因此，對此類河段可采用墻式護岸，以減少永久占地。

本次墻式護岸采用重力式埋石砼擋墻、加筋生態砌塊擋墻、排樁擋墻及土釘結合生態砌塊飾面擋墻四種方案進行比選，各方案標準斷面示意(以河床以上凈高5m為例)見圖1～4，對比情況見表2。

圖1 重力式埋石砼擋墻標準斷面示意

圖2 加筋生態砌塊擋墻標準斷面示意

圖3 預制板樁擋墻標準斷面示意

圖4 土釘結合生態砌塊飾面擋墻標準斷面示意

表2 墻式護岸比選

經比選，從經濟性、施工便利性、生態性以及水土保持和環境保護等方面綜合考慮，筆者推薦該河道此類河段治理采用土釘結合生態砌塊飾面的墻式護岸。

3.2 土釘結合生態砌塊飾面墻式護岸結構設計[7-11]

土釘墻是一種土體加筋技術，以密集排列的加筋體作為土體補強手段，提高土體的強度與自穩能力；當土體發生一定變形后，土釘隨著變形而提供抗力。工程中常見的土釘墻，主要用于邊坡防護及基坑支護，其面板為噴射混凝土鋼筋網面板，混凝土強度等級不宜低于C20，厚度不宜小于80 mm，土釘長度為臨空面高度的0.5～1.2倍，土釘間距為1～2 m，土釘與水平面的夾角宜為5°～20°，土釘鋼筋直徑為16～32 mm，鉆孔直徑為70～120 mm，注漿材料為水泥漿或水泥砂漿，其強度等級不宜低于M20。

傳統土釘墻面板結構多為鋼筋砼，生態性較差，用于河道治理時，不符合當下中小河流治理理念，本次設計擬對其改良，將面板結構更改為預制榮勛生態砌塊。榮勛生態砌塊具有獨特的自擋土、生態、溢排水、自定位、自卡鎖等技術特征，可用于沒有開挖或不宜開挖條件的工況時，可以采用土釘結構的方式施建生態護面墻。施工時在墻背回填少量亞粘土即可綠化，實現固土、美化環境雙重功效。

本次設計土釘結合生態砌塊飾面擋墻結構如下：擋墻坡度為1：0.5，擋墻高度為5.0～8.0 m；墻身榮勛砌塊型號為RXP-280-10，錯縫搭砌，生態植生孔寬度為0.11 m，種植草本或藤本植物綠化墻面；擋墻基礎為C20素砼結構，其埋深根據沖刷計算結果按不小于1.0 m控制；土釘采用HRB400鋼筋(頂層及底層直徑為25 mm，中部直徑為18 mm)，入射角為15°，單根長度為5.1～8.1 m，橫向間距為2.04 m(間隔4塊)，豎向間距為1.05 m(間隔7塊)，土釘伸入預留生態孔采用C20砼封閉，每一橫排土釘在砌塊后與2根直徑14 mm的HRB400縱向鋼筋焊接，增強整體性，縱向鋼筋采用C20砼連系梁包裹，斷面尺寸為0.2 m×0.2 m；砌塊背面與邊坡之間回填亞粘土，為草本或藤本植物提供生長空間；墻頂設C20砼壓頂，斷面尺寸為0.5 m×0.2 m，并安裝護欄(見圖5～6)。

圖5 土釘結合生態砌塊飾面墻式護岸標準斷面示意

圖6 土釘端頭處理方案大樣示意

3.3 工程前后邊坡穩定計算[1-3][12-14]

1) 計算方法

依據《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)9.2.4條及《復合土釘墻基坑支護技術規范》(GB 50739—2011)5.3.2條，工程實施前現狀邊坡及實施后土釘墻整體穩定性分析可采用簡化圓弧滑移面條分法，根據各計算工況不同，分別采用理正巖土計算軟件6.5PB2版的邊坡穩定分析及超級土釘設計程序進行驗算。

2) 荷載組合及計算工況

土釘墻穩定計算的主要荷載有自重、土壓力、水壓力、破裂體范圍內的車輛、人群等附加荷載，等等。

根據《水工擋土墻設計規范》(SL 379—2007)5.1.2條的規定和該工程實際情況，選擇某最不利斷面按以下工況進行穩定計算，具體計算工況見表3所示。

表3 土釘擋墻抗滑穩定計算工況

3) 計算簡圖

根據土釘結合生態砌塊飾面護岸分布范圍、地形地貌及地質勘察成果，選擇某最不利斷面進行穩定計算(如圖7所示)。

圖7 計算示意(單位：高程 m，尺寸 mm)

4) 計算成果及對比分析

工程實施前現狀邊坡及實施后土釘墻整體穩定計算分別采用理正巖土計算軟件6.5PB2版的邊坡穩定分析及超級土釘設計程序進行計算(成果見表4)。

表4 工程前現狀邊坡穩定計算成果

經計算可知，選定計算斷面現狀邊坡在各工況下均嚴重不滿足規范要求，土釘結合生態砌塊飾面護岸在各工況下均滿足規范要求，極大地提高了岸坡穩定性。

4 土釘結合生態砌塊飾面護岸設計的一些建議

1) 在實際運用中確定土釘長度時，在滿足穩定要求的前提下，可適當統一土釘規格，避免因種類過多造成施工不便。

2) 中小河流治理中的土釘墻，對于岸上為耕地或者對覆土厚度有特殊要求的河段，最上層土釘應大于耕作深度或覆土厚度的要求，避免因耕作、施工等造成土釘的損壞，進而影響護岸的安全。

3) 河道治理中的土釘墻面板宜盡量采用帶植生孔或可預留植生孔的工業化生產預制成品，以便兼顧景觀綠化需要。隨著水利領域預制裝配式產品市場的蓬勃發展，陸續涌現了仿石式、魚巢式、卵石式等一系列外形優美的生態砌塊產品，在滿足自擋土、生態、溢排水、自定位、自卡鎖及便于土釘端頭封閉等技術要求的條件下，均可以用于土釘墻面板。

4) 對于城鎮老舊、生硬的墻式護岸，在滿足防洪要求的前提下，亦可采用土釘(或錨桿)+生態砌塊面板的方案對現狀駁岸予以改造，提升河道水環境。

5) 生態砌塊雖具有施工速度快、生態性好等優點，但部分廠家報價過高，影響其實際運用，具有一定局限性。加之生態砌塊單塊尺寸一般較大，運輸費用也較高，在設計方案比選時應認真調查項目所在地附近是否有相應的生產廠家，充分研究其經濟可行性，特別是一些偏遠河道的治理項目，應慎重考慮。

5 結語

1) 土釘墻技術在工程上應用十分成熟，各類預制生態砌塊應用也日趨廣泛。對于河道狹窄、保護對象重要、受地形條件或已建建筑物限制的河岸，采用土釘結合生態砌塊飾面的護岸形式，不僅可提高河岸的安全性，還能兼顧河岸的生態性，并可降低對周邊已建建筑物的影響，對中小河流類似河段治理有一定的借鑒意義。

2) 中小河流治理是一項公益性的社會系統工程，有較大的社會效益、經濟效益及生態環境效益。在河道治理前期設計過程中，應遵循安全經濟、自然生態的治理原則，因河施策、因地制宜，嚴格設計方案比選，協調好安全、經濟及生態三者之間的關系，保障人民群眾的生命財產安全，提升人居環境水平，并盡量避免或降低因工程建設給社會帶來不良影響。