土牛河河道治理工程護(hù)坡型式比選

鄂世煥

(鳳城市水利局，丹東 鳳城 118100)

1 工程概況

土牛河屬遼東沿黃海諸河水系，發(fā)源于邊門鎮(zhèn)謝家村馬道嶺，河流總長(zhǎng)56 km，流域面積615 km2，平均比降1.86‰，沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)3個(gè)(邊門、紅旗、藍(lán)旗)，行政村11個(gè)，于藍(lán)旗鎮(zhèn)鑲白旗村注入大洋河。

土牛河鑲白旗村至入大洋河口段堤防修建于20世紀(jì)70年代，堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)低，堤身斷面瘦小，滿足不了規(guī)范要求，兩次特大洪水造成堤防決口，給當(dāng)?shù)厝罕娚柏?cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅和損失，當(dāng)?shù)厝罕娖惹邢Ｍ軐?duì)此段堤防進(jìn)行加固處理。為徹底消除當(dāng)?shù)厮疄?zāi)隱患，保證當(dāng)?shù)厝罕娚?cái)產(chǎn)安全。土牛河鑲白旗村至入大洋河口段河道治理工程位于土牛河干流右岸，起始于鑲白旗村三組土牛河支流入河口處，終止于土牛河至入大洋河口處，工程全長(zhǎng)5116 m，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇。

根據(jù)目前常見的護(hù)砌材料和本工程的具體情況，以自然生態(tài)型和工程生態(tài)型選取護(hù)砌材料，主要以綠濱墊護(hù)坡、混凝土板護(hù)坡、生態(tài)土工固袋、蜂巢格室、加筋麥克墊護(hù)坡型式為主。

2 護(hù)坡型式比選

2.1 護(hù)坡型式適用范圍及特點(diǎn)

1)綠濱墊護(hù)坡[1]：綠濱墊是由機(jī)器編織的雙絞合六邊形金屬網(wǎng)面組成箱型網(wǎng)籠，并由間距米的隔板分成若干單元格，為了增強(qiáng)綠濱墊結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，所有的邊端采用直徑更粗的鋼絲，網(wǎng)籠內(nèi)填塊石，網(wǎng)格的大小以不漏的塊石為限，適合流速4.2 m/s～5.0 m/s。綠濱墊柔性結(jié)構(gòu)適應(yīng)變形整體結(jié)構(gòu)有延伸性，具有良好的透水性優(yōu)勢(shì)能排水固結(jié)，可在河岸使用具有永久性保護(hù)的護(hù)墊，綠濱墊表面填充一層土壤或者自然沉積的土壤，就可以生長(zhǎng)草等綠色植物，不僅進(jìn)行了河流防護(hù)，還綠化了環(huán)境。綠濱墊內(nèi)石塊與石塊間的孔隙為水流動(dòng)創(chuàng)造了條件，實(shí)現(xiàn)水體與土壤間的自然交換施工條件受氣候影響小，可以解決東北冬季不能施工的問題。

2)混凝土板護(hù)坡[2]：混凝土板具有較強(qiáng)的整體性、抗風(fēng)浪沖刷和抗冰層推力，但水下施工、修繕工作難度較大，破損后不能重復(fù)利用，造價(jià)較高，適合流速4.2 m/s～5.0 m/s。同時(shí)對(duì)環(huán)境和生態(tài)有較大的影響。其一，混凝土板護(hù)坡將河道岸坡的表面封閉起來，隔絕土壤生態(tài)與水體生態(tài)之間的物質(zhì)交換，使土壤和水體中的生物失去賴以生存的環(huán)境，造成對(duì)生態(tài)的破壞；其二，混凝土護(hù)坡降低河岸糙率，使河道中水流的流速增加，增強(qiáng)了對(duì)河床的沖刷，造成河床水土流失，導(dǎo)致下游河床抬高，影響河道泄洪能力；其三，混凝土護(hù)坡在不同種程度上使用添加劑，遇水發(fā)生反應(yīng)，對(duì)水質(zhì)和水環(huán)境造成不利影響，而岸坡沒有天然植物作為屏障，岸邊垃圾輕易入水，造成污染，影響居民生存環(huán)境。

3)生態(tài)土工固袋[3]：由單股單一纖維編制而成的筒狀布加工而成的新興工藝，先將土方平整后，固定好鍍鋅網(wǎng)片，將生態(tài)土工固袋置于鍍鋅網(wǎng)箱內(nèi)，然后填充壓實(shí)土料，填滿后封蓋。由于袋內(nèi)填裝的是土壤，可為植物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，生態(tài)效果良好，透水性好，利于岸坡的穩(wěn)定。護(hù)坡由1.0 m×1.0 m×0.5 m生態(tài)土工固袋搭接而成，搭接長(zhǎng)度為0.15 m，固腳為1.0 m×1.0 m×1.0 m生態(tài)土工固袋，埋深1.0 m。

特點(diǎn)：符合生態(tài)工法的要求，是現(xiàn)代生態(tài)工程中經(jīng)常會(huì)用到的材料，適用性廣，填充物可就地取材，可減少土方外運(yùn)造成的水土流失，并可舒緩河道淤積量。

4)蜂巢格室[4]：一種由聚合物寬帶經(jīng)超聲波焊接而成的蜂巢式三維網(wǎng)狀物，在其格室中填充泥土、沙石或混凝土等材料構(gòu)成具有強(qiáng)大側(cè)向限制和剛度的結(jié)構(gòu)。解決坡面表土穩(wěn)定與坡面保護(hù)問題。植被巢室邊坡可抵御流速≤10 m/s的持續(xù)時(shí)間不超過48小時(shí)的間歇徑流沖刷。

特點(diǎn)：材質(zhì)輕、耐磨損，適用于不同土壤土質(zhì)條件，較高的側(cè)向限制和防滑，有效增強(qiáng)基底承載能力和分散荷載作用，生態(tài)美觀，利于植被生長(zhǎng)，幾乎沒有工程痕跡，柔性結(jié)構(gòu)適應(yīng)并最大程度保留自然形態(tài)的地形。通過植被根系把巢室、上下層土壤、無紡?fù)凉げ嫉冉Y(jié)合成一個(gè)整體的多層防護(hù)結(jié)構(gòu)。

5)加筋麥克墊[5]：加筋麥克墊是一種加筋的三維土工墊，是將立體聚酯材料擠壓于雙絞合六邊形金屬網(wǎng)面上，具有強(qiáng)度高、施工便捷、環(huán)保效果好等特點(diǎn)。長(zhǎng)25 m，寬2 m，0.012 m厚。網(wǎng)口一般為60 mm×80 mm、80 mm×100 mm兩種。

特點(diǎn)：在草皮沒有長(zhǎng)成之前，可以保護(hù)土地表面免遭風(fēng)雨的侵蝕，結(jié)構(gòu)空隙利于自然土的沉積，有利于自然長(zhǎng)草。加筋麥克墊的孔隙水為水體流動(dòng)制造了條件，實(shí)現(xiàn)了水與土壤的自然交換，這使植被的自然生長(zhǎng)成為現(xiàn)實(shí)，植物生長(zhǎng)起來后形成的復(fù)合保護(hù)層，可經(jīng)受高水位、大流速的沖刷。可替代混凝土、干砌石等永久性坡面防護(hù)，大幅度降低工程造價(jià)，可大幅度降低工程造價(jià)，是C15混凝土和干砌塊石護(hù)坡造價(jià)的1/7，漿砌塊石造價(jià)的1/8。

2.2 護(hù)砌型式方案投資比較

方案一：100 mm C25現(xiàn)澆混凝土板、500 mm礫石墊層；

方案二：300 mm綠濱墊、150 mm礫石墊層、土工布一層(400 g/m2)；

方案三：生態(tài)固袋護(hù)坡500 mm厚；

方案四：加筋麥克墊、播撒草籽；

方案五：蜂巢格室(150 mm厚)、播撒草籽。

根據(jù)以上方案，以堤防加固標(biāo)準(zhǔn)斷面(圖1)為例，每延米投資進(jìn)行方案比選，見表1。

圖1 堤防加固標(biāo)準(zhǔn)斷面

表1 坡面護(hù)砌形式方案比較表

3 護(hù)坡型式比選結(jié)論

通過以上五種護(hù)坡型式的適用范圍特點(diǎn)及投資比較得出以下結(jié)論：(1)工程造價(jià)方面。加筋麥克墊和蜂巢格室護(hù)坡每延米投資2424.3元，混凝土板護(hù)坡每延米投資4766.37元，加筋麥克墊和蜂巢格室護(hù)坡型式投資是混凝土板護(hù)坡型式投資的一半。(2)施工工藝方面。生態(tài)土工固袋護(hù)坡施工難度較大，新興工藝，在本市未有使用先例。加筋麥克墊和蜂巢格室在本市也是首次使用，參考甘肅省籍河邊坡生態(tài)修復(fù)工程[6]，蜂巢格室安全性好，防沖能力強(qiáng)，施工工藝簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度快。(3)生態(tài)環(huán)保方面。隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及科技的發(fā)展，水利建設(shè)及治理理念向生態(tài)水利轉(zhuǎn)變，綠濱墊護(hù)坡對(duì)環(huán)境及生態(tài)效果優(yōu)于混凝土板護(hù)坡，但從生態(tài)角度不如加筋麥克墊河蜂巢格室護(hù)坡，且價(jià)格稍高。故土牛河鑲白旗村至入大洋河口段河道整治工程采用加筋麥克墊和蜂巢格室護(hù)砌型式。