贛縣區河道生態護岸的選型與設計

肖天禮

（江西省贛州市贛縣區水利局,江西 贛州 341100）

贛縣城區飲用水水源地供水能力能滿足工業發展和城鎮居民生活用水的要求，但日益嚴重的環境問題和極端氣候頻繁發生的威脅增加了城市供水的脆弱性，城市單一的水源供給形式使城市供水安全性和保證率降低，遇到突發事故，城市居民生活和生產用水可能中斷。為完善水源地的保護工程，兼顧生活、生產和生態用水要求，新建項目護岸長1.064km，本項目通過采取隔離防護、生態護岸、在線監控等多項措施，加強水源地涵養功能及抗風險能力，提升生態環境、水利、水務等部門的應急處置能力。防止污染物對飲用水源造成威脅，從而使飲用水源地得到保護。既能保障贛縣城區居民飲水安全，又能實現環境改善。因此，本項目的建設十分必要。

1 工程區存在的主要問題

經過調查發現，贛縣城區飲用水水源地距離公路較近，贛州繞城高速橋從一級保護區上方穿插而過。目前已經實施隔離防護網、界碑、界標、交通警示牌等隔離防護工程以及對一級保護區安裝了在線視頻監控系統，但是還存在水源地的保護設施不到位與管理能力薄弱問題。

1.1 缺乏生態防護

由于流域水利資源開發過度，導致諸多生態問題。一方面，流域生態整體性遭到干擾和切割，河流生境和水文遭到改變，水生生物多樣性受到影響，另一方面，可能存在由于攔河壩蓄水過深，導致局部濱水緩沖帶退化，面積減少，水土流失嚴重，緩沖帶攔截能力與凈化污染物入河能力逐步喪失的情況。因此需加強生態護岸建設，使河濱緩沖帶的濕地功能的恢復，提高區域水質保持能力，降低生態環境進一步退化的風險[1]。

1.2 隔離防護網老舊損壞

水源地周邊人類活動較為頻繁（存在垂釣現象），甚至有人為了下河對隔離防護網造成破壞。且由于隔離網年久失修以及隔離范圍不足，已經難以起到區域隔離的作用。因此需增設（修繕）隔離防護網防止人為及動物進入水源地活動。

1.3 標識牌損壞嚴重

目前，界標、交通警示牌、宣傳牌等損壞嚴重，已經難以起到提示、警示、宣傳等作用。

1.4 存在監控盲區

目前，在線監控系統主要針對一級保護區進行監控，高速橋及二級保護區范圍還屬于監控盲區，不能起到監控作用，難以掌握高速橋及二級保護區內的實時動態情況。

1.5 岸坡穩定問題

工程區岸坡主要由第四系全新統沖積層組成，土質為粉質壤土、砂壤土、中粗砂以及圓礫層。土層結構較松散～稍密狀，或呈可塑狀。岸坡土層抗沖刷能力較差～差，當粗粒土（砂壤土、中粗砂層）頂面高程接近或者高于外河水位時，粗粒土層處于最大流速帶附近，極易被沖刷，易導致坡腳臨空失穩崩塌，汛期來臨時影響更大，沖刷更嚴重。迎流頂沖河段受到河水沖刷侵蝕作用更強烈，崩岸的可能性更大，建議對不穩定岸坡采取防護措施。

2 防護措施

2.1 護岸范圍和型式

2.1.1 護固岸范圍

護固岸設計按照不影響上、下游、左右岸地區和有利于行洪原則，結合類似工程護岸處理經驗，主要采取平順護岸（坡式護岸）形式進行處理，以穩定岸坡[3]。平順護固岸采用護岸+固腳型式。

本次護固岸設計范圍主要根據可研階段設計范圍及本階段我司實測河岸地形圖等進行選擇，布置具體護岸范圍為：貢江右岸K0+000.000～K1+238.28段，護岸總長1.064km。

2.1.2 護岸型式

護岸型式選擇，工程新建護岸根據治理河段現狀情況及各段河岸所處地形地質，按照不影響上、下游、左右岸地區和有利于行洪原則，結合類似工程護岸處理經驗，采取平順護岸形式進行處理以穩定岸坡。針對不同護岸型式的比較：

1）方案一：格賓石籠護岸。

由格賓網構成的薄箱體內裝塊石組成（見圖1），常用于岸坡防護和河床護底等防沖刷工程，集柔韌性、透水性、環境親和性、耐久性、施工便捷性、經濟性、抗沖性等諸多優點于一身，厚度為0.23m 的格賓護墊可承受4.5m/s 的臨界水流流速，承受的極限流速可達6.1m/s，廣泛應用于城市河道整治工程中。

圖1 格賓石籠護岸

2）方案二：干砌石護岸。

干砌石護坡的消浪作用好，可用于抵御一般較大風浪的3 級以上或岸高超過6m 的堤防，也可用于暴雨強度大岸段的背水坡護坡。干砌石護岸的優點在于施工簡單、塊石適應性強，水流及河床的后期變形自我調整能力強，易于加固，一次性投資較少，護岸效果較好[4]。干砌石護坡有利于植被的生長及河道魚類的棲息，見圖2。

圖2 干砌石固腳+干砌石護岸

3）方案三：C20混凝土矮擋墻。

混凝土矮擋墻應用廣泛，材料強度高，抗沖刷能力強，但景觀效果差，可通過用砂漿在墻頂砌筑塊石及在墻角種植挺水植物來增加景觀效果。施工需在圍堰保護下施工，見圖3。

圖3 C20混凝土矮擋墻結合雷諾護墊護岸

4）方案四：自嵌式植生擋土墻護岸。

自嵌式植生擋土墻護坡抗沖能力強，施工簡易，河道水面以上不見擋墻，其獨特的內控造型為水生植物提供了良好的生長空間，提高綠化率和植被覆蓋率，同時墻面和墻角同時排水，水壓力減少，輕體的整體穩定性得到了保證，借助于拉筋與填土間的摩擦力來提高填土的抗剪強度，結構穩定，見圖4。

圖4 自嵌式擋土墻護岸

2.2 工程護岸形式的選擇

工程岸坡主要為粉質壤土層、圓礫層、卵石層，岸坡受水流沖刷作用明顯，局部出現塌岸，部分河段形成陡岸，河道抗沖問題較突出。護岸型式在上述選擇原則的前提下，主要從抗沖刷以及生態建設等角度考慮，為節省工程投資，采用造價較低，護岸效果較好的干砌石進行護岸[5]。

2.3 護岸計算

護岸工程沖刷深度計算和護坡護腳計算，按照規范《堤防工程設計規范》進行計算。

2.3.1 護岸工程沖刷深度計算

護岸工程沖刷深度計算按平順護岸沖刷深度公式計算：

式中：hS為局部沖刷深度（m）；H0為沖刷處的水深（m）；Ucp為近岸垂直平均平均流速（m/s）；U為行進流速（m/s）；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關；η為水流流速不均勻系數；Uc為泥沙起動行進流速（m/s）；d50為床沙的中值粒徑（m）；γs、γ為泥沙與水的容重(kN /m3)。

本工程在水流流向與岸坡交角30°、45°和60°時的水流沖防護岸坡產生的沖刷深度進行計算，計算結果見表3。

表3 水流斜沖沖刷深度計算值

本工程水流斜沖岸坡交角＜45°，水流斜沖沖刷深度＜1.5m。

2.3.2 護坡護腳計算

1）護坡厚度計算：

式中：t為斜坡干砌塊石護坡厚度，m；K1為系數，按一般干砌石取0.266；γb為塊石的容重，kN /m3；γ為水的容重，kN /m3；H為計算波高，m；L為波長，m；m為斜坡坡率；

經計算t=0.6m，結合上下游已實施護岸情況，本次斜坡干砌塊石護坡厚度取0.4m。

2）在水流作用下，防護工程護坡、護腳塊石保持穩定的抗沖粒徑（折算粒徑）可按下式計算：

式中：d為折算直徑（m），按球形折算；W為塊石重量（kN）；V為水流速度（m/s）；g為重力加速度（m/s2）；C為石塊運動的穩定系數，水平底坡C=1.2,傾斜底坡C=0.9；γs為石塊的容重 (KN /m3)；γ為水的(kN /m3) kN /m3)。

經計算d=0.217m，本設計階段對堤腳進行拋石處理，最大折算粒徑采用0.5m，最小折算粒徑采用0.15m，且粒徑級配要良好。

2.4 護固岸設計

本次設計對K0+000.000～K0+875.02坡腳地勢較高河段，護固岸采用岸+固腳型式，護岸總長0.840km。固腳采用拋石固腳，拋石底寬1.5m，厚度≥1.5m，開挖坡比為1:1。護岸采用干砌塊石，厚度為0.4m,下設0.15m砂礫石墊層，干砌塊石頂部設C15混凝土壓頂厚0.1m；護岸高度為常水位以上0.5m,設計坡比為1:2.0。

本次設計對K0+875.02～K1+238.28段坡腳地勢較低河段，護固岸采用護岸+固腳型式，護岸總長0.224km。水下固腳采用拋石固腳方案，拋石體頂高程為設計枯水位+0.5m，頂寬3.0m；護岸采用干砌塊石，厚度為0.4m,下設0.15m砂礫石墊層，干砌塊石頂部設C20混凝土壓頂厚0.1m；護岸高度為常水位以上0.5m,設計坡比為1:2.0。

2.5 生態防護工程

工程建設繞城高速大橋上游400m至贛縣第二水廠取水口下游100m處的貢江右岸河岸。

K0+000.000～K0+875.02坡腳地勢較高河段，護固岸采用岸+固腳型式，護岸總長0.840km。固腳采用拋石固腳，拋石底寬1.5m，厚度不小于1.5m，開挖坡比為1:1。護岸采用干砌塊石，厚度為0.4m,下設0.15m砂礫石墊層，干砌塊石頂部設C15混凝土壓頂厚0.1m；護岸高度為常水位以上0.5m,設計坡比為1:2.0。

K0+875.02～K1+238.28段坡腳地勢較低河段，護固岸采用護岸+固腳型式，護岸總長0.224km。水下固腳采用拋石固腳方案，拋石體頂高程為設計枯水位+0.5m，頂寬3.0m；護岸采用干砌塊石，厚度為0.4m,下設0.15m砂礫石墊層，干砌塊石頂部設C20混凝土壓頂厚0.1m；護岸高度為常水位以上0.5m,設計坡比為1:2.0。

2.6 隔離防護工程

工程范圍：起點為桃江入貢江交匯口，終點為汶潭大橋，左右兩岸合計4600m。

為有效阻隔人為活動對水源地的影響，降低飲用水源地污染隱患，一般在一級保護區周邊人類活動頻繁的區域設置隔離防護設施。參照上述設立要求，結合水源地實際情況，在贛縣城區飲用水水源地范圍內共架設隔離防護網4600m。其中，沿著貢江左岸一級保護區范圍內架設隔離防護網1250m，沿著貢江右岸一級、二級保護區范圍內架設隔離防護網3350m。采用定制加粗型隔離防護網，防止人為破壞。

2.7 在線監控系統

結合水源地保護區周邊情況，針對高速橋及二級保護區的監控盲區新增在線視頻監控設備1套。配備5個高速球型攝像頭（高清紅外線、可夜視）、監控立桿2根（其中，高速橋上利用1根監控立桿設置2個攝像頭，對高速橋上進行監控，二級保護區中段利用1根監控立桿設置2個攝像頭，對二級保護區進行監控，高速橋下懸掛安裝1個攝像頭，對高速橋下等監控死角進行監控）、視頻服務器1臺、網線2500m、電線2500m、無線視頻監控系統1套。以便及時掌握高速橋及二級保護區內的實時動態情況。

3 結 語

綜上所述，本項目通過隔離防護工程、生態防護工程、在線監控系統的建設，可以有效保護地表植被，減少水土流失，改善水源地保護區生態環境，保護城區飲用水水源地的水質安全，使飲用水源安全得到保障。項目的建設、運行，既能有效降低污染負荷，使水源地水質得到明顯改善。