加筋生態砌塊護岸在河道綜合整治中的應用

李曉鵬，劉志成

(1.廣州市水務規劃勘測設計研究院有限公司，廣州 510640；2. 珠江水利委員會珠江水利科學研究院，廣州 510640)

1 概述

我國幅員遼闊、水系發達，經濟繁榮、社會發展、環境改善都與河湖水系有著重要關系[1]。

傳統的河道整治受限于用地、資金、工期、技術水平等條件，河道斷面往往采用“三面光”的硬質結構，雖達到了防洪排澇的功能，但阻斷了堤岸內外的水交流通道，破壞了河道原本的生態系統，不利于水生動植物依附，生態景觀效果較差[2]。

黨的十八大以來，黨中央推動生態文明理論創新、實踐創新、制度創新，提出一系列新理念新思想新戰略新要求。黨的十九大報告將“堅持人與自然和諧共生”作為新時代堅持和發展中國特色社會主義的基本方略，明確指出建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計。國務院印發了關于河道綜合整治的一系列文件，河道綜合整治工作在全國如火如荼開展[3]。

河道綜合整治應堅持“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時代治水方針，全面統籌，打造集防洪、生態、景觀、自凈效應于一體的生態護岸[4]，實現河道整治的“安全化、生態化、品質化”目標。

2 生態護岸

生態護岸是指利用植物措施與工程措施，在達到堤岸穩固、防洪排澇要求的同時，還具備使河水與土壤相互滲透、增強河道自凈能力、產生景觀效果的一種河道護坡形式[5]。在保證河岸穩定和行洪要求的基礎上，維持物種多樣性、維護生態系統的動態平衡、提高系統自我調節與修復的能力、改善周圍環境。

生態護岸應滿足：防洪排澇要求、抗沖刷要求與結構穩定安全要求；多孔隙、透水、透氣，有利于河道與河岸的水體交換；有利于生境塑造；盡量采用天然材料，盡量避免對水環境產生不利影響；就地取材、經濟合理、施工方便[6]。

常用的生態護岸類型包括草皮護坡、三維土工網植草護坡、植生袋植草護坡、拋石護坡、干砌石護坡、格賓石籠護坡、雷諾護墊護坡、無砂混凝土護坡、加筋魚巢箱護岸、加筋生態砌塊護岸、生態板樁護岸等，實際工程中可根據現場情況選擇一種或多種組合使用[7-8]。本文著重介紹加筋生態砌塊護岸，并結合實例說明其應用的優劣性。

3 加筋生態砌塊護岸

3.1 加筋生態砌塊護岸介紹

加筋生態砌塊護岸屬于加筋重力式擋土墻，由互嵌式生態砌塊交錯堆積、墻后加土工格柵筋帶形成護坡結構，護坡斷面見圖1。生態砌塊為具有豎向卡鎖結構、柔性結構、生態孔的對稱砌體結構，各式生態砌塊見圖2所示。砌塊強度一般不小于C25，砌塊施工時逐層人工砌筑，砌塊頂部可設置花槽。常水位及水位變動區砌塊中孔可填充種植土，種植植物裝飾坡面，水下部分砌塊中孔可作魚巢。生態砌塊的多孔型結構使得被保護的土體與擋墻外的水體或空氣能夠開放式地直接接觸，具有較強的透水性和較好的抗沖性，同時也為水生動植物提供了類似于自然的生息環境[9-10]。

圖1 加筋生態砌塊護岸斷面示意(單位：mm)

圖2 各式生態砌塊示意

3.2 加筋生態砌塊護岸施工工藝

3.2.1加筋生態砌塊護岸施工步驟

1) 基礎開挖、平整后，鋪設碎石墊層并夯實或拋石。

2) 澆筑混凝土基礎，基礎上端用灰漿(10 mm)找平。

3) 第1層是否鋪設平整、流暢對整個護坡的構造及美觀有很大影響，故須通過放線排列砌塊，控制左、右及水平位置。

4) 砌塊鋪設：確認砌塊碼放水平、垂直后放置固定連接棒。

5) 在砌塊后鋪設碎石墊層和300 g/m2土工布，并鋪設土工格柵。反濾土工織物與土工格柵按設計要求搭接，一般搭接寬度為20 cm。

6) 磚體背后回填、夯實：回填土時每一層的施工厚度應控制在15～20 cm。為了防止前側砌塊的傾斜，回填從前部開始施工，與前側砌塊保持平行；在土工格柵上鋪土時，需注意不使土工格柵移動位或受損；砌塊后1 m范圍內，為了防止因過分夯擊而產生的側向應力和砌塊的移位，只能使用小型夯擊設備進行人工夯實，回填密實度應滿足要求；夯擊至土工格柵材料表面時，夯擊設備不能直接壓在格柵材料上面，必須達到指定的鋪設厚度后再夯實。

7) 砌筑最上一層砌塊與其相鄰層用灰漿(10 mm)附著，砌筑完畢后，最上一層砌塊與岸坡結合處澆筑20 cm厚封頂混凝土防止脫離。

8) 生態砌塊砌筑完成后，用種植土填充磚孔和接縫，并按要求播種草籽或種植植被，形成生態防護結構。

9) 施工完成后，應對加筋生態砌塊護岸進行平整度檢查和變形監測。

3.2.2加筋生態砌塊護岸質量標準及驗收

加筋生態砌塊護岸主要施工質量控制標準包括生態砌塊砌筑質量檢查與墻后填土壓實度質量檢查。

1) 生態砌塊砌筑質量標準

生態磚砌塊應尺寸準確、整齊統一、表面清潔無破損；砌塊鋪砌應平整、穩定、縫線規則；砌筑后的擋墻應平順、美觀、整體性好；擋墻軸線偏移應控制在10 mm內；砌筑過程中應在每層砌塊砌筑完成后均進行高程和垂直度檢查，采用施工段落兩端拉標高控制線、砌塊下砂漿找平的方法進行高程調整，每層砌塊砌筑質量均應嚴格控制，否則將影響上層砌塊砌筑質量。

2) 回填土質量檢驗

回填土分層厚度為每層15～20 cm，每層回填完成后必須報請監理單位及時取樣試驗，據此進行隱蔽工程驗收并進行記錄。上一階段回填未經驗收合格，嚴禁下一階段回填。護岸后方填土按長度50 m取一組試樣進行相對密度檢測，壓實度應不小于0.92。

3) 施工觀測

每段護岸結構(一般為10 m)擋墻頂端設固定的沉降位移觀測點(在頂部設置標志，銅制圓釘)。墻后回填、墻前土方開挖過程中，應進行定點的沉降位移觀測。沉降位移觀測原則上每天1次直至位移穩定，觀測控制標準為5 mm/d，若發生異常位移，應立即停止回填、開挖并采取支護措施。

4) 護岸整體尺度

軸線位置：土20 mm，每單元測量兩端和中部3點，用經緯儀和鋼尺檢查。

墻頂標高：土20 mm，每單元測量兩端和中部3點，用水準儀檢查。

3.3 應用的優勢與局限性

加筋生態砌塊護岸相較于其他護岸形式具有以下優勢[11]：

1) 安全性高、耐久性好。加筋生態砌塊護岸互相嵌固，整體性好。墻后填土采用土工格柵加筋技術，結構穩定。砌塊為混凝土材質，耐沖刷。

通過觀察節點Sampler所得到的數據集，其中數據的分布并非線性。SVM通過一個映射函數，將低維的輸入空間Rn映射到高維的特征空間H。實現過程中，本文使用了徑向基核函數(radial basis function)，其中最常用的RBF為高斯核函數:

2) 成形美觀、生態環保。加筋生態砌塊護岸施工外立面一致規整、整齊美觀，且不對河道造成真正硬底化，保證地表水與地下水流通順暢。生態砌塊預留孔洞可種植植物或留作魚巢，為水生動植物提供了類似于自然的生息環境。

3) 施工快捷、質量高。生態砌塊一般采用模塊化設計、標準化生產，質量穩定，節約了工期。加筋生態砌塊護岸采用裝配式施工，較傳統方式更便捷，質量和進度更有保證，成本也更易控制。

4) 性價比高。加筋生態砌塊護岸為柔性結構，地基適應能力強，在結構計算允許時，擋墻越高、地基越差時使用此護岸越能有效降低造價，性價比越高。

但加筋生態砌塊護岸在應用中也具有以下局限性：

1) 要求有必要的臨時用地。加筋生態砌塊護岸需對堤岸進行臨時開挖，墻后換填土方或中粗砂并嵌固足夠長度的土工格柵，保證結構穩定。

2) 需新建圍堰，非汛期施工。由于加筋生態砌塊護岸需開挖堤岸，因此施工時需修筑臨時圍堰，并考慮非汛期安排施工，保證施工安全。

3) 設計時需結合地質條件嚴格驗算堤岸外部穩定性和筋材內部穩定性[12]。加筋生態砌塊護岸依靠預制砌塊通過加筋帶連接構成的復合體自重、筋帶與土層間摩擦達到穩定。設計時應嚴格計算復核，保證結構的穩定性。

雖然加筋生態砌塊護岸在應用上具有一定的局限性，但其具有耐久性好、生態美觀、施工便捷、質量穩定、地基適應性強、性價比高、適用范圍廣等優點，可在河道綜合整治中應用和推廣。實際應用中需嚴格設計、合理安排施工、取得必要的臨時用地。

4 加筋生態砌塊護岸的實際應用

某河涌進行整治，整治長度約為400 m，現狀河涌寬為6～8 m，兩岸為土堤或破損的漿砌石結構。河道內雜草叢生，阻礙行洪，堤岸兩側距離河涌堤岸邊線約8～10 m處有道路。河涌整治要求在滿足防洪排澇功能的同時兼顧河涌生態景觀建設，且盡量少占地。

該段河涌堤防工程級別為4級，設計水位為1.43～1.45 m(珠基高程，下同)，設計河底高程為-1.50～-1.47 m，設計河底寬度為8 m?，F狀兩岸堤頂高程為2.49～3.01 m，現狀堤頂至設計河底高差為3.99～4.48 m。

本工程用地有限、地質條件較差、開挖深度大、工期緊張、投資有限，且整治后的堤岸不僅要滿足防洪排澇、保障水安全的要求，還要達到綠色生態美觀的效果。

4.1 設計方案

1) 方案1：加筋生態砌塊護岸

該方案護岸結構為復式斷面，設計水位以下護岸由生態砌塊堆疊形成，基礎采用素混凝土和碎石墊層，干砌石護腳，基礎下設5 m長預制砼方樁。設計水位以上采用三維土工網植草護坡，兩岸堤頂設置3 m寬堤頂路。為減少臨時用地，施工時在左右兩岸用鋼板樁作為臨時支護(見圖3)。

圖3 加筋生態砌塊護岸斷面示意(單位：mm)

2) 方案2：松木樁護腳+植草護坡

該方案護岸結構采用松木樁護腳+植草護坡，選擇尾徑為100 mm的松木樁，密排打在坡腳處。松木樁樁頂高程為設計河底高程以上1.0 m，樁間回填碎石，樁前拋石，樁身入土深度不小于樁長的2/3。松木樁以上坡面采用三維土工網植草護坡，兩岸堤頂設置堤頂路(見圖4)。

圖4 松木樁護腳+植草護坡斷面示意(單位：mm)

3) 方案3：漿砌石擋墻護岸

該方案護岸形式為漿砌石擋土墻+植草護坡，設計水位以下護岸為漿砌石擋墻，擋墻基礎采用素混凝土墊層，拋石護腳，基礎下設5 m長預制砼方樁。擋墻頂設素混凝土壓頂。設計水位以上采用三維土工網植草護坡，兩岸堤頂設置3 m寬堤頂路。為減少臨時用地，施工時在左右兩岸用鋼板樁作為臨時支護(見圖5)。

圖5 漿砌石擋墻護岸斷面示意(單位：mm)

4.2 方案比選

3種方案征占地面積、造價及優缺點對比見表1。

由表1可知，3種方案均安全可靠，方案1、方案2更自然生態，方案1、方案3施工耐久性更好。在實際應用中，方案1施工便捷、生態效果好、耐久性好、性價比高。通過從安全性、生態性、景觀性、經濟性、可實施性的對比，選定方案1加筋生態砌塊護岸為最終方案。

表1 河道護岸斷面形式比較(每延米)

4.3 結構驗算

加筋生態砌塊護岸應驗算堤岸外部穩定性和筋材內部穩定性。堤岸外部穩定性驗算包括抗水平滑動穩定性驗算、抗深層圓弧滑動穩定性驗算、地基承載力驗算。筋材內部穩定性驗算包括筋材強度驗算、抗拔驗算。具體計算公式及要求可參照《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)、《土工合成材料應用技術規范》(GB 50290—2014)等規范文件。

經計算，方案1的堤岸外部穩定性和筋材內部穩定性均滿足規范要求，切實可行。

4.4 施工效果

上述河涌整治實例已采用加筋生態砌塊護岸方案施工完成，建成后的護岸外立面一致規整，磚孔和接縫處播撒的草籽長勢良好，形成一道生態美觀的防護結構(如圖6所示)。此次河涌整治工程施工工期短、生態景觀效果好、與周圍環境協調，業主和周邊民眾較為滿意。

圖6 加筋生態砌塊護岸施工過程及效果示意

5 結語

本文以某河涌綜合整治為例，對比了加筋生態砌塊護岸方案與其他方案，列舉出加筋生態砌塊護岸具有耐久性好、生態美觀、施工便捷、質量穩定、地基適應性強、性價比高、適用范圍廣等優點，可為其他河道綜合整治工程提供參考和借鑒。