仰斜式擋墻植生方法及工程應用

袁以美, 葉合欣, 陳建生, 林健成

(1.廣東水利電力職業技術學院，廣東 廣州 510635；2.廣東省水利水電技術中心，廣東 廣州 510635；3.河海大學地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098；4.深圳市廣匯源環境水務有限公司惠州分公司，廣東 惠州 516000)

生態文明建設是關系中華民族永續發展的根本大計，生態興則文明興，生態衰則文明衰。水利工程對保障社會安全、促進社會持續穩定發展發揮了重大的作用，同時也改變了自然水文特征和地貌特征，導致水生態系統結構和功能發生變化，對河流、湖泊等自然生態系統造成了影響。仰斜式擋墻屬于重力式擋墻的一種，在水利工程河道治理、公路邊坡處理中應用較多。對巖質邊坡和挖方形成的土質邊坡宜優先采用仰斜式擋墻，高度較大的土質邊坡宜采用衡重式或仰斜式擋墻[1]。國內研究者多在擋墻受力計算方法[2-5]、穩定性[6-10]及應用[11-16]上關注較多。仰斜式擋墻多為漿砌石或混凝土材料，臨水側光滑、陡立、僵硬、單調，缺乏生態特性，若大規模使用，則與堅持人與自然和諧共生、踐行綠水青山就是金山銀山的理念不相協調。但仰斜式擋墻具有獨特的優點[17]，如墻背所受的土壓力較小，墻背與開挖面邊坡較貼合，因而開挖量和回填量均較小。

如何將仰斜式擋墻進行生態改造，在不明顯增加工程造價的前提下，賦予其生態功能，對滿足人民日益增長的優美生態水環境需要，全面構建具有嶺南特色的平安綠色生態水系具有重要的意義。本文提出一種仰斜式擋墻植生修復方法，應用于廣東省中小河流治理工程中，并與植生前的仰斜式擋墻進行造價對比分析。

1 仰斜式擋墻植生修復方法

充分利用仰斜式擋墻臨水側的仰斜面，在臨水側設置數排生態種植槽，在槽內充填種植土，然后根據當地氣候、氣象、水文、設計水位、常水位條件及景觀要求，選擇適宜的景觀植物[18]。生態種植槽可在臨水側形成全覆蓋的生態美景，為動物提供棲息空間，還能有助于不幸落水者攀爬自救[19]。對于漿砌石仰斜式擋墻，生態種植槽可與擋墻同步砌筑。對于混凝土仰斜式擋墻，生態種植槽可與擋墻同步砌筑，也可先澆筑臺階狀擋墻，然后在臺階上漿砌磚成槽。當混凝土生態種植槽與擋墻混凝土一起澆筑時，槽壁厚可按式(1)計算[20]。

(1)

式中d——生態種植槽壁厚；k——繞流系數，0.7～1.0，一般取1.0；γw——水的容重；v——靠近擋墻生態種植槽壁處的水流斷面平均流速，可按壓縮斷面的平均流速考慮，也可近似取生態種植槽河道水流的平均流速；θ——水流沖擊方向與擋墻生態種植槽的夾角；[σ]——混凝土材料允許拉應力；g——重力加速度；H0——生態種植槽壁高度。

為抵抗水流沖刷、降低施工成本，混凝土生態種植槽壁厚d不宜小于10 cm且不宜大于15 cm。漿砌磚生態種植槽壁厚不宜小于12 cm且不宜大于20 cm，漿砌石生態種植槽壁厚不宜小于30 cm且不宜大于40 cm。生態種植槽壁高度H0可取40～50 cm，相鄰上下兩排槽距可取60～100 cm，這一高差有助于不幸落水者攀爬上岸。對于干旱少雨或景觀要求高的地方，需要后期維護，可在槽內設置帶墑情監測的自動灌溉系統，以保證槽內植物正常生長[21]。受水流的沖刷，種植槽內部分土及養分會被帶走，但水流同時也帶來泥土及養分。由于種植槽被植物覆蓋，這種交換相對比較弱，也可采取鋪塑料膜的方式予以減輕。經過上述植生改造，在仰斜式擋墻臨水側可達到植被全覆蓋的生態效果。

2 工程實例

2.1 基本情況

某中小河流域處于南亞熱帶季風氣候區，總面積 116 km2，河長22 km，河床坡降3.1‰，多年平均降雨量 1 778 mm，汛期雨量集中，并常受臺風侵襲，易發生山洪災害。現狀兩岸擋墻多布置于河道比降大、水流較急河段，擋墻地基多為砂卵石層。2018年8月，受臺風暴雨襲擊，河道右岸現狀漿砌石擋墻長36 m被山洪沖毀(圖1)。

圖1 被山洪沖毀的漿砌石擋墻

2.2 方案設計及調整

擋墻頂邊距離房屋距離約 3～5 m，為保證岸墻施工安全，并更好地銜接現狀擋墻上下游，同時考慮到該段河流比降大，水流較急，原漿砌石擋墻的抗沖性較差，擬按仰斜式 C20混凝土擋墻恢復(圖2a)。該段擋墻岸頂有景觀人行綠道，且在人行密集區，主管部門技術審查時要求將擋墻生態化。為此，調整設計，在仰斜式擋墻臨水側各級臺階處結合景觀要求設置生態種植槽，并回填種植土、種植綠化，以增加擋墻生態性，同時，有助于不幸落水者沿種植槽攀爬上岸(圖2b)。

圖2b中，植生型仰斜式擋墻高7.36 m，設5排生態種植槽，相鄰槽距100 cm。根據式(1)計算槽壁最小厚度8.9 cm，為方便施工，取壁厚15.0 cm。根據植物生長需要，設置槽高40.0 cm，槽底寬80.0～160.0 cm，槽底每2.0 m設直徑50.0 mm排水管，槽內回填種植土厚30.0 cm，以種植景觀植物。

a) 修復前

b) 修復后圖2 仰斜式擋墻植生修復前后對比

經計算，植生型仰斜式擋墻完建工況下抗滑安全系數為5.865，正常運行工況下抗滑安全系數為5.613，滿足規范要求的1.2；完建工況下抗傾安全系數為20.092，正常運行工況下抗傾安全系數為17.602，滿足規范要求的1.4。基底應力最大值為148.34 kPa，小于地基承截力允許值240.00 kPa，滿足規范要求。

2.3 造價對比分析

根據圖2，仰斜式擋墻植生前后工程量及造價結果列于表1中。從表1可知，這段擋墻植生修復后造價增加了86 640.00元，增加比例為5.20%。增加的項目及數量為：混凝土75.6 m3，鋼模板147.56 m2，聚乙烯閉孔泡沫板8.4 m2，回填種植土32.74 m3，生態種植槽綠化179.17 m2，槽內φ50UPVC排水管308.97 m。其中，造價增加最大的項目是擋墻混凝土，占造價總增量的72.93%。因此，混凝土量是優化設計的主要方向。對比圖2中的兩圖，圖2b中擋墻混凝土厚度可適當減少。若大致減少到圖2a中的厚度，則混凝土增量可大大減少。經設計對比，此時混凝土量僅增加15.8 m3，造價總增量為36 657.96元，增加比例為2.20%。

可見，經優化后的植生仰斜式擋墻造價增加幅度較小，且施工難度相當，是可接受的，而換來的生態效果卻很明顯。

3 結論

仰斜式擋墻適用較廣，但臨水側光滑、陡立，顯得僵硬而單調，缺少生態特性。充分利用其外側仰斜的墻面，在臨水側設置數排生態種植槽，在槽內充填種植土進行景觀綠化，可在臨水側形成生態美景，還可為動物生長提供棲息空間，而其工程造價僅增加甚微。槽內景觀植物增加了河道糙率，可延緩支流洪水匯入主流的時間，減輕下游防洪壓力。此外，有助于不幸落水者沿種植槽攀爬上岸，充分體現以人為本、人水和諧的理念。