金字塔生态挡土墙在长沙市新河三角洲防洪工程中的应用

杨 顺 王建军

（长沙市水利水电勘测设计院 长沙市 410008）

1 长沙市新河三角洲防洪工程概况

新河三角洲地处长沙市中心城区北侧新河垸，西邻湘江，北抵浏阳河口，南起湘江二桥，东至芙蓉北路浏阳河大桥，堤线总长2900m。老堤防堤身单薄，堤身填筑土质量差，堤顶高程未达到设防标准，历年成为长沙市的防汛重点，历史上曾多次出现过管涌险情。2007年，长沙市政府对新河三角洲地块进行整体挂牌拍卖，北京北辰实业有限公司以92亿的竞标价获得该地块的开发权。新河三角洲开发为新型的“人车分流”模式，对防洪堤的建设提出了更高的要求。新河三角洲堤防设防标准为200年一遇洪水，设计洪水位为37.85m（85黄海），工程等级为Ⅰ等一级。结合“两型社会”建设的要求，对湘江二桥凤嘴泵站以北300m范围内湘江大堤进行生态设计，本段外坡为生态扭曲面，内坡为生态挡墙。

2 金字塔生态挡土墙简介

金字塔生态挡土墙技术源于加拿大，在河岸生态建设中应用历史数十年，21世纪初期进入中国市场，在沿海地区河岸整治中应用较多，生态效果良好。生态挡土墙为加筋挡土墙，主要材料为金字塔生态袋和玻纤土工格栅，生态袋、标准扣、工程扣、加筋网等组件相互连接形成力学稳定的三角结构，形成透水不透土、对植物友善的永久性稳固生态边坡。

3 挡墙稳定分析

本段生态挡墙计算采用加筋土挡土墙理论，加筋土挡墙在公路建设中应用广泛，在城市防洪建设中亦有先例，重庆市长江沿岸加筋土挡墙应用较多。

设计参数：

（1）墙身尺寸:墙身总高5.850m，筋带长4m。

（2）物理参数。

加筋土容重18kN/m3，加筋土内摩擦角30°；

筋带容许拉应力180MPa，土与筋带之间的摩擦系数0.4；

加筋土浮容重9kN/m3，地基土浮容重9kN/m3；

筋带抗拔力计算调节系数1.4，筋带材料抗拉计算调节系数1.0；

筋带材料强度标准值240MPa，筋带材料抗拉性能的分项系数1.25；

墙后填土内摩擦角30°，墙后填土粘聚力0.0kPa；

墙后填土容重18kN/m3，地基土容重19kN/m3；

地基土容许承载力140kPa；

（3）内部稳定性验算（采用应力分析法）。

经计算，筋带抗拔验算最小安全系数7.607＞（2.000），满足规范要求。

（4）外部稳定性验算。

a滑移验算：

经计算，滑移最小安全系数Kc=100001.3＞（1.3），满足规范要求。

b倾覆验算：

经计算，倾覆最小安全系数K0=100001.5＞（1.5），满足规范要求。

c地基验算：

经计算，墙趾处压应力117kPa，墙踵处压应力117kPa，均小于地基允许承载力140kPa，地基承载力满足要求。

4 产品设计参数

金字塔系统采用高分子聚合物的环保材料，抗老化、抗紫外线、无毒、不降解，抗酸碱盐侵蚀及微生物分解，可百分之百回收，从而实现对环境的零污染。

产品规格。GTX140M生态袋原料采用100%PP，宽510mm。

物理性能。握持强度：634N，梯形撕破强度：262N，马兰涨破:1650kPa，抗UV强度：95%@500hrs，断裂强力：纵向13.27kN/m，横向12.48kN/m，断裂伸长率：纵向75%，横向50.8%，CBR顶破强力：2.0kN，撕破强力：纵向0.317 kN，横向：0.262kN

水文性能。表观孔径：0.0212mm，透水率：1.8sec，流量：1/sec/sp.m108∶108，垂直渗透系数：0.35cm/s，等效孔径090:0.18mm。

生态墙体。经试验测试，1m高，10m长的金字塔生态墙体其抗拉强度达9305N。

连接扣件。金字塔连接扣经猛烈的机械冲撞实验后未发现任何损坏。

5 施工方法及步骤

生态袋堆叠加筋加固法施工步骤：

（1）测量放线：放线按照设计要求，并根据现场实际情况放线，报请现场工程师检查合格后，方可开挖基础。

（2）基础按设计开挖完毕后，浇注混凝土底座，混凝土达到设计强度后铺设第一层土工格栅。

（3）生态袋填充物：采用适合植物生长的砂性土或粘土。

（4）袋体安装：把装满砂性土或粘土的生态袋摆放在底座上面，用工程连接扣连接，在工程连接扣上抹2cm厚水泥砂浆，然后夯实生态袋。

（5）土工格栅设置：每三层生态袋铺设一层土工格栅并反包，土工格栅需用木桩固定。

（6）边坡绿化：绿化植物的选择本着乡土植物为主，以乔、灌、藤、草有机的结合，方便维护。绿化方法应结合实际情况，灵活选择：大面积的尽量采用喷播，可以缩短植被建植的工艺流程，节约人力和财力；零星工程可采用抹种，这样能节约成本；对于乔、灌还可以采用直栽和压播的方法。

6 施工注意事项

（1）由于金字塔生态挡土墙技术在长沙是首次应用，施工单位还没有类似挡土墙施工经验，因此，施工人员需听从厂商派驻技术人员指导。

（2）生态袋装土固定后，与背部填土同步上升，且需用小型夯机层层压实，以避免过大沉降，影响挡土墙稳定。

（3）装袋土料含水量20%～25%为宜，禁止雨季施工。

（4）挡土墙每平方米安装1个沙袋，以加强坡面排水。

（5）由于生态挡土墙为柔性结构，会有一定的变型，生态袋在安装过程中，根据实际情况预留一定坡度，避免垂直挡土墙产生反坡现象。

（6）草籽喷播后，要加强养护，勤施肥、浇水。

7 效果分析

新河三角洲湘江生态防洪堤于2008年4月完工，加筋挡土墙按设计施工完毕后，对生态袋表面进行草籽喷播，经过一个月时间，生态袋表面完全实现自然绿化，基本看不出工程痕迹，生态效果良好，达到了设计预期目的。经过2008、2009年两个汛期的考验，本段生态防洪堤未出现任何安全隐患（附图）。

附图 生态效果图

8 总结

金字塔生态挡土墙是一门新兴的实用技术，在国内应用历史还不长，安全性能还有待时间的考验，据笔者几年来对本产品技术的了解、认识和实践，在平缓、顺直、流速小的城市河段，可采用金字塔生态挡土墙技术；乡村河流及城市河流弯曲段需慎用。