生态挡墙在河道整治中的应用

吴建华

(莆田市水利水电勘测设计院有限公司，福建 莆田 351100)

1 工程概况

东郊河发源于莆田市荔城区新度镇的壶公山，流经新度镇的大坂、桂林、龙头、沟尾、东郊村、进入黄石镇沙坂、登瀛、井后、华堤村，在下游分为两叉，分别从桥兜水闸和江东水闸排入木兰溪。东郊河总的流域面积为45.4km2，河道总长17.5km，平均河道比降8.9‰。本次东郊河上游新度集镇段整治工程拟对东郊河上游共5.25km河段进行整治。实施本工程后，可以使区域内防洪标准由原来的不到5年一遇提高到10年一遇，是完善木兰溪下游防洪体系的重要工程，使区域内防洪标准达到规范要求。

2 总体思路

东郊河是木兰溪流域南洋片区的行洪主河道之一，河道两岸产业和人口密集，河水污染严重，河床淤积严重，河道宽度变化较大，沿河违章设障严重，河道的蓄水、行洪能力大大降低，沿河环境极其脏乱。

根据河道淤积现状分析，本次拟对东郊河河段进行整治，对河道进行清淤，加大河道深度。根据河道现状，拟定一定的河道宽度，对河岸进行平顺整治，对河道断面狭窄处进行拓宽，使整治后的岸线平顺，水流顺畅。并且为确保河道行洪安全，对所整治河道两岸进行护岸建设，在河道两岸填筑堤防，并在堤防上进行景观绿化，在河道适合位置设计亲水平台，用以改善生物生存环境和水生态。

3 护岸挡墙设计

3.1 挡墙型式选择

根据近年河道整治的工程经验，工程拟采用的挡土墙在材料上主要分砌石(干砌、浆砌)挡土墙、混凝土(钢筋混凝土)挡土墙、生态挡土墙(石笼挡墙、自嵌式生态块)。

砌石挡墙和混凝土挡墙主要强调其强度功效，整体稳定性好，抗水流冲刷能力高，一般靠自身重力维持挡墙稳定，所以挡墙自身体积较大，对地基承载力要求较高。在通常情况下，砌石挡墙和混凝土挡墙会把河道水体和墙后土壤隔离开，阻挡了水体交换，不利于一些水生物的生存，整个挡墙呆板笨重，寸草不生，外观效果不好，对生态环境不够友好。

生态挡土墙(自嵌式生态块、石笼挡墙)采用新的结构型式，确保挡土墙前后水体联通，不破坏现有的水生态环境，墙体留有孔洞或缝隙，有利于植物的生长，工程的建设尊重了物种的多样性，保持了生物的营养和水循环，维持了挡墙周边植物生存环境和水生动物的栖息地质量。使河道的生态系统得到了有效的保护。

随着社会的发展，环保和节能政策的不断实施，传统砌石挡墙和混凝土挡墙，材料单价越来越昂贵，采购运距越来越远，增加了整个工程的工程造价和环保法律风险。

为了实现水清案绿，环境协调美观的河道整治目标，同时节省工程投资，东郊河上游新度集镇段整治工程采用生态挡土墙。

3.2 挡墙断面布置

莆田市荔城区东郊河整治工程涉及整治的河段为东郊河中上游段，起始桩号位于西埔枢纽，终点至荔城区与城厢区交界处，涉及东郊主河道长度2.56km，涉及四条支流2.69km，堤距选择综合地形地貌条件，以及规划进行设计，堤距越小，计算水面线越高，需要两岸挡墙高度以及涉及的填土高度越高，而堤距定的越大，所需占地面积越大，为了河道附近居民更好的亲水需求，河道挡墙高度设置在2m左右，墙顶设置人行步道。本工程综合用地面积及挡墙高度，结合东郊河下游堤距宽度，根据水文分析计算，以及根据岸线规划原则结合河道水面线计算成果，经过经济、技术比较分析后，确定东郊河河道整治岸线布置。本项目区桩号D0+000～D2+644河宽规划25m，桩号D2+644～3+440段河宽15m，分叉支流DC0+000～C1+410段河道宽度10m。

3.2.1石笼挡墙断面布置

桩号D2+644～3+440及桩号DC0+000～C1+410段河道位于东郊河上游山区，河道坡降较大，设计洪水工况下，水流速度较大，最大流速为3.41m/s，石笼挡墙加生态块护坡方案可适用于流速较大的堤岸，石笼挡墙采用石笼把片石、毛石或卵石等块头较小的材料，用规格的石笼包装形成整体性较好的结构，适用于流速较大的河道，其充分利用小块石料，本身就是一种生态再利用，结合常水位以上的生态块护坡其生态性较好。

石笼挡墙断面高度2.0m，均分两层，底层石笼网规格为4m×1.5m×1m(长×宽×高)，顶层石笼网规格为4m×1m×1m(长×宽×高)；断面分别为1.0m×1.0m、1.5m×1.0m，石笼采用双绞格网型式，采用特制镀锌低碳钢丝并包覆PVC。网身丝径为2.6mm，包覆PVC后直径为3.8mm，框线直径为3.4mm，包覆PVC后直径4.6mm。镀锌量大于260g/m，抗拉强度大于400MPa，延伸率不低于12%；石笼内隔网的绑扎要求：隔网与网身的四处交角各绑扎一道，间隔网与网身交接处每间隔20cm绑扎一道，间隔网与网身间的相邻框线，必须采用组合线联结，即用绑扎线一孔绕一圈接一孔绕二圈呈螺旋状穿孔绞绕联结，封盖网与网身、间隔网间相交边框线必须每间隔20cm绑扎一道；石笼内填充石料粒径在1.5～2.0倍网孔大小，填充料必须是坚固密实、耐风化好的石料，严禁使用风化石。墙背回填级配碎石垫层0.30m。断面型式如图1所示。

3.2.2自嵌式生态块挡墙断面布置

桩号D0+000～D2+644段河道位于东郊河上游平原区，河道平顺，河道坡降较缓，设计洪水工况下，水流最大流速为1.86m/s，采用自嵌式生态块挡墙型式，绿化效果更好，自嵌式生态块块外形尺寸400mm×150mm×300mm，生态砌块抗压强度为C20，单块重量40kg；人工砌筑完成后，迎水面坡度1∶0.17，并留有110mm×150mm绿化生态孔，为保持墙体整体稳定性，设置三层TGDG80聚丙烯土工格栅，自由端末端用U型钉固定于铺置面。墙背回填级配碎石垫层0.30m。断面型式如图2所示。

图1 石笼挡墙堤段典型断面图

图2 自嵌式生态块挡墙典型断面图

4 稳定分析

4.1 挡墙自身稳定分析

挡土墙背水坡内侧回填粉质黏土，其压实度不小于0.91，挡墙稳定计算采用SL 379—2007《水工挡土墙设计规范》第6节公式计算。经复核，两种生态挡墙的抗滑及抗倾安全系数均大于规范规定的最小安全系数，断面尺寸能满足设计要求。

4.2 堤防整体抗滑稳定计算

堤防整体抗滑稳定计算采用GB 50286—2013《堤防工程设计规范》规定，本工程具体计算工况如下：

(1)水位组合

正常运用条件：

工况1：迎水侧设计洪水位，背水侧相应低水位。

工况2：迎水侧设计洪水位骤降至常水位。

施工期：

工况3：施工期，堤前后两侧无水。

(2)计算方法

土压力计算方法稳定渗流期采用有效应力法，施工期采用总应力法，外水位降落期采用有效应立法和总应力法的小值，墙后填土强度指标施工期采用直剪快剪指标，稳定渗流期采用直剪慢剪指标，水位降落期采用固结快剪指标。

按瑞典圆弧滑动法计算，稳定计算采用刚体极限平衡中不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算最小安全系数。计算采用浙江大学土木系《STAB》边坡稳定分析程序进行电算，计算滑弧深度从1～50m，滑弧变化步长为0.5m。

经计算堤防整体抗滑稳定均大于规范要求的抗滑稳定安全系数，堤身断面布置满足规范稳定要求。

5 结语

东郊河上游新度集镇段整治工程目前还在施工中，石笼挡墙、自嵌式生态块挡墙这两种生态挡墙的合理应用，既保证了河道的行洪安全，又改善了生物生存环境和水生态。结合堤防上景观绿化和步行道及亲水平台的设置，将本工程建设成了一个集防洪与休闲一体的综合性水利工程。本工程对石笼挡墙和自嵌式生态块的使用，为类似河道整治工程提供了一定的工程经验，具有一定的参考价值。