仰斜式挡墙植生方法及工程应用

袁以美, 叶合欣, 陈建生, 林健成

(1.广东水利电力职业技术学院，广东 广州 510635；2.广东省水利水电技术中心，广东 广州 510635；3.河海大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210098；4.深圳市广汇源环境水务有限公司惠州分公司，广东 惠州 516000)

生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计，生态兴则文明兴，生态衰则文明衰。水利工程对保障社会安全、促进社会持续稳定发展发挥了重大的作用，同时也改变了自然水文特征和地貌特征，导致水生态系统结构和功能发生变化，对河流、湖泊等自然生态系统造成了影响。仰斜式挡墙属于重力式挡墙的一种，在水利工程河道治理、公路边坡处理中应用较多。对岩质边坡和挖方形成的土质边坡宜优先采用仰斜式挡墙，高度较大的土质边坡宜采用衡重式或仰斜式挡墙[1]。国内研究者多在挡墙受力计算方法[2-5]、稳定性[6-10]及应用[11-16]上关注较多。仰斜式挡墙多为浆砌石或混凝土材料，临水侧光滑、陡立、僵硬、单调，缺乏生态特性，若大规模使用，则与坚持人与自然和谐共生、践行绿水青山就是金山银山的理念不相协调。但仰斜式挡墙具有独特的优点[17]，如墙背所受的土压力较小，墙背与开挖面边坡较贴合，因而开挖量和回填量均较小。

如何将仰斜式挡墙进行生态改造，在不明显增加工程造价的前提下，赋予其生态功能，对满足人民日益增长的优美生态水环境需要，全面构建具有岭南特色的平安绿色生态水系具有重要的意义。本文提出一种仰斜式挡墙植生修复方法，应用于广东省中小河流治理工程中，并与植生前的仰斜式挡墙进行造价对比分析。

1 仰斜式挡墙植生修复方法

充分利用仰斜式挡墙临水侧的仰斜面，在临水侧设置数排生态种植槽，在槽内充填种植土，然后根据当地气候、气象、水文、设计水位、常水位条件及景观要求，选择适宜的景观植物[18]。生态种植槽可在临水侧形成全覆盖的生态美景，为动物提供栖息空间，还能有助于不幸落水者攀爬自救[19]。对于浆砌石仰斜式挡墙，生态种植槽可与挡墙同步砌筑。对于混凝土仰斜式挡墙，生态种植槽可与挡墙同步砌筑，也可先浇筑台阶状挡墙，然后在台阶上浆砌砖成槽。当混凝土生态种植槽与挡墙混凝土一起浇筑时，槽壁厚可按式(1)计算[20]。

(1)

式中d——生态种植槽壁厚；k——绕流系数，0.7～1.0，一般取1.0；γw——水的容重；v——靠近挡墙生态种植槽壁处的水流断面平均流速，可按压缩断面的平均流速考虑，也可近似取生态种植槽河道水流的平均流速；θ——水流冲击方向与挡墙生态种植槽的夹角；[σ]——混凝土材料允许拉应力；g——重力加速度；H0——生态种植槽壁高度。

为抵抗水流冲刷、降低施工成本，混凝土生态种植槽壁厚d不宜小于10 cm且不宜大于15 cm。浆砌砖生态种植槽壁厚不宜小于12 cm且不宜大于20 cm，浆砌石生态种植槽壁厚不宜小于30 cm且不宜大于40 cm。生态种植槽壁高度H0可取40～50 cm，相邻上下两排槽距可取60～100 cm，这一高差有助于不幸落水者攀爬上岸。对于干旱少雨或景观要求高的地方，需要后期维护，可在槽内设置带墒情监测的自动灌溉系统，以保证槽内植物正常生长[21]。受水流的冲刷，种植槽内部分土及养分会被带走，但水流同时也带来泥土及养分。由于种植槽被植物覆盖，这种交换相对比较弱，也可采取铺塑料膜的方式予以减轻。经过上述植生改造，在仰斜式挡墙临水侧可达到植被全覆盖的生态效果。

2 工程实例

2.1 基本情况

某中小河流域处于南亚热带季风气候区，总面积 116 km2，河长22 km，河床坡降3.1‰，多年平均降雨量 1 778 mm，汛期雨量集中，并常受台风侵袭，易发生山洪灾害。现状两岸挡墙多布置于河道比降大、水流较急河段，挡墙地基多为砂卵石层。2018年8月，受台风暴雨袭击，河道右岸现状浆砌石挡墙长36 m被山洪冲毁(图1)。

图1 被山洪冲毁的浆砌石挡墙

2.2 方案设计及调整

挡墙顶边距离房屋距离约 3～5 m，为保证岸墙施工安全，并更好地衔接现状挡墙上下游，同时考虑到该段河流比降大，水流较急，原浆砌石挡墙的抗冲性较差，拟按仰斜式 C20混凝土挡墙恢复(图2a)。该段挡墙岸顶有景观人行绿道，且在人行密集区，主管部门技术审查时要求将挡墙生态化。为此，调整设计，在仰斜式挡墙临水侧各级台阶处结合景观要求设置生态种植槽，并回填种植土、种植绿化，以增加挡墙生态性，同时，有助于不幸落水者沿种植槽攀爬上岸(图2b)。

图2b中，植生型仰斜式挡墙高7.36 m，设5排生态种植槽，相邻槽距100 cm。根据式(1)计算槽壁最小厚度8.9 cm，为方便施工，取壁厚15.0 cm。根据植物生长需要，设置槽高40.0 cm，槽底宽80.0～160.0 cm，槽底每2.0 m设直径50.0 mm排水管，槽内回填种植土厚30.0 cm，以种植景观植物。

a) 修复前

b) 修复后图2 仰斜式挡墙植生修复前后对比

经计算，植生型仰斜式挡墙完建工况下抗滑安全系数为5.865，正常运行工况下抗滑安全系数为5.613，满足规范要求的1.2；完建工况下抗倾安全系数为20.092，正常运行工况下抗倾安全系数为17.602，满足规范要求的1.4。基底应力最大值为148.34 kPa，小于地基承截力允许值240.00 kPa，满足规范要求。

2.3 造价对比分析

根据图2，仰斜式挡墙植生前后工程量及造价结果列于表1中。从表1可知，这段挡墙植生修复后造价增加了86 640.00元，增加比例为5.20%。增加的项目及数量为：混凝土75.6 m3，钢模板147.56 m2，聚乙烯闭孔泡沫板8.4 m2，回填种植土32.74 m3，生态种植槽绿化179.17 m2，槽内φ50UPVC排水管308.97 m。其中，造价增加最大的项目是挡墙混凝土，占造价总增量的72.93%。因此，混凝土量是优化设计的主要方向。对比图2中的两图，图2b中挡墙混凝土厚度可适当减少。若大致减少到图2a中的厚度，则混凝土增量可大大减少。经设计对比，此时混凝土量仅增加15.8 m3，造价总增量为36 657.96元，增加比例为2.20%。

可见，经优化后的植生仰斜式挡墙造价增加幅度较小，且施工难度相当，是可接受的，而换来的生态效果却很明显。

3 结论

仰斜式挡墙适用较广，但临水侧光滑、陡立，显得僵硬而单调，缺少生态特性。充分利用其外侧仰斜的墙面，在临水侧设置数排生态种植槽，在槽内充填种植土进行景观绿化，可在临水侧形成生态美景，还可为动物生长提供栖息空间，而其工程造价仅增加甚微。槽内景观植物增加了河道糙率，可延缓支流洪水汇入主流的时间，减轻下游防洪压力。此外，有助于不幸落水者沿种植槽攀爬上岸，充分体现以人为本、人水和谐的理念。