基于GEO5的河道阶梯式生态护岸稳定分析

邢 健

(北京东方利禾景观设计有限公司，北京 100015)

1 概 述

河流是城市重要的环境资源和空间载体，关系到城市生存，制约着城市发展，是塑造城市风貌和美化城市环境的重要景观因素。在遵循流域规划前提下，保证河道天然使用功能的基础上，充分考虑河流的生态功能、水质净化、生态景观等功能的需要，同时兼顾亲水活动的安全。本着创造高质量的河道水景观，建设具有当地特色、自然舒展的河流，努力营造一幅景观优美、生态平衡、人水和谐共生的魅力画卷，以此提升城市形象与品位，促进城市经济、社会及环境的可持续发展。

河道除承担防洪排水任务外，还应起到美化城市环境、丰富城市景观，为人们提供休憩娱乐场所的作用。进行河道治理时，要贯彻生态治河的理念，把生态环境放在重要位置，充分重视治理工程的生态效应、环境影响和景观要求，注重人水和谐相处。对于流经建设区段的河道，要结合环境景观综合治理，利用地形及绿化，设置适量景观节点与园林小品，将沿河两岸建设成绿色亲水长廊，建立水域与陆地的和谐过渡带，为人们创造亲水的休闲空间。河道治理还应维系水生态系统，减少对环境的不利影响，大力推广生态环保型河道治理技术方案。

传统的河道治理，一贯采用硬质挡墙或护坡形式，对边坡的处理主要是强调其强度功效，却往往忽视了其对环境的破坏，已不能满足现在需要。生态护坡作为岩土工程与环境工程相结合的产物，它兼顾了防护与环境两方面的功效，是一种很有效的护坡、固坡手段。但生态护坡形式新颖，种类多样，现有护坡抗滑稳定、倾覆等计算工具等不能有效适用，不能为设计方案提供有效设计参数，致使工程存在安全隐患。本文以唐山市环城水系提升改造综合治理工程中青龙河河道治理为例，采用GEO5软件中混凝土砌块护坡计算模块，对阶梯式生态框护岸进行相应稳定计算，为设计提供合理的参数指标，指导工程有效实施。

2 工程概况

唐山市城区有陡河、青龙河、李各庄河及龙王庙河4条主要河道，在城区南部有开滦煤矿采煤沉陷形成的南湖湿地，青龙河下游汇入南湖。东部陡河，西部青龙河，新开挖人工排涝河道——西北排水渠12.3 km，将陡河和青龙河上游连通。同时，在陡河下游新建南湖引水渠6.4 km，将陡河下游与南湖连通，形成了40.2 km的环城水系。青龙河位于环城水系西侧，承担唐山市区西北部涝水；而且青龙河位于唐山市区，两岸遍布居住小区，对青龙河景观功能需求较高，因此青龙河功能定位以排水为主，兼具生态景观功能。

青龙河方案设计河道采用生态护坡，因两岸用地限制，综合考虑后选用阶梯式生态框护岸，既可满足河道在用地空间内行洪需求，又可结合水生、陆生植物设计满足生态景观需求。两岸护坡采用阶梯式生态框护砌，尺寸2×1×0.5，边坡坡比1∶0.5，共6层，背侧厚300 mm碎石垫层反滤，生态框下设高0.8 m的C20钢筋混凝土基础。为满足生态景观需求，生态框内包350 g/m2无纺布，回填土，用于种植水生植物。岸顶外侧为宽4 m人行步道。护岸设计见图1。

图1 青龙河护岸典型断面

3 GEO5分析计算

青龙河护岸边坡坡比1∶0.5，较陡，需对其进行稳定验算，确保工程安全。本文采用GEO5混凝土砌块挡墙设计模块，建立河道断面模型，对岸坡抗滑、抗倾稳定及基底应力进行验算。

3.1 模型建立

本文要确定阶梯式生态框的安全稳定性，对其进行抗滑稳定及抗倾覆验算。在建立河道断面模型时，需要定义的属性有：墙身断面尺寸、墙背侧剖面图层、岩土材料、砌块基础、背后回填土、墙后坡面、地下水等影响因素。根据设计断面及地层情况，输入相应参数建立河道断面模型。青龙河河道工程等别为3等，主要建筑物级别为3级。根据《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)，本次岸坡分析按以下4个工况进行。

工况一：迎水侧设计洪水位12.75 m，背水侧相应水位

工况二：迎水侧水位骤降0.5 m，背水侧相应水位

工况三：施工完建期，迎水侧无水

工况四：迎水侧正常水位11.80 m，遭遇8级地震

安全系数允许值见表1。河道模型断面见图2。

表1 护岸稳定计算安全系数表

图2 河道模型断面图

3.2 计算参数

预制阶梯式生态框内填土料，综合考虑重度按23 kN/m3，钢筋混凝土底板重度25 kN/m3。

阶梯式生态框底板基础坐落于粉质黏土层，地质勘察相应参数见表2。

生态框混凝土之间摩擦系数取0.6，考虑地层生态框与底板前设置抗滑键，生态框与底板混凝土综合摩擦系数取0.7。

顶面荷载：施工完建期荷载取为20 kPa，正常运行工况及地震工况荷载取3.5 kPa。

表2 各土层物理性质表

3.3 分析成果

根据不同工况基本参数，调整水位、荷载，对阶梯式生态框护岸进行倾覆滑移验算、承载力验算、截面强度验算及外部稳定性验算，计算成果见表3-表6，岸坡滑移圆弧见图3-图6。

表3 阶梯式生态框抗滑抗倾稳定验算成果表

表4 阶梯式生态框承载力验算成果表

表5 阶梯式生态框截面强度验算成果表

表6 边坡抗滑稳定计算成果表

图3 设计水位工况岸坡滑动圆弧

图4 水位骤降工况岸坡滑动圆弧

图5 完建无水工况岸坡滑动圆弧

图6 地震工况岸坡滑动圆弧

经验算，各种组合下阶梯式生态框护岸倾覆滑移验算、承载力验算、截面强度验算及外部稳定性验算成果均满足规范要求。

4 结 论

1) 采用阶梯式生态框护岸，并配合植物种植，使河水与土壤相互渗透，增强河道自净能力，弱化了工程结构对河流生态系统的冲击。在保证河道天然使用功能的基础上，充分考虑河流的生态、水质净化、景观等功能的需要，加强河道生态廊道功能，满足人们营造整洁、舒适、美好生活空间的强烈愿望。

2) 采用GEO5软件建立混凝土生态砌块模型，验算阶梯式生态框护岸倾覆滑移、基底承载力、生态框截面强度及岸坡稳定性的成果，可为设计方案提供基本设计依据，使设计成果更趋合理、经济，在设计方案满足工程生态景观需要的同时，可确保工程安全性。