生态砌块护岸在靖安县中源乡防洪工程中的运用

曾 云，喻春花

(江西省赣西土木工程勘测设计院，江西 宜春 336000)

0 引 言

靖安县中源乡防洪工程位于北潦河中源乡段，治理河道总长5.562km，其中北潦河河道长5.440km，起点为合港桥以上约158m，终点为山下桥；支流合港水河道长0.122km，起点为合港陂，终点为万福殿便民桥。

工程区防护面积2.3km2，保护耕地166.67hm2，保护中源乡集镇，合港村、船湾村、山下等村委，人口0.3万余人。

工程区主要地貌类型为构造、侵蚀中低山及河流冲积阶地，四面环山，冲沟发育，整体地势东高西低，区内地势起伏较大，河流蜿蜒曲折。冲积阶地主要分布于北潦河左右岸，地面标高大多为545-585m。北潦河整体由西流向东，纵坡较大。

1 工程存在的问题

靖安县中源乡北潦河河段现状防洪标准低，沿岸基本未设堤防，局部地势低洼，加之河道坡降较大，受水流冲刷，坍岸现象较普遍。

2 工程任务

工程建设任务主要为：针对河道实际存在的险情，本工程加固的主要内容为对险工险段及存在隐患的河岸进行护岸。在尽可能维系河流原貌的情况下，通过岸坡防护、亲水性设计等手段，提高工程河段抵御山洪灾害的能力，保护项目区河流生态环境，适度打造镇、村中心沿河两岸景观，建设美丽乡村，打造一条自然、生态、亲水的河流。

3 护岸型式比选

3.1 护岸型式介绍

3.1.1 传统护岸

传统河道岸坡防护材料主要采用干砌块石、混凝土预制块及现浇混凝土等硬质材料对河道堤防或岸坡进行防护。硬质材料护岸在保持岸坡的结构稳定性、防止水土流失以及防洪、排涝等方面，起到了一定的作用。但是硬质材料护岸的造价均相对较高，施工难度较大、有些还需要水下施工，且维护工作难度较大。

硬质材料护岸对水土间的通道以及水土之间的联系具有明显的破坏作用，对生态环境造成很大的负面影响，如混凝土预制块的表面比较光滑，往往导致鱼类或者是两栖动物失去了繁衍和避难场所，水生物无稳定的生存环境，水体自净能力大大降低，对陆地以及水体起到破坏的作用，导致水体污染，对景观、环境和生态均产生不良的影响，造成了水体与陆地环境的恶化，破坏了原有的生态平衡，甚至严重威胁着人们赖以生产、生活的生态环境[2]。

干砌块石、混凝土预制块护岸：

优点：施工简单，防护功能强，稳定性高；抗冲能力强，人为损坏小；缺点：无透水性，完全隔绝坡面与岸坡土体的生态联系，岸坡上寸草不生，无任何生态、景观功能；水体净化功能差。

3.1.2 生态护岸

在河道整治工程中，常用的生态护岸主要有石笼网垫护岸、生态袋护岸、生态砌块护岸、生态混凝土护岸等。

3.1.2.1 石笼网垫护岸

石笼格网垫一般采用钢丝笼单体通过钢丝绑扎，内部填置块石，形成薄垫型结构，覆盖于岸坡之上，能有效减缓水流冲刷，保护岸坡土体。石笼网垫主要用于河道岸坡、堤防护坡。既可防止河岸遭水流、风浪侵袭而破坏，又保持了水体与坡下土体间的自然对流交换功能，实现了生态平衡；既保护了堤坡，又增添绿化景观[3]。

优点：柔韧性好、透水性强、耐久性及防冲击能力强等优点，具有很好的生态性。能够承受较大范围的变形，不会因不均匀沉陷而产生沉陷缝等，整体结构不会遭到破坏。石笼网间的缝隙有利于微生物及各种生物的生存，经过长时间土壤堆积，为植物生长创造条件；亦可在石笼的块石缝隙中填置混播了草籽的种植土，从而打造绿色生态型护岸。

缺点：网格外露，金属的腐蚀性，老化问题，以及外露的格网容易被破坏，导致网内较小的石块容易掉出网外。另外，金属、网格的切断端部非常尖锐，亲水活动和攀爬自救的人容易被伤害。

3.1.2.2 生态砌块护岸

生态砌块由一种纵向带有卡锁结构、自挡土的实心混凝土砌块干砌形成，砌筑时通过砌块纵向的榫槽结构使砌块间互相卡锁、整体联锁，自挡土结构可以离缝砌筑，所形成的生态孔洞可种植花草，满足绿化生态需要。可广泛用于河道、堤防岸坡防护工程[4]。

生态砌块护岸优点：

1)独特的自挡土结构：在坡度<45°时，荣勋护坡护床具有自挡土功能，一般无需采取反滤措施，降低造价，简化施工，提高工效。

2)限制砌块之间的竖向运动，任一砌块都不容易向上或向下脱开，保证了路面、护坡、河床的平整稳定；不容易被水流冲刷下来；当用于江河海岸的护岸时，比平面式砌块能够更有效地抵抗波浪冲击力和波浪浮托力。

3)砌块在被踩踏时，砌块底下的积水不易从凸条和凹槽之间向上溅出。

4)同层相邻的砌块之间的间距可以灵活变化，从而可以形成不同大小的孔洞，满足多种变化的美观需要；这些孔洞可以为植物提供生存空间，满足绿化生态需要。

5)可以适应坡度的连续的变化。

6)结构简单，铺砌方便，有利于缩短工期，降低劳动强度[5]。

3.1.2.3 传统护岸与生态护岸优劣对比

1)功能方面：传统护岸注重点在于防洪、排涝等基本功能；生态护岸除考虑其基本功能外，还统筹兼顾生态、景观功能，能更好地促进新型水生态环境理念的建设和发展。

2)形态方面：传统护岸断面规则、岸线整齐，人工痕迹明显；生态护岸断面形式多样、岸线遵循其自然走向、亲水休闲更加方便，保留河道原生态特色，符合人与自然和谐相处的理念。

3)选材方面：传统护岸工程选材主要使用块石、混凝土等硬质材料，硬化岸坡，隔断水体与陆域之间的联系，从而引起自然环境的恶化，大大降低水体自净能力，导致生态系统的平衡遭到破坏；生态护岸选材主要使用的材料一般为天然石材、多孔结构、植物、土工材料等，有利于整个河道生态体系营养、水分、空气等之间的相互交换，对河道的生态系统影响较小，更有利于已经遭受破坏的河流生态系统的自我修复。

4)工程效果方面：传统护岸工程后期管护工作较复杂，且河流生态系统较脆弱，易遭到破坏，自我修复功能差，容易导致河道水体黑臭，无法达到水生态景观和环保的要求；生态护岸设计因地制宜，护岸材料和施工技术渐趋成熟，后期管护工作相对简单。而且，生态护岸遵循自然规律，打造的河流生态系统自我修复能力强，能给人们提供亲水、娱乐、休闲等功能，进一步促进人们的身心健康发展[6]。

3.2 护岸方案比选

根据省内类似工程，本工程险段护岸型式采用混凝土预制块、干砌石、生态砌块、石笼网垫护岸四种方案进行比选：方案一为0.4m厚干砌块石护坡，下设0.2m厚的砂卵石垫层；方案二为0.12m厚C20砼预制块护坡，下设0.1m厚砂卵石垫层；方案三为生态砌块护坡，生态护坡采用C20砼砌块(150mm×150mm×400mm)，下设土工布200g/m2；方案四为300mm厚石笼网垫，下设一层反滤土工布。比较结果见表1。

表1 护岸方案比较表

从工程生态、景观效果上考虑，方案一(干砌石)、方案三(生态砌块护坡)、方案四(石笼网垫)三个方案较生态，与周边环境协调，而方案二(混凝土预制块)容易造成一面光，生态效果差，与环境互适性差，本次设计不予考虑。

根据工程实际经验，干砌块石施工需要好的熟练工，而现在施工项目多，好的施工队伍少，施工质量难于保证，且抗冲流速相对较小；石笼网方案中石笼网格容易遭受一些外在因素的破坏，耐久性有待考证，而且石笼网容易挂生活垃圾，在省内未有成功的案例。故本次设计不考虑干砌块石和石笼网方案。

生态砌块作为一种新型的岸坡防护型式，在以下3方面具有优势。①防护方面：生态砌块纵向卡锁，可有效地抵抗波浪冲击力和波浪浮托力；块间互相卡锁、整体联锁，坡面稳定牢靠，对岸坡防护效果好；②生态景观方面：生态砌块孔洞率高，水下部分可生长水生动物、水生植物、微生物等，水上部分可生长各种植物，形成各种景观，植物直接生长在土壤中，成活率高，绿化效果极佳，绿化周期短；③在施工方面：柔性结构，可以适应坡度的连续的变化，利于操作；干砌结构，简单方便，施工速度快。且生态砌块为C20砼浇筑，耐久性有保证。

综上，方案三(生态砌块方案)费用最高，但在工程质量、施工便利及生态景观方面具有较大优势，故本次设计采用生态砌块方案。

4 护岸设计

4.1 基础冲刷深度计算

根据实际地形，选取典型断面进行计算，该段基础为砂卵石层。根据《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)，水流顺坝及平顺护岸冲刷深度按下列公式计算：

(D.2.2-1)

(D.2.2-2)

式中：hs为局部冲刷深度(m)；U为行近流速(m/s)，典型断面处行近流速取2.35m/s；Ho为冲刷处的水深(m)，典型断面处水深取3.0m；Ucp为近岸垂线平均流速(m/s)；n为与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4-1/6；η为水流流速不均匀系统，根据水流速流向与岸坡交角α查《堤防工程设计规范》表D.2.2，α=40度，η取值1.75；Uc为泥沙起动流速(m/s)，对于黏性与砂质河床可采用张瑞瑾公式(D.2.1-5)计算。

(D.2.1-5)

式中：γs、γ为泥沙与水的容重(KN/m3)，γ=9.81 KN/m3，根据地质勘查报告，γs=19 KN/m3)；d50为床沙的中值粒径(m)，根据地质勘查报告，d50=0.00002m；

计算得河岸冲刷深度见表2。

表2 河岸冲刷深度计算成果表

经计算得到，最大冲刷坑深度为0.79m，根据类似工程经验，本次基础埋深要求≥1.0m。

4.2 单个块石体质量及护面层厚度计算

采用人工块体或经过分选的块石做为斜坡堤的护坡面层且斜坡坡率为1.5-5.0时，波浪作用下单个块体、块石的质量Q及护面层厚度，可按下列公式计算：

经计算得，本工程护岸所需最小块石重量Q=4.3kg，厚度t=0.17m，考虑到本工程实际施工条件及其它工程经验，确定本工程所采用砌块或块石粒径≥200mm。

4.3 护岸结构

在岸坡迎流顶冲段以及河道顺直岸坡淘刷段，采用生态护岸方案，从河底护至岸顶；在河道凸岸，生态护岸从河底护至常水位，生态护岸以上至岸顶采用草皮护岸。

生态砌块为C20混凝土浇筑的异型砌块，外形尺寸400mm×150mm×150mm(长×宽×高)，单块重量17.8kg。生态砌块护岸坡度为1∶2.0，厚0.15m，下设150mm厚碎石垫层(岸坡岩性为砂卵石的不设置碎石垫层)和200g/m2土工布，生态砌块护岸底部设0.6m×1.0mC20混凝土齿墙固脚，顶部设0.3m×0.4mC20混凝土齿墙压顶，砌好之后生态孔宽度260mm，孔隙率为39.4%。砌块孔洞常水位以下采用砂卵砾石((粒径20-40mm))充填，常水位以上先回填土，再种植草皮。

5 结 语

靖安县中源乡防洪工程采用生态砌块技术对北潦河及其支流的险工险段及存在隐患的河岸进行防护，通过本工程的实施，极大地提高北潦河工程河段抵御山洪灾害的能力，使工程范围内集镇、村庄的防洪能力大大提高。生态砌块在本工程中的运用改变了以往河道护岸“一面光”的形象，该技术的运用在在满足了河道的防洪、排涝等基本功能外，还满足了生态、环保等要求，生态砌块护岸的设计理念能更好地促进新型水生态环境理念的建设和发展，以及为水生态景观建设、水环境保护及人类与自然和谐共存做出更大的贡献。