土钉结合生态砌块饰面护岸在中小河流治理项目中的应用

杨 坤

(广东珠荣工程设计有限公司，广东 广州 510610)

1 概述

随着我国经济社会的快速发展，人民群众对生态环境的需求越来越高，而河流水系作为生态环境的重要载体，水环境的好坏成为生态环境质量极为关键的一环。近年来，国家及各级地方政府出台了一系列中小河流治理规划或实施方案，积极践行绿水青山就是金山银山的理念，对中小河流开展了如火如荼的生态治理[1-3]。

中小河流治理工程应按照防洪减灾、生态优先、绿色发展、因河施策的治理思路[4]，在满足防洪安全的前提下，尊重河流自然属性，科学确定治理模式，维护河流健康生命，坚持生态优先的原则，尽量采用天然缓坡、生态护坡，既保证人民群众生命财产安全，又使治理生态可持续，守护我们的绿水青山。然而，对于河道狭窄、保护对象重要、受地形条件或已建建筑物限制的河岸，则宜采用墙式护岸[5-6]。

传统河道治理中常用的墙式护岸包括重力式、悬臂式、扶壁式挡墙等，施工场地宽裕、挡土高度大的河岸也常采用排桩式挡墙，但上述挡墙均较为生硬，生态性较差。近年来，随着预制品市场的蓬勃发展，加筋土式生态砌块挡墙护岸在河道治理中也日益普遍，有一定的生态效果及景观提升效果。而工程建设中常见的土钉墙，技术极为成熟，但主要用于基坑支护或边坡防护，用于河道护岸治理时比较少见。本文结合前人关于土钉墙以及生态砌块在水利工程中的研究与应用，以工程实例介绍土钉结合生态砌块饰面护岸在中小河道治理项目中的应用。

2 常见挡墙类型、适用范围及其优缺点

纵观众多的中小河流治理项目，或多或少都存在一些河道狭窄、保护对象重要、受地形条件或已建建筑物限制的河岸，因而，对于此类河段的治理方案往往成为中小河流治理项目必须克服的关键点，有时甚至影响整个项目设计成果的成败。水利工程中常见的挡墙类型、特点及其适用范围见表1。

表1 水利工程常见挡墙类型、特点及适用范围[4]

以上常见挡墙类型中，地下连续墙、水泥土墙一般用于基坑开挖支护，锚杆式、土钉墙既可用于基坑开挖支护也可用于边坡防护，锚定板式、加筋土式一般用于填方工程挡墙，其余均为传统河道治理项目中常用的挡墙类型。以上挡墙类型用于河道治理时，除锚杆式、排桩式及土钉墙3种土方挖填量较少外，其余均涉及大量的土方挖填，极易造成水土流失。此外，除加筋土式挡墙的墙面板可根据需要采用各种预制生态砌块，有一定的生态效果及景观提升效果外，其余挡墙类型均较为生硬，生态性较差，不大符合当下中小河流治理理念。为此，可针对上述挡墙类型各自特点，取长补短，以获得更好的工程效益。

3 土钉结合生态砌块饰面护岸工程实例

3.1 河道现状情况及墙式护岸方案比选

某河道治理项目，现状岸坡基本为土质岸坡，岸坡高度约为5～8 m。其中部分河段受洪水冲刷影响，岸坡垮塌严重，残存岸坡几近直立，边坡坡度约为1：0.3～1：0.5；岸上或为耕地，或临近村落、交通要道等，不一而足。

对于此类河段的治理，不宜采用放缓坡的方式进行治理。一是放缓坡将涉及大量永久性征地，而征地和青苗补偿标准普遍较低，可能无法满足相关组织或群众的要求，可能会有一定的抵触情绪，给工程建设和社会稳定带来不良影响；根据近年来中小河流治理情况来看，因征地拆迁影响工程进度和社会和谐的案例屡见不鲜。二是出于耕地红线的考虑，改革开放后特别是21世纪以来，我国经济社会发展日新月异，大量的国家及各级地方政府基建占地、房地产开发、农村建房占地等，致使我国耕地面积逐渐减少；2013年12月23—24日在北京举行的中央农村工作会议，提出要确保粮食安全，坚守18亿亩耕地红线；对于河道沿岸耕地红线的坚守变得尤为重要。因此，对此类河段可采用墙式护岸，以减少永久占地。

本次墙式护岸采用重力式埋石砼挡墙、加筋生态砌块挡墙、排桩挡墙及土钉结合生态砌块饰面挡墙四种方案进行比选，各方案标准断面示意(以河床以上净高5m为例)见图1～4，对比情况见表2。

图1 重力式埋石砼挡墙标准断面示意

图2 加筋生态砌块挡墙标准断面示意

图3 预制板桩挡墙标准断面示意

图4 土钉结合生态砌块饰面挡墙标准断面示意

表2 墙式护岸比选

经比选，从经济性、施工便利性、生态性以及水土保持和环境保护等方面综合考虑，笔者推荐该河道此类河段治理采用土钉结合生态砌块饰面的墙式护岸。

3.2 土钉结合生态砌块饰面墙式护岸结构设计[7-11]

土钉墙是一种土体加筋技术，以密集排列的加筋体作为土体补强手段，提高土体的强度与自稳能力；当土体发生一定变形后，土钉随着变形而提供抗力。工程中常见的土钉墙，主要用于边坡防护及基坑支护，其面板为喷射混凝土钢筋网面板，混凝土强度等级不宜低于C20，厚度不宜小于80 mm，土钉长度为临空面高度的0.5～1.2倍，土钉间距为1～2 m，土钉与水平面的夹角宜为5°～20°，土钉钢筋直径为16～32 mm，钻孔直径为70～120 mm，注浆材料为水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M20。

传统土钉墙面板结构多为钢筋砼，生态性较差，用于河道治理时，不符合当下中小河流治理理念，本次设计拟对其改良，将面板结构更改为预制荣勋生态砌块。荣勋生态砌块具有独特的自挡土、生态、溢排水、自定位、自卡锁等技术特征，可用于没有开挖或不宜开挖条件的工况时，可以采用土钉结构的方式施建生态护面墙。施工时在墙背回填少量亚粘土即可绿化，实现固土、美化环境双重功效。

本次设计土钉结合生态砌块饰面挡墙结构如下：挡墙坡度为1：0.5，挡墙高度为5.0～8.0 m；墙身荣勋砌块型号为RXP-280-10，错缝搭砌，生态植生孔宽度为0.11 m，种植草本或藤本植物绿化墙面；挡墙基础为C20素砼结构，其埋深根据冲刷计算结果按不小于1.0 m控制；土钉采用HRB400钢筋(顶层及底层直径为25 mm，中部直径为18 mm)，入射角为15°，单根长度为5.1～8.1 m，横向间距为2.04 m(间隔4块)，竖向间距为1.05 m(间隔7块)，土钉伸入预留生态孔采用C20砼封闭，每一横排土钉在砌块后与2根直径14 mm的HRB400纵向钢筋焊接，增强整体性，纵向钢筋采用C20砼连系梁包裹，断面尺寸为0.2 m×0.2 m；砌块背面与边坡之间回填亚粘土，为草本或藤本植物提供生长空间；墙顶设C20砼压顶，断面尺寸为0.5 m×0.2 m，并安装护栏(见图5～6)。

图5 土钉结合生态砌块饰面墙式护岸标准断面示意

图6 土钉端头处理方案大样示意

3.3 工程前后边坡稳定计算[1-3][12-14]

1) 计算方法

依据《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)9.2.4条及《复合土钉墙基坑支护技术规范》(GB 50739—2011)5.3.2条，工程实施前现状边坡及实施后土钉墙整体稳定性分析可采用简化圆弧滑移面条分法，根据各计算工况不同，分别采用理正岩土计算软件6.5PB2版的边坡稳定分析及超级土钉设计程序进行验算。

2) 荷载组合及计算工况

土钉墙稳定计算的主要荷载有自重、土压力、水压力、破裂体范围内的车辆、人群等附加荷载，等等。

根据《水工挡土墙设计规范》(SL 379—2007)5.1.2条的规定和该工程实际情况，选择某最不利断面按以下工况进行稳定计算，具体计算工况见表3所示。

表3 土钉挡墙抗滑稳定计算工况

3) 计算简图

根据土钉结合生态砌块饰面护岸分布范围、地形地貌及地质勘察成果，选择某最不利断面进行稳定计算(如图7所示)。

图7 计算示意(单位：高程 m，尺寸 mm)

4) 计算成果及对比分析

工程实施前现状边坡及实施后土钉墙整体稳定计算分别采用理正岩土计算软件6.5PB2版的边坡稳定分析及超级土钉设计程序进行计算(成果见表4)。

表4 工程前现状边坡稳定计算成果

经计算可知，选定计算断面现状边坡在各工况下均严重不满足规范要求，土钉结合生态砌块饰面护岸在各工况下均满足规范要求，极大地提高了岸坡稳定性。

4 土钉结合生态砌块饰面护岸设计的一些建议

1) 在实际运用中确定土钉长度时，在满足稳定要求的前提下，可适当统一土钉规格，避免因种类过多造成施工不便。

2) 中小河流治理中的土钉墙，对于岸上为耕地或者对覆土厚度有特殊要求的河段，最上层土钉应大于耕作深度或覆土厚度的要求，避免因耕作、施工等造成土钉的损坏，进而影响护岸的安全。

3) 河道治理中的土钉墙面板宜尽量采用带植生孔或可预留植生孔的工业化生产预制成品，以便兼顾景观绿化需要。随着水利领域预制装配式产品市场的蓬勃发展，陆续涌现了仿石式、鱼巢式、卵石式等一系列外形优美的生态砌块产品，在满足自挡土、生态、溢排水、自定位、自卡锁及便于土钉端头封闭等技术要求的条件下，均可以用于土钉墙面板。

4) 对于城镇老旧、生硬的墙式护岸，在满足防洪要求的前提下，亦可采用土钉(或锚杆)+生态砌块面板的方案对现状驳岸予以改造，提升河道水环境。

5) 生态砌块虽具有施工速度快、生态性好等优点，但部分厂家报价过高，影响其实际运用，具有一定局限性。加之生态砌块单块尺寸一般较大，运输费用也较高，在设计方案比选时应认真调查项目所在地附近是否有相应的生产厂家，充分研究其经济可行性，特别是一些偏远河道的治理项目，应慎重考虑。

5 结语

1) 土钉墙技术在工程上应用十分成熟，各类预制生态砌块应用也日趋广泛。对于河道狭窄、保护对象重要、受地形条件或已建建筑物限制的河岸，采用土钉结合生态砌块饰面的护岸形式，不仅可提高河岸的安全性，还能兼顾河岸的生态性，并可降低对周边已建建筑物的影响，对中小河流类似河段治理有一定的借鉴意义。

2) 中小河流治理是一项公益性的社会系统工程，有较大的社会效益、经济效益及生态环境效益。在河道治理前期设计过程中，应遵循安全经济、自然生态的治理原则，因河施策、因地制宜，严格设计方案比选，协调好安全、经济及生态三者之间的关系，保障人民群众的生命财产安全，提升人居环境水平，并尽量避免或降低因工程建设给社会带来不良影响。