阶梯式生态框挡墙在永泰水治理工程中的应用

周 鑫, 明佑妍,丁声炎

(广东珠荣工程设计有限公司，广东 广州 510610)

1 概述

广宁县位于广东省中部偏西地区，是广东省重点林区、首批林业生态县和珠三角现代林业发展示范县，拥有省级造纸产业基地和全省唯一一个国家级竹海森林公园，但广宁县中小河流整治工作缺失较多，水土流失严重，洪涝灾害频发，为此，近年来掀起一轮中小河流建设热潮。

永泰水为新招水右岸的一级支流，发源于广宁县宾亨镇罗溪村鲤鱼田，主流从南流向北，流经罗溪、永泰、坑仔口等，在宾亨镇区汇入新招水干流。永泰水干流河长为19.01 km，干流坡降6.01‰。流域集水面积为61.10 m2，工程区地貌单位以低山丘陵为主，局部为冲积平原地貌及风化残丘地貌为主，近岸地形较陡，起伏大，近岸地面高程大约在80～420 m。两岸主要为山林，局部为农田、菜地及少量居民区。河道岸坡大部分为土质岸坡。河道岸坡多处受冲崩塌，抗冲能力差；河道淤积严重，大量沉积物抬高河床；当地居民无亲水设施，水景观效果差，与美丽乡村建设相悖，但是传统硬化护岸治理方式不利于生态理念的践行，因此，近年来出现多种生态框挡墙，但在工程应用中遇到不少问题。本文结合永泰水治理工程，介绍了阶梯式生态框挡墙在工程应用中优点与适用性，对抗冲和生态两方面进行分析评价。

2 阶梯式生态框挡墙的特点

阶梯式生态框挡墙砌块采用模块化设计，标准化模具生产，工厂预制，现场组装，产品一致性较好。整个施工外立面一致规整，误差小。机械化施工，效率更高[1-2]，缩短工期，墙后雨水均匀渗透，金属螺杆水平连接，结构更稳固[3]，有利于对中小河流的治理，且植被盖度达到95%以上，减少土壤流失90%以上，保土效益和绿化效果非常显著。采用仿石材孔洞设计，有效保护水微生物生长繁殖，具有改善景观[4]和完善生态环境的多重功能[5]，挡墙稳定性好[6-7]，各砌体检的连接无需传统胶凝材料[8]，汛期起到防洪度汛作用[9]。

本次选取了浆砌石挡墙、砼挡墙、格宾笼挡墙、C20砼镂空预制件挡墙和阶梯式生态框挡墙5种形式进行分析比较[10](见表1)。根据工程经验，5种材料挡墙的抗冲能力从小到大为：C20砼镂空预制件挡墙<阶梯式生态框挡墙<格宾石笼挡墙<浆砌石挡墙<砼挡墙。综上所述，阶梯式生态框挡墙适应性广，抗冲能力强，生态效果好，施工简便，造价较低，景观效果佳。

表1 挡墙结构形式优缺点对比

根据工程现场跟踪反馈，阶梯式生态框挡墙可充分利用河道内现有块石、卵砾石，节省了工程投资，阶梯式的结构形式增加了花槽景观植物的种植面，提升了垂直面的绿化率，预制砌块的大孔隙和反滤料的结合，即防止岸坡水土流失，又满足地下水系和河道内水体的联系，对生态补水和微生物种群的生存有利。

3 护岸断面设计及稳定计算

3.1 护岸断面设计

阶梯式生态框砌块挡墙护岸适用于河道两岸用地范围相对宽裕的岸坡段。下部生态框挡墙，上部现状岸坡陡于1:1.5时，按照1:1.5进行削坡，缓于时则保持现状坡度与阶梯式生态框砌块挡墙墙顶衔接，并对扰动的岸坡坡面草皮护坡，防止冲刷破坏。阶梯式生态框砌块挡墙墙高为1.5～2.5 m，阶梯式生态框每块长2 m宽1 m高0.5 m，迎水面坡比为1:0.45～1:0.55，生态框横向采用连接件横向螺杆柔性连接，顶层层生态框回填种植土(外围包裹土工布)，并种植绿化植物，下部其余层生态框装填卵石(外围包裹土工布)；阶梯式生态框砌块挡墙墙背设置土工布+20 cm无砂混凝土+20 cm中粗砂反滤层；挡墙底部设置70 cm厚C20砼基础+10 cmC15素砼垫层，挡墙基础外侧回填卵石，增强挡墙抗冲能力(见图1)。

图1 典型断面示意(单位：mm)

3.2 挡墙稳定计算

护岸挡土墙坐落在砂砾和粉质粘土层，地基承载力为140～200 kPa，摩擦系数为f=0.25～0.4；墙后为原状素填土，其粘聚力取10.1 kPa，内摩擦角φ=10.5°。根据《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)，稳定渗流期应采用有效应力法，施工期可采用总应力法，外水位降落期可同时采用有效应力法和总应力法，并应以较小的安全系数为准。计算方法采用瑞典圆弧法，计算工况见表2，计算成果见表3。

表2 工况统计

表3 挡土墙稳定及基础应力计算成果

由计算结果可知，在完建期、正常运行情况、骤降工况3种工况下，阶梯式生态框挡墙抗滑、抗倾稳定安全系数均能满足要求，适应性强，满足生态和抗冲两方面要求。

4 永泰水工程应用效果

永泰水治理工程以防洪安全、稳固岸坡、疏通河道为主，兼顾改善水景观，在保障水安全前提下，结合乡村文化景观建设，充分发挥河道综合功能，实现人水和谐。永泰水治理前后对比效果见图2。

图2 治理前后效果对比照片

1) 防冲性能好

治理前河道天然，岸坡无防护，抗冲能力差，岸坡不稳，坡脚淘刷严重；治理后，提高了岸坡抗冲能力，稳固了河岸，保障了水安全，保护了两岸农田和房屋。

2) 造价较低

阶梯式生态挡墙可充分利用河床淤积块石、砂卵砾石等现场开挖料，减少外购工程材料，降低了投资造价。

3) 施工简便，见效较快

阶梯式生态挡墙为模块化施工，工艺简单，技术难度低，大大缩减了施工工期，工程效益显著。

4) 生态性较好

生态框为多孔构件，对两岸微生物及地下水影响较小，维持了原有生态系统正常运作。

5) 景观效果好

在确保河道防洪排涝安全的前提下，结合生态水利建设的原理，构筑成富有当地特色的生态走廊。营造优美的人居环境，做成“水清、岸绿、景美、流畅”的生态绿带，形成以河道为主轴，两岸生态相衔接，为当地居民提供一个良好的生活环境。

5 结语

阶梯式生态框挡墙与传统硬质挡墙相比，减少了开挖放坡占地，施工简单，缩短了施工工期，预制件质量容易控制，且具有传统硬质挡墙的抗冲、耐久等特点[11]，并对生态保护，防止水土流失起到抑制作用，可部分实现水生态、陆生态(植物生态)的功能[12-15]。