农村河堤提升改造研究

卢建青 苗晨阳＊

（1.中交天津航道局有限公司，天津 300450；2.南京水科院瑞迪科技集团有限公司，江苏 南京 210000）

近年来，农村河道作为农村水系统的一部分，在生态农村的建立和发展中起着重要的作用[1]。但由于农村河道水利设施配套不足，部分河道护岸标准较低。因此亟须进行河堤修复，提升农村河道安全等级，保障防洪安全。常规河堤生态修复方案有斜坡式土堤、仿木桩挡墙、生态混凝土挡墙[2]、格宾石笼挡墙[3]、自嵌式景观挡墙[4]、生态袋挡墙[5]、生态化硬质挡墙[6]等。传统河堤一般为斜坡式土堤，该形式土堤具有生态性能高、景观效果好、水体交换能力强等优点，但不适用于两侧地貌复杂、施工面不足的河道[7]。文章针对某农村宽度狭窄、场地受限、地质条件差的河道进行河堤修复方案比选，为农村河道河堤的设计及施工优化提供参考。

1 某农村河道概况

某河道位于广东省，河道为南北走向，河宽约5.0 m，全长约4.2 km。河道两侧地形地貌复杂，河堤为自然土坡，岸线损坏严重，部分河道堤顶标高较低，防洪安全隐患较大，亟须进行岸线修复改造。河道宽度窄，两岸多为居民房屋，施工场地严重受限，且地质条件不佳，下卧深厚淤泥层，传统斜坡式土堤不适用于此河道。本次河堤修复改造根据上述现状条件，对不同型式的护岸进行比选，选出最优方案。

农村河道两岸现状如图1所示。

图1 农村河道两岸现状

2 工程地质概况

河道两岸地层自上而下有<1-1>素填土、<1-3>杂填土、<2-1>淤泥、<2-2>淤泥质土、<3-1>黏性土、<3-2>粉质黏土、<3-3>中粗砂、<4-1>砂质黏性土，地层编号原则为主层编号～亚层编号。

<1-1>素填土：褐黄色、灰褐色，潮湿，结构松散～稍密，主要由黏性土回填组成，混有少量砂土，夹有碎块石，局部可见植物根系。

<1-3>杂填土：灰黑色、深灰色，潮湿，结构松散～稍密，由黏性土、碎石块、建筑垃圾、生活垃圾回填而成。

<2-1>淤泥：灰黑色、深灰色，结构流塑～软塑，分布不均匀含有有机质、砾砂，具有腥臭味。

<3-1>黏性土：褐黄色、灰白色，稍湿～湿，结构可塑，分布不均匀含有少量砂砾，切面光滑，干强度高，韧性高。

<3-2>粉质黏土：褐黄色、灰白色，稍湿～湿，结构可塑，主要由黏粉粒组成，含砂量约5%～15%，切面有光泽，干强度高，韧性中等。

<3-3>中粗砂：褐黄色、灰白色，饱和，结构松散，含有约10%～15%的黏土，混有少量粗砾砂。

<4-1>砂质黏性土：褐黄色、褐红色，结构可塑，原岩组织结构已经被风化破坏，多呈土～细砂状，含少量的石英颗粒，遇水浸泡易软化、崩解。各主要土层力学性能指标如表1所示。

表1 各主要土层力学性能指标

3 河道堤岸比选

生态挡墙包括生态砼挡墙、自嵌式景观挡墙、格宾石笼挡墙、生态袋挡墙、仿木桩直立式挡墙等。农村河道改造需要考虑居民房屋临河而建、施工面狭小等因素，同时还需要满足环保经济、河流生态、植被复绿等方面的要求。

3.1 生态混凝土挡墙

生态混凝土挡墙是以水泥、集配碎石、掺和料等作为配料，制作出满足一定孔隙率及强度要求的大孔隙砼。

3.2 格宾石笼挡墙

格宾石笼挡墙是将钢丝编制成六边形网箱，把多个网箱装填上石块，联结成整体的柔性结构。

3.3 自嵌式景观挡墙

自嵌式景观挡墙是通过重力作用的结构新颖的、软性结构的景观式挡墙。

3.4 生态袋挡墙

生态袋挡墙是将加筋格栅和生态袋相链接，形成三角形的柔性支挡结构。生态袋挡墙具有生态、环保、节能等特点；缺点是造价较高，施工完成后一段时间内生态袋露在外面，景观效果较差。

3.5 生态化硬质挡墙

生态化硬质挡墙主要结构采用浆砌石或钢筋混凝土挡墙，通过堆砌景观石、外贴砖瓦、安装生态网等方式进行挡墙外侧处理。挡墙在保留传统硬质挡墙优点的同时贴近自然，有利于植物的生长。

3.6 仿木桩直立式挡墙

仿木桩采用混凝土浇筑而成，外观与木桩相似，采用内部具有树木纹理模板的模具一体浇筑成形，仿木桩整体表面布满树木纹理，具有一定生态景观效果。使用仿木桩直立式挡墙可以事先预制钢筋混凝土圆桩，现场压桩施工，具有机械化程度高、速度快、结构外观美、亲水性和挡土性较好等优点，实用美观。

仿木桩直立式挡墙实景效果如图2所示。

图2 仿木桩直立式挡墙实景效果

3.7 生态挡墙方案比选

格宾石笼挡墙采用原生态材料，且孔隙率较高，挡墙前后的水体可以自由交换，形成有机整体，因此其生态效果最好。

生态化硬质挡墙的绿化及景观效果和其他生态挡墙相当，但生态化硬质挡墙结构隔绝了河道与陆地的水体交换，生态效果较差。

仿木桩直立式挡墙绿化效果一般，但生态效果好，施工方便且工期短，施工时不会破坏两岸现有树木及房屋。

生态挡墙方案对比如表2所示。

表2 生态挡墙方案对比

现状河道两岸树木及房屋较多，堤后多为道路及居民房屋，无放坡及开挖空间。为了保证生态效益，应尽量不移除两岸现有树木，同时综合考虑造价、占地范围及施工工期。因此，本河道堤防修复改造方案选择仿木桩直立式挡墙。

4 稳定复核计算

4.1 计算方法

采用瑞典圆弧条分法（总应力法），确定整体稳定安全系数。

4.2 计算工况

本次计算工况主要研究河道不同水位对堤防整体稳定性的影响。

工况1：水位1.36 m，使用期临水坡，河侧水位取最高蓄涝水位1.36 m。

工况2：水位0.71～1.36 m，位降落期临水坡，河侧水位由设最高蓄涝水位1.36 m骤降至免排水位0.71 m。

工况3：水位为0，施工期临水坡，河侧水位取起调水位为0。

4.3 计算结果

Slide是一个适用于土质边坡和岩质边坡稳定性的分析软件。该软件采用Windows交互界面，支持CAD底图建模，具备一系列全面广泛的分析特性，用户可以轻松、直观地分析问题。文章主要应用Slide中的边坡稳定模块进行河堤稳定计算，对河堤地质模型和边坡滑移范围进行可视化处理。

对不同水位工况下的河堤稳定计算模型进行求解，得到工况1、工况2、工况3的河堤整体稳定滑弧计算简图如图3所示。不同水位工况下采用仿木桩直立式挡墙的河堤整体稳定计算。工况1安全系数为1.934，规范限值为1.150；工况2安全系数为1.498，规范限值为1.150；工况3安全系数为1.208，规范限值为1.050。仿木桩直立式挡墙整体稳定安全系数满足规范要求，该河堤修复改造方案具有可行性。

图3 河堤整体稳定滑弧计算简图

5 生态景观方案

农村河道河堤修复改造需要考虑景观提升设计，河堤景观提升设计主要包括亲水空间和景观改造设计。亲水空间主要服务对象是当地村民，通过在农村河道范围内创造活动空间，包括水上和路上空间，能够进一步提升河道亲水空间的多样性，不仅能够满足居民对惬意舒适的河道空间亲水性的要求，也有利于农村整体形象的提升。景观改造设计应注意保护和利用农村历史文化和自然景观，注重农村河道亲水空间的营造，充分考虑景观交通网络布局，保证空间的安全性设计及合理安排空间的植物布置。河堤景观提升典型设计如图4所示。

图4 河堤景观提升典型设计

河堤景观改造主要包括亲水平台、河堤两侧复绿、人行拱桥、水上驿站、滨水墙绘等，景观改造使河道可以调节生态平衡，融入乡村生活，形成碧水环绕的绿色乡村生态。水上驿站效果和亲水平台、河道复绿效果如图5、图6所示。

图5 水上驿站效果

图6 亲水平台、河道复绿效果

6 结语

针对农村宽度狭窄、场地受限、地质条件差的河道进行河堤修复改造时，方案选择应该考虑生态性、造价、占地范围、施工工期等多方面因素，最终选择最佳方案。本案例现状河道两岸树木众多，堤后多为道路及居民房屋，无放坡及开挖空间。为了保证生态效益，应尽量不移除两岸现有树木，因此河道堤防修复改造方案选择仿木桩直立式挡墙。仿木桩桩径小、桩身长，应充分考虑仿木桩直立式挡墙整体稳定性，对不同工况进行整体稳定验算，稳定计算安全系数最小1.208，满足规范限值要求，表明方案可行。农村河道河堤修复改造需要考虑景观提升设计，创造水上和路上活动空间，进一步提升河道亲水空间的多样化，满足居民对惬意舒适的河道空间亲水性的要求，促进农村整体形象提升。