新型堆砌式挡土墙在小流域综合治理中的应用

童琦媛，范清成，胡金杰，王福生，翁明皓

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 淮安 223001)

我国是世界上水土流失最为严重的国家之一。长期以来，针对水土流失问题，我国人民做出了大量实践工作，并总结了丰富的经验。其中，20世纪80年代提出的小流域综合治理措施在防治水土流失方面具有十分明显的优势，经过近40年的不懈努力，我国小流域综合治理工作取得了巨大成效[1]。

小流域是指在自然界中，流域面积相对较小，河流长度较短，坡陡谷深，流量小的独立水循环系统。小流域是自然界的一个独立系统，具有一定的自我调节能力[2]。小流域是水土保持的重点区域，以小流域为单元的综合治理是开展水土保持工作的根本路径，其治理措施主要有工程措施、林草措施、耕作措施、封禁措施等，通过治理措施对流域水土等自然资源进行保护、改良与合理利用[3]。

本文以镇江市丹徒区石马小流域综合治理为例，探讨工程措施中采用的生态挡土墙方案。生态挡土墙是一种既能起到生态环保的作用，又兼具景观功能、防止水土流失的挡墙[4]，由于其独特的优点，目前已广泛应用于实际工程中，亦是今后挡墙的发展方向，本文探讨的是一种新型的堆砌式挡土墙在小流域综合治理的应用。

1 项目背景

水土保持小流域建设工作是一项长期性、系统性工作，需要投入大量的人力、物力。近年来，镇江市丹徒区加大了水土流失治理力度，新建了大批水土保持工程，主要包括小流域治理、河塘整治、宕口复绿、高标准农田建设及其他水土保持工程，积累了一定的治理实践。

2021年5月，丹徒区水利局、财政局结合省水利厅对水土保持项目的要求以及《丹徒区水土保持规划(2015-2030)》规划实施内容，选择高资街道石马小流域作为2021年度水土保持治理的区域，为建设丹徒区农村社会经济可持续发展，提供良好的水土资源环境。计划用1年的时间通过工程、植物和封禁措施的实施，使生态环境逐步得到恢复，使农、林得到协调发展，水土流失得到有效控制和治理。

2 小流域概况及建设内容

2.1 小流域概况

石马小流域位于高资街道东部，由于河塘淤积严重，暴雨季节河道溢出，旱季河道灌溉不足，影响石马小流域当地群众农业生产生活，当地政府和群众也迫切希望对该小流域进行综合治理。通过本次小流域综合治理工程，可以降低流域内水土流失，增加流域内林草覆盖率，为项目区农业经济的发展、生态环境的改善打下基础，同时美化水体环境和提升农村人居环境。

石马小流域总面积15.21km2，主要涉及高资街道的西斛村、石马村，水土流失以水力侵蚀为主，现状轻度以上水土流失面积0.266km2，占小流域总面积的1.75%。

而本次治理范围为石马小流域中部区域，治理面积4km2，主要位于西斛村范围，现状流失面积0.173km2，占本次治理范围面积的4.32%，占用石马小流域轻度以上水土流失面积的65%。

2.2 建设内容

综合整治严家洼，整治长度580m，新建堆砌式生态挡土墙护岸235m；新建滚水坝1座，改建涵闸2座；新增林草措施以及封禁保护面积800亩。

3 堆砌式生态挡土墙护岸设计及其特点

严家洼现状边坡较陡，为保证岸坡安全并结合周边整治，拟对河道北侧岸坡进行加固处理，加固方案采用墙式护岸设计。

墙式护岸设计应结合安全、生态、景观3个方面考虑，结合以往工程经验，选用仿木桩护岸、生态石笼挡墙、堆砌式生态挡土墙和混凝土挡墙进行多方面比较，包括稳定耐久性、生态性、美观性、施工便利性、工程造价等方面，最终确定采用堆砌式生态挡土墙型式，具体见表1。工程采用生态挡土墙，既能起到挡土墙的作用，同时充分结合“生态和谐”的设计理念，使工程与周围环境相协调[5]。

表1 护岸方案比选表

3.1 挡墙结构设计

在河道北岸边坡高程31.8m处设一个3.0m宽平台，在平台外侧设C30钢筋混凝土堆砌式生态挡土墙护岸；单个预制砌块为1m×1m×1m的立方体预制砌块，共设2层，其中底层铺设2块，顶层铺设1块，背水侧贴机织土工布一层300g/m2，预制块下设0.3m厚2.6m宽C30钢筋砼基础以及0.1m厚2.8m宽C25素砼垫层，墙前高程30.00m处设一个2.0m宽平台，平台以下以设计边坡1：4.0放坡至设计塘底高程。挡墙顶以上以设计边坡1：2.5放坡至岸顶，坡面整理后种植草皮。挡墙结构设计如图1所示。

3.2 挡墙特点

3.2.1砌块结构

预制砌块可分为单仓、双仓和三仓型，单个仓格基本单元尺寸为1.0m×1.0m×1.0m(长×宽×高)，砌块三维结构图、实景图详如图2所示。

图2 预制砌块单仓三维模型图、实景图

3.2.2砌块堆砌型式

预制堆砌式挡土墙根据砌块堆砌方式不同分为重力堆砌式挡土墙、加筋堆砌式挡土墙和路基拓宽堆砌式挡土墙，结构断面如图3所示。

图3 预制砌块堆砌型式

预制堆砌式挡土墙适用高度及高差区间见表2。

表2 堆砌式挡土墙选型表

3.2.3砌块锁结型式

区别于传统的自嵌式挡墙通过砌块间的锚固棒锚固或者竖向通过在预留锚固孔内置入锚固钢筋[6]的锁结形式，本次新型堆砌式挡土墙纵向连接采用普通螺栓连接，上下层砌块采用定位销钉连接，销钉与砌块采用结构胶连接，安装前应将定位孔和销钉清洗干净后涂抹结构胶，并在限定时间内完成构件安装。双重锁结使砌块之间的连接更加稳固，墙体稳定性得到了提高，如图4所示。

图4 锁结型式

3.2.4砌块产品特点

(1)模块化设计，方便施工。堆砌式生态挡墙的砌块由专业的生产商采用模块化设计，标准化模具生产，生产技术成熟。工厂预制完成后运至现场组装，产品一致性较好，整个施工外立面一致规整，误差小。施工时采用机械化施工，直接堆砌成品，效率高，缩短工期。

(2)结构稳定。堆砌式生态挡墙采用预制的混凝土砌块，本身结构强度较高，混凝土强度等级达到C30，纵向砌块间采用防腐螺栓连接，上下层砌块采用定位销钉连接，增加了挡墙的稳定性，同时砌块尺寸较传统的砌块尺寸有了一定的增大，增加挡墙的自重。当需要采用加筋堆砌方式时，可在砌块后方填土内设置土工格栅等筋材，形成类似的加筋土挡墙，抗拉、抗拔和整体稳定性均较好。

(3)造型美、生态好。砌块的外立面可根据需要定制为仿石纹、仿砖纹等，造型美。同时砌块仓格内填料可采用种植土、砂土等，不仅增加岸坡的稳定，同时又可以为植物生长提供空间，达到河道生态好、自然及景观美观的效果。

3.2.5挡土墙稳定计算

挡墙稳定计算依据规范[7]规定，挡土墙工程级别为5级，挡墙计算断面如图5所示，尺寸结构见表3，作用在结构上的力见表4。

图5 挡墙计算断面(单位：m)

表3 结构尺寸

表4 作用在结构上的力

挡墙稳定计算得出：

基底最小应力Pk，min=23.04kPa

基底最大应力Pk，max=33.24kPa

基底平均应力Pk=28.14kPa<地基允许承载力([P]=100kPa)。

倾覆滑移稳定性K1=47.92>1.30

倾覆稳定性K2=24.85>1.10

故挡墙稳定满足要求。

3.2.6挡墙施工

3.2.6.1 施工工序

生态挡墙砌筑应在厂家指导下施工，施工工序如图6所示。

图6 施工工序

3.2.6.2 施工注意事项

(1)墙后土开挖后，回填土压实作业分层平摊进行，每层土虚铺厚度不超过25cm。

(2)挡墙底板每隔10m设一伸缩缝，缝宽2cm，采用低发泡闭孔聚乙烯塑料板嵌缝。

(3)挡墙基础需坐落在坚实土层，若遇淤泥质土，则需将墙前淤泥清除300mm后，基础以下回填土采用15%水泥土回填，水泥土回填厚度不小于600mm，压实度不小于0.95。

(4)砌块安装时，挖掘机使用吊带吊装，人工配合，安装底层砌块应直顺、高程一致，遇不平处先用砂浆进行底层铺设找平，每层砌块铺设均需验收合格后再进行上一层的施工。

(5)构件连接用钢结构、预埋件等，均需进行除锈防腐处理，防腐蚀措施应根据环境腐蚀条件、防腐蚀年限、施工等条件确定。

(6)拉筋应平直铺设于密实填土上，底部应与填料密贴，填料与筋带直接接触部分不应含有尖锐棱角的块体。拉筋顶面填土时，严禁沿拉筋方向推土和施工车辆直接碾压拉筋，碾压前拉筋顶面的填土厚度不应小于0.2m。

4 实施效果及后续管理

4.1 工程实施效益

目前，石马小流域综合治理工程已完工，并于2023年5月通过工程完工验收。根据工程管理单位反馈，预制砌块施工方便快捷，工程施工进度工期较合同工期相比有所缩短，且施工质量容易控制，结构稳定。工程在完工验收前，经历了当地汛期的考验，保障了河道两岸的防洪排涝安全，加上河道两岸采用的植草护坡，减少对河道两岸的冲刷，小流域内水土流失得到有效治理，使降雨入渗，拦蓄径流，减少土壤流失，保护了土地肥力，提高土壤水分，水土资源得到有效保护；增强了抗旱能力，减轻汛期洪灾给农业生产造成的损失，为合理利用资源创建条件，形成生态良性循环。

4.2 后续工程管理

水土保持设施验收合格投入运行后，水土保持设施所有权由丹徒区水利局移交给高资街道，并结合农业水利综合改革工作，工程管理和维护工作委托由农业用水合作组织负责，应定期或不定期地对水土保持设施进行检查、观测，以便掌握其运行状态，并进行日常养护工作，发现问题及时采取补救措施，消除隐患，维护工程安全和有效运行。

5 结论

长期以来，小流域综合治理这条技术路线，在防治水土流失实践中受到了广泛好评，而小流域综合治理中采取的模式与技术，对其治理成效有着至关重要的作用。本次镇江市丹徒区石马小流域综合治理中选择的新型堆砌式生态挡土墙，外表美观、耐久性较好，施工方便快捷，改善了传统混凝土挡墙生硬、生态性不足的缺点，解决了砌石挡墙、石笼挡墙石材难以购买的难题，同时也在同期生态挡墙结构的基础上进行了改进，实施后显著提升了河道的景观效果，有效改善了当地的生态环境。新型堆砌式挡土墙在本次小流域综合治理工程中的成功应用，对类似工程具有一定的借鉴意义。