張玉清，宓永寧，王鐵良，徐 鋒

（1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，沈陽(yáng)110866；2.遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng)110006）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民群眾生活水平的提高，人們對(duì)水環(huán)境的要求也越來(lái)越高。河道已不僅僅具有“泄洪、排澇、蓄水、引清、航運(yùn)”等水道的基本功能，而且還具有“景觀、旅游、生態(tài)、對(duì)周邊環(huán)境的呼應(yīng)”等功能，人們渴望見(jiàn)到水清天藍(lán)、綠樹(shù)夾岸、魚(yú)蝦洞游的河道生態(tài)景觀［1－2］。河道護(hù)坡是保證堤防安全的重要單元，也是堤防除險(xiǎn)加固工程建設(shè)中的重要內(nèi)容，所占投資比例也很大［3］。傳統(tǒng)的護(hù)坡形式應(yīng)用比較廣泛的有現(xiàn)澆混凝土、瀝青混凝土、漿砌塊石、獨(dú)立混凝土塊石鋪面、泥灰土等做成的防侵蝕護(hù)面等［4－5］。這些形式的護(hù)坡往往片面強(qiáng)調(diào)河道的防洪、引水、排澇、蓄水和航運(yùn)等功能，一定程度上改變了生態(tài)環(huán)境，對(duì)人居環(huán)境有一定的負(fù)面作用。國(guó)內(nèi)城市的河道整治工程中，片面強(qiáng)調(diào)河流的防洪功能，大量建設(shè)鋼筋混凝土、塊石等直立式護(hù)岸和混凝土塊護(hù)坡，河流完全被人工化和渠道化，影響了河流的生態(tài)特征和功能，破壞了自然與環(huán)境的和諧統(tǒng)一［6－7］。在護(hù)坡防護(hù)方面，僅從滿(mǎn)足河道護(hù)坡穩(wěn)定性和河道行洪排澇功能的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，很少考慮對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響［8］，并且常常忽視了對(duì)已完成的生態(tài)護(hù)坡工程進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)或工程后評(píng)估，對(duì)其發(fā)展動(dòng)態(tài)和水土保持功能認(rèn)識(shí)不足［9－11］。因此，在有些堤防和護(hù)坡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，開(kāi)始考慮環(huán)境的因素。為了適應(yīng)這種新形勢(shì)的需要，河道整治中的河道護(hù)坡技術(shù)也應(yīng)由原來(lái)的純工程性措施逐步向生態(tài)型護(hù)坡技術(shù)發(fā)展［12］。為此，本文以實(shí)際工程－沈陽(yáng)鳥(niǎo)島公園河道鉸接式混凝土砌塊護(hù)坡為例，探討河道生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)新方法，從而為城市河道傳統(tǒng)護(hù)坡向生態(tài)護(hù)坡轉(zhuǎn)化提供參考。

1 工程概況

沈陽(yáng)鳥(niǎo)島公園位于棋盤(pán)山開(kāi)發(fā)區(qū)渾河段，沈陽(yáng)市渾河城區(qū)段上游，北岸與渾北壩相接，南岸與干河子壩相接，渾北壩與干河子壩間為河心島，島面積約0.8 km2，周邊長(zhǎng)約3 500m，島上有魚(yú)塘和部分建筑物，是2006年沈陽(yáng)“世園會(huì)”的重要組成部分。鳥(niǎo)島位置如圖1所示。

由于2005年發(fā)大水，致使鳥(niǎo)島北岸與渾北壩相接部位近100萬(wàn)m3的土方隨渾北壩一起水毀，同時(shí)島周?chē)懈善鍪o(hù)坡紛紛脫落，島上面積大大縮減。此時(shí)距2006年沈陽(yáng)“世園會(huì)”開(kāi)園的時(shí)間僅有半年多的時(shí)間，根據(jù)棋盤(pán)山開(kāi)發(fā)區(qū)委會(huì)的要求：為保護(hù)渾河鳥(niǎo)島環(huán)境，提高鳥(niǎo)島邊坡抗沖刷能力，需對(duì)鳥(niǎo)島護(hù)坡重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且護(hù)坡工程四周的護(hù)坡形式須考慮景觀效益，護(hù)坡形式不得減少現(xiàn)有島上面積，施工工期不能太長(zhǎng)，進(jìn)度要快?；谝陨弦蛩睾团c其他護(hù)坡方式比較，最終選定使用鉸接式混凝土砌塊護(hù)坡。

圖1 鳥(niǎo)島位置圖

2 鉸接式混凝土砌塊護(hù)坡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 砌塊的生產(chǎn)

砌塊是由細(xì)石混凝土經(jīng)混凝土成型機(jī)振動(dòng)加壓制成，具有密實(shí)度好、強(qiáng)度高、抗沖擊能力強(qiáng)、抗凍、抗腐蝕、持久耐用等優(yōu)點(diǎn)。鉸接式混凝土砌塊是一種柔性結(jié)構(gòu)的生態(tài)護(hù)坡保護(hù)系統(tǒng)，生產(chǎn)養(yǎng)護(hù)28d后出廠時(shí)必須達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的強(qiáng)度、容重、抗凍等級(jí)及含水率等技術(shù)指標(biāo)。

鳥(niǎo)島周邊護(hù)坡采用鉸接式混凝土砌塊護(hù)坡，砌塊采用空心砌塊和實(shí)心砌塊兩種，強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為C25F200。鉸接式混凝土空心砌塊單塊重量應(yīng)不低于45kg，實(shí)心砌塊單塊重量應(yīng)不低于55kg，用直徑為8mm的鍍鋅鋼絞線(xiàn)將砌塊連接起來(lái)，并且單根鋼絞線(xiàn)最小應(yīng)力不小于500MPa。鉸接式混凝土砌塊主要應(yīng)用在河流的坡岸，沿整個(gè)鳥(niǎo)島四周鋪設(shè)，并且在坡面上半部分的砌塊空心部分和砌塊之間縫隙植草，防止水土流失。用于沈陽(yáng)市鳥(niǎo)島公園護(hù)坡工程的鉸接式混凝土砌塊規(guī)格如圖2所示。

圖2 空心砌塊和實(shí)心砌塊規(guī)格

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鉸接式混凝土砌塊護(hù)坡采用的是高性能的塊體，塊體之間通過(guò)相互聯(lián)鎖，形成一個(gè)整體來(lái)抵抗水流的沖刷，塊體之間允許有適當(dāng)?shù)奈灰坪妥冃?，從而使該種鋪面護(hù)坡系統(tǒng)具有高度的地形適應(yīng)性，使護(hù)坡系統(tǒng)能夠適應(yīng)地形和地貌的變化。

在混凝土砌塊上“開(kāi)孔”，有利于水中植物生長(zhǎng)、地下水供給。不同開(kāi)孔率、塊形、強(qiáng)度、水下重量，分別適應(yīng)不同的水文、氣候、地質(zhì)條件以及施工方法。

2.3 鋪設(shè)施工工藝

（1）裝卸、運(yùn)輸時(shí)要輕拿輕放，車(chē)上擺放時(shí)應(yīng)把砌塊立起來(lái)，這樣能減少運(yùn)輸過(guò)程中造成的破損；運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)堆放在比較平整的場(chǎng)地，高度不能大于1m。

（2）放坡、找平。先把要鋪設(shè)的基面按設(shè)計(jì)坡度找平、夯實(shí)，一般10～15m為一段，掛線(xiàn)、用水平儀上下找平；按照設(shè)計(jì)邊坡坡度要求進(jìn)行邊坡基面處理，清除雜草、樹(shù)根、突出物，對(duì)于較大的突出物或深坑用推土機(jī)先初步推平，最終使邊坡表面平整、密實(shí)，并符合設(shè)計(jì)邊坡要求。若基層夯實(shí)、找平處理的不好，會(huì)直接影響混凝土砌塊的鋪設(shè)質(zhì)量與施工速度。

（3）已完成的基礎(chǔ)面上鋪設(shè)級(jí)配良好的砂礫料，鋪設(shè)厚度由設(shè)計(jì)而定。在砂礫料上鋪土工布。土工布要求如下：首先應(yīng)清除地面一切可能損傷土工布的帶尖棱硬物，填平坑凹，平整土面，或修好坡面；為防止土工布被刺破，應(yīng)先鋪厚度為10cm的砂礫料，平整后再鋪土工布；優(yōu)選土工布、機(jī)織土工布，不得選用編織土工布；土工布采用單位面積質(zhì)量為500g／m2的長(zhǎng)絲土工布，抗拉強(qiáng)度不宜小于6kN／m2，幅寬6 m；土工布鋪設(shè)應(yīng)力求平順，松緊適度，放2%的伸縮量，不得繃?yán)^(guò)緊；土工布應(yīng)與土面密貼，不得留孔隙；發(fā)現(xiàn)土工布有破損，應(yīng)立即修補(bǔ)或更換；相鄰織物塊采用搭接，搭接寬度不小于50cm；鋪設(shè)工人應(yīng)穿軟底鞋，以免損傷土工布，不得在土工布上行車(chē)或堆放重物；坡面上鋪設(shè)宜自下而上進(jìn)行。

（4）鋪設(shè)混凝土砌塊從下向上鋪設(shè)，確定第一塊鉸接式混凝土砌塊位置后，用經(jīng)緯儀作出垂直、平行水流方向兩條線(xiàn)，用水準(zhǔn)儀找平，掛線(xiàn)開(kāi)始鋪設(shè)。

（5）本工程設(shè)計(jì)混凝土砌塊下邊沿要先做漿砌石護(hù)腳，漿砌石護(hù)腳頂端預(yù)留一根直徑20mm插筋，埋入深度70cm，出露長(zhǎng)度20cm，間距100cm，如圖3（a）。鋪設(shè)第一塊砌塊后，還要連接鋼絞線(xiàn)，兩端用絞索套（或卡扣）將鋼絞線(xiàn)連接，連接方法如圖4，混凝土砌塊與壓重混凝土連接；土工布伸入漿砌石護(hù)腳邊緣150mm。

（6）混凝土砌塊鋪設(shè)到河岸一多半高度時(shí)，做一橫向20cm左右的砂漿伸縮帶?；炷疗鰤K鋪設(shè)到頂端時(shí)，還要多鋪設(shè)兩塊砌塊，在砌塊末端將鋼索用卡扣鎖緊，澆注在壓重混凝土中，如圖3（b）。

（7）本工程鉸接式混凝土砌塊鋪設(shè)寬度10～15 m，上邊運(yùn)到下邊距離較長(zhǎng)，可以把混凝土砌塊放到木板上，滑到下邊，可以減少運(yùn)距，加快鋪設(shè)速度。

（8）混凝土砌塊鋪設(shè)完以后，用干砂填充混凝土砌塊之間的接縫，這樣在外力作用下，砂的摩擦可使鉸接式混凝土砌塊連成整體。

3 效益分析

3.1 水土保持效益

根據(jù)本護(hù)坡的特點(diǎn)和護(hù)坡的地形走勢(shì)，在壩上共布置13個(gè)點(diǎn)作為代表性的觀測(cè)點(diǎn)，具體觀測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示。

圖3 坡腳和坡頂鋪筑形式

圖4 絞索連接方式

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置示意圖

護(hù)坡工程2006年6月完成后，隨后對(duì)護(hù)坡工程進(jìn)行了常規(guī)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，調(diào)查頻率為每年4次（春夏秋冬每季一次）。記錄各點(diǎn)的坐標(biāo)值，與設(shè)置相對(duì)坐標(biāo)的差值來(lái)監(jiān)測(cè)各點(diǎn)的位移量，探討其水土保持效益。各點(diǎn)3a來(lái)平均位移量見(jiàn)表1。

表1 各點(diǎn)位移平均值

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，在垂直于坡面的方向上，沒(méi)有較大的坍陷，坡腳也沒(méi)有破壞，因此沒(méi)有水土流失。而以前的傳統(tǒng)護(hù)坡，在2005年的大水沖擊下，護(hù)坡被沖毀，造成嚴(yán)重的水土流失，護(hù)坡?lián)p失上百萬(wàn)立方米的土量。

3.2 生態(tài)景觀效益

鉸接式混凝土砌塊鋪設(shè)在土工布的基面上，隨著植被在砌塊孔和砌塊縫中生長(zhǎng)，植物根莖對(duì)鋪面結(jié)構(gòu)起到了潛在的加固作用，鋪面的耐久性和穩(wěn)定性將進(jìn)一步提高，孔隙部分一方面起到滲水、排水作用，另一方面起到增加植被，美化環(huán)境的作用。未淹沒(méi)的坡面（24 000m2）為開(kāi)孔的砌塊，開(kāi)孔處和磚塊縫隙間可種花草和樹(shù)叢，綠化面積超過(guò)總面積的一半以上。同時(shí)鳥(niǎo)島現(xiàn)已建成收費(fèi)公園，護(hù)岸形式體現(xiàn)了生態(tài)特色，景色秀美，游人不斷，社會(huì)效益十分顯著。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

從施工方面來(lái)說(shuō)，方便施工，無(wú)須熟練施工人員和大型機(jī)械設(shè)備，不受其它外界條件控制，雨季也可施工，節(jié)省施工時(shí)間。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況一般工人平均每天可鋪設(shè)砌塊60～100m2（包括鋪設(shè)土工布等），而混凝土面板每天鋪設(shè)60～100m2則需要20名工人（包括混凝土攪拌、振搗、澆筑、支模、分縫等）；從成本來(lái)說(shuō)，鉸接式混凝土砌塊每1m2需25元，而相同厚度的混凝土面板每1m2需45～50元，兩者相比之下，前者更具有經(jīng)濟(jì)效益。以63 000m2護(hù)坡計(jì)，工程直接投資至少可節(jié)省1 260萬(wàn)元。

本工程2006年竣工后，整個(gè)護(hù)坡運(yùn)行3a多的時(shí)間，沒(méi)有發(fā)生損壞和塌陷；從布置的不同觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)值來(lái)分析，整個(gè)坡體變形不大；因此本護(hù)坡運(yùn)行良好，基本上不用維護(hù)。相對(duì)于其他傳統(tǒng)護(hù)坡來(lái)說(shuō)，在運(yùn)行和維護(hù)方面都簡(jiǎn)單方便，而且還節(jié)約資金。

4 結(jié)論

（1）鉸接式混凝土砌塊護(hù)坡具有簡(jiǎn)單易行、施工效率高、各項(xiàng)性能指標(biāo)易于控制、整體美觀、施工質(zhì)量易于保證等特點(diǎn)，特別適用于工期較短的工程，是一種很好的護(hù)坡方式。

（2）護(hù)坡工程完成后進(jìn)行了近3a的連續(xù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，水土保持效益明顯，節(jié)省了土地資源，又能滿(mǎn)足綠化要求，增加景觀效益，并且較其他護(hù)坡形式節(jié)省了投資和后期維護(hù)費(fèi)用，具有很好的推廣價(jià)值。

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