楊 帥 張慶林

（1.燈塔市澤霽自來水有限公司遼寧燈塔111000；2.遼陽市水利事務(wù)服務(wù)中心遼寧遼陽111000）

1 傳統(tǒng)護(hù)岸工程優(yōu)缺點(diǎn)

河道護(hù)岸工程是防治風(fēng)浪侵襲、避免河堤受水流沖刷所采取的工程措施。按結(jié)構(gòu)材料類型主要有沉排護(hù)岸、石籠護(hù)岸、柳石護(hù)岸、塊石護(hù)岸、混凝土塊護(hù)岸、草皮護(hù)岸、透水樁護(hù)岸、土工織物護(hù)岸等。

傳統(tǒng)太子河流域遼陽市段河道護(hù)岸工程主要以塊石護(hù)岸、柳石護(hù)岸、石籠護(hù)岸、沉排護(hù)岸等，具有取材方便、施工方法簡(jiǎn)單靈活、能夠適應(yīng)河床地形變形、能夠分期實(shí)施逐步加固等諸多優(yōu)點(diǎn)。

但是傳統(tǒng)的邊坡護(hù)岸方式，采用剛性材料護(hù)砌，耐久性差，護(hù)坡底部容易脫空，造成水土大量流失，護(hù)岸體無法進(jìn)行植草種樹、沿河兩側(cè)暗淡無色，缺少大自然饋贈(zèng)給人類的景色，不透水性導(dǎo)致對(duì)水土自然循環(huán)系統(tǒng)的破壞、從而使水質(zhì)逐步惡化。

2 連鎖式生態(tài)護(hù)坡磚簡(jiǎn)介及特點(diǎn)

連鎖式生態(tài)護(hù)坡磚是根據(jù)具體工程要求，一般采用高效S3 等水泥澆筑的預(yù)制鋪設(shè)的磚，強(qiáng)度一般為30 MPa，獨(dú)特的連鎖式設(shè)計(jì)，對(duì)于防止水浪沖刷具有非常好的整體穩(wěn)定性，每一塊護(hù)坡磚都非常完整四周環(huán)環(huán)相扣，異常牢固。

連鎖結(jié)構(gòu)的護(hù)坡磚，在鋪設(shè)完成后，磚孔中均可種植綠色植被或灌木等。在提高環(huán)境質(zhì)量的同時(shí)有效地提升了護(hù)坡與土層的鑲嵌結(jié)構(gòu)，真正起到了生態(tài)護(hù)坡的作用，防止水土流失。

3 連鎖式生態(tài)護(hù)坡磚工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程現(xiàn)狀及存在的問題

該工程護(hù)岸位于燈塔市西馬峰鎮(zhèn)新生村附近，太子河右岸，高速橋下游300 m 處，護(hù)岸長(zhǎng)度為450.0 m。該段河道較為曲折，岸坎近于直立。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘測(cè)，河道主河槽距右岸岸邊較近，河床比較平坦，該段河道比降1/800。該段護(hù)岸距離堤腳處35～70 m，用于保護(hù)灘地（在冊(cè)耕地）。經(jīng)過多年洪水沖刷，原址處主槽右岸邊坡已出現(xiàn)兌坡和坍塌現(xiàn)象，對(duì)保護(hù)耕地不利，且由于該處距離提防較近，也威脅著太子河堤防的安全，給城市段的防汛工作帶來了非常大的壓力（詳見整治段堤防現(xiàn)狀圖1、2）。

圖1 整治段堤防現(xiàn)狀圖

圖2 整治段堤防現(xiàn)狀圖

3.2 護(hù)岸工程設(shè)計(jì)

3.2.1 結(jié)構(gòu)形式

1）方案比選

護(hù)坡的結(jié)構(gòu)形式一般采用干砌石、漿砌石、混凝土預(yù)制塊、現(xiàn)澆混凝土板和混凝土模帶等，考慮到經(jīng)濟(jì)、安全、適用和生態(tài)的要求，決定采用連鎖式護(hù)坡磚。它是一種歐美國(guó)家現(xiàn)行使用的可人工安裝的新型連鎖式預(yù)制混凝土塊鋪面系統(tǒng)。由于采用連鎖式設(shè)計(jì)，使得鋪面系統(tǒng)在水流沖刷作用下具有較好的整體穩(wěn)定性，每塊護(hù)坡磚與周圍的6 塊護(hù)坡磚產(chǎn)生超強(qiáng)連鎖。同時(shí)，隨著植被在磚孔和磚縫中不斷生長(zhǎng)，一方面鋪面的穩(wěn)定性和耐久性將進(jìn)一步提高，另一方面起到增加植被、美化環(huán)境的作用（詳見連鎖式護(hù)坡磚護(hù)岸圖3、4）。

圖3 連鎖式護(hù)坡磚護(hù)岸圖

圖4 連鎖式護(hù)坡磚護(hù)岸圖

2）結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

（1）材料技術(shù)參數(shù)如下

抗壓強(qiáng)度：?jiǎn)螇K最小抗壓強(qiáng)度≥15 MPa

混凝土液相（PH）為8.5≤10

最大含堿量（kg/m3）≤2.20

水泥摻和量（質(zhì)量比）≤15%

吸水率為≤6.5%

抗凍性強(qiáng)度損失為≤20%

阻力系數(shù)n 的有效范圍是0.026～0.034

（2）結(jié)構(gòu)形式

本工程采用連鎖空心護(hù)坡磚護(hù)岸，下設(shè)土工布和0.1 m 厚天然砂礫墊層，主要是防止波浪抬起和岸坡太陡形成滑坡，護(hù)岸坡比1∶3。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）、護(hù)岸工程的上部護(hù)坡應(yīng)與灘面相平或略高于灘面，下部護(hù)腳采用漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)，為增強(qiáng)其穩(wěn)定性，水平坡腳采用4 m 寬鐵絲石籠進(jìn)行護(hù)底，石籠護(hù)腳尺寸為4 m（長(zhǎng)）×5 m（寬）×0.4 m（厚），格賓防護(hù)下設(shè)土工布。石籠采用8＃鍍鋅鐵絲編制，鐵絲網(wǎng)孔徑0.12 m×0.12 m，內(nèi)分兩層裝入塊石，其粒徑不小于0.2 m，網(wǎng)間用8#鍍鋅鐵線連接加固（詳見護(hù)岸斷面形式圖5）。

圖5 護(hù)岸斷面形式

3.2.2 護(hù)岸厚度計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）的規(guī)定，在波浪作用下，斜坡連鎖護(hù)坡磚的單個(gè)塊體的質(zhì)量Q及護(hù)面層厚度可按下式計(jì)算：

式中：Q——連鎖式生態(tài)護(hù)坡磚個(gè)體質(zhì)量，t，按照合格產(chǎn)品個(gè)體質(zhì)量確定，Q取值為0.025 t；

rb——連鎖式生態(tài)護(hù)坡磚的重度，kN/m3，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)值普通混凝土的重度19～25 KN/m3，rb取值為19 KN/m3；

r——水的重度，kN/m3，水的重度為9.8 kN/m3；

H——設(shè)計(jì)波高，m，平均波高與水深比值H/d＜0.3 時(shí)，宜采用H5%；H/d≥0.3 時(shí)，宜采用H13%，長(zhǎng)大鐵路橋上下游200 m 段平均波高為0.20 m，主河槽水深為8.77 m，H/d=0.02＜0.3，因此設(shè)計(jì)波高采用H5%；

KD——連鎖空心護(hù)坡磚穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)表D.3.2-1 塊石安防一層，KD取值為5.5；

m——斜坡坡率，根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求護(hù)坡坡率m取值為1∶3；

t——塊體護(hù)面層厚度，m；

n——護(hù)面塊體的層數(shù)，根據(jù)連鎖式生態(tài)護(hù)坡磚結(jié)構(gòu)特征，n取值為1；

c——系數(shù)，根據(jù)表D.3.2-2 塊石安防一層，c取值為1.35；

將各參數(shù)代入上式中，計(jì)算得t=0.11 m，護(hù)坡厚度取0.12 m 滿足護(hù)岸工程厚度要求。

3.2.3 護(hù)岸穩(wěn)定性計(jì)算

采用400 g/m2聚酯長(zhǎng)纖無紡布，無紡布與砂土的摩擦角為22°，坡比按最陡處考慮為1∶3，坡角為18.5°，則塊石護(hù)坡與無紡布沿堤坡滑動(dòng)的安全系數(shù)為：

K=（W×cosα×tgφ+cL）/（W×sinα）

式中：K——穩(wěn)定安全系數(shù)；

W——荷載，KN，根據(jù)荷載試驗(yàn)W取值為1 175 KN；

α——滑動(dòng)面的傾角，18.5°；

c——粘聚力，根據(jù)土質(zhì)查表α 取值為8 KPa；

φ——無紡布與土的摩擦角，粉細(xì)砂取28°、細(xì)砂取30°；

L——滑動(dòng)面長(zhǎng)，m，L取值為8 m；

將各參數(shù)代入上式中，計(jì)算得K=1.38～3.42，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范連鎖空心護(hù)坡磚與無紡布滿足堤坡抗滑要求。

3.2.4 護(hù)腳及護(hù)底設(shè)計(jì)

護(hù)腳采用漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)，要求石料質(zhì)地堅(jiān)硬，遇水不易水解和崩解，抗風(fēng)化，強(qiáng)度等級(jí)MU30，比重不小于2.5 t/m3。護(hù)底采用塊石粒徑應(yīng)大于鐵絲網(wǎng)眼尺寸，砌筑砂漿為M10。單箱石籠護(hù)腳尺寸為4 m（長(zhǎng)）×5 m（寬）×0.4 m（厚），且下面鋪設(shè)400 g/m2聚酯長(zhǎng)纖無紡布。

3.2.5 沖刷深度計(jì)算

本次設(shè)計(jì)采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）中局部沖刷深進(jìn)行沖刷計(jì)算，復(fù)核基礎(chǔ)埋深時(shí)計(jì)算沖刷深度應(yīng)采取50年一遇的設(shè)計(jì)水位進(jìn)行計(jì)算。沖刷深度計(jì)算斷面以沈大高速橋下游300 m 處為準(zhǔn)，該處河道較寬緩，主河槽寬度約120 m，兩側(cè)漫灘較淺，大水時(shí)大部分被淹沒，外側(cè)屬河流一級(jí)階地，地形平坦，邊坡較陡。

式中：hs——局部沖刷深度，m；

H0——沖刷處水深，m；

U——行近流速，m/s，取1.89 m/s；

Ucp——近岸垂線平均流速，m/s；

UC——泥沙起動(dòng)流速，m/s；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取n=1/4；

η——水流流速不均勻系數(shù)，取1.5；

γs——泥沙的容重，kN/m3，取2.65 kN/m3；

γ——水的容重，kN/m3，取9.8 kN/m3；

d50——床沙的中值粒徑，取0.38 mm。

沈大高速橋處河床質(zhì)為砂礫石，灘地多為壤土、細(xì)砂。砂礫石不沖流速為1.15 m/s，壤土、細(xì)砂不沖流速為0.21 m/s；發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，主槽處水深為8.77 m，流速為2.05 m/s，灘地水深為0.80 m，流速為0.85 m/s。

經(jīng)計(jì)算，發(fā)生設(shè)計(jì)洪水時(shí)主槽的沖刷深度為1.35m，堤腳所處位置灘地的沖刷深度為0.35 m，護(hù)腳基礎(chǔ)埋深1.55 m 在沖刷深度以下，滿足現(xiàn)有規(guī)范要求。

4 應(yīng)用效果

1）遼陽市太子河新生段護(hù)岸工程于2015年9月完成建設(shè)，到目前為止，整個(gè)河道面貌全然一新，岸坡均未出現(xiàn)任何松動(dòng)、脫落、開裂等缺陷，呈現(xiàn)出較好的安全態(tài)勢(shì)，同時(shí)具有良好的穩(wěn)定性。

2）連鎖式生態(tài)護(hù)坡磚預(yù)制單價(jià)每平米比傳統(tǒng)護(hù)岸工程較貴，但是，連鎖式生態(tài)護(hù)坡磚施工過程不需要砂漿，不需要機(jī)械，施工方便快捷，人工與機(jī)械費(fèi)明顯降低，工期明顯縮短。

5 結(jié)語

河道治理工程應(yīng)樹立生態(tài)發(fā)展理念，在設(shè)計(jì)、施工中要不斷創(chuàng)新探索使用新型生態(tài)環(huán)保材料[1]，促使河湖既能發(fā)揮防洪排澇等功效的同時(shí)，又能為各類植物生長(zhǎng)提供生長(zhǎng)空間。連鎖式生態(tài)護(hù)坡是生態(tài)護(hù)岸的新技術(shù)，通過在太子河遼陽市段治理中的應(yīng)用，促使連鎖式護(hù)坡磚護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量控制等技術(shù)不斷成熟，建議在此研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化河道護(hù)岸工程方案，探索和開發(fā)新型生態(tài)護(hù)岸形式，增強(qiáng)河道功能，實(shí)現(xiàn)河道護(hù)岸工程與生態(tài)環(huán)境和諧統(tǒng)一發(fā)展[1]。