羅日洪，黃錦林，葉合欣

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣州 510635；2.廣東省水利新材料與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，廣州 510635；3.廣東省水利水電技術(shù)中心，廣州 510635)

隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展，城市化程度不斷提高，城市建設(shè)過度硬化導(dǎo)致城市河道匯水情況發(fā)生較大變化，為快速排泄保障防洪安全，城市河道護岸普遍采用單一的兩邊直立式硬質(zhì)擋墻結(jié)構(gòu)[1]，硬質(zhì)擋墻使河流與河岸的生態(tài)系統(tǒng)隔離；另外，單一的硬質(zhì)直立式擋墻與自然和諧生態(tài)景觀不協(xié)調(diào)，因此，對城市河道直立硬質(zhì)擋墻的生態(tài)化改造技術(shù)進行研究具有重要的現(xiàn)實意義。

對于城市河道直立硬質(zhì)擋墻的生態(tài)化改造，一般有2種措施：一是拆除原有硬質(zhì)擋墻，采用生態(tài)形河流護岸，國外較早開展研究且較為廣泛地應(yīng)用到受損河道中[2]。城市已有的河道直立式擋墻護岸投資巨大，且具有使行洪排澇速度快、保護河岸穩(wěn)定、占地面積小、材料易獲取、施工較簡單等特點，因此，大規(guī)模拆除城市硬質(zhì)擋墻護岸，無論從經(jīng)濟、防洪安全和空間的角度看，代價巨大[3]。二是直接在硬質(zhì)擋墻表面上進行生態(tài)化改造，通過栽種植物或敷設(shè)天然材料等手段，使其具有一定的生態(tài)修復(fù)功能和景觀效果。李新芝等[4]結(jié)合城市直立擋墻實際，篩選5種適宜于直立硬質(zhì)河道護岸的改造技術(shù)；吳鳳環(huán)[5]利用蠔殼、竹片、椰殼纖維墊3種材料敷設(shè)在直立式砼護岸表面以研究其生態(tài)化改造效果；江潯等[6]研究了掛網(wǎng)鋪草皮、榮勛擋墻和植物護坡對城市傳統(tǒng)護岸的改造方案；李志華等[7]結(jié)合徐州市奎河提出了城區(qū)河道護岸改造的技術(shù)方案；袁以美等[8-10]提出了一種階梯式植綠生態(tài)擋墻，通過實際工程應(yīng)用，在擋墻臨水側(cè)形成全覆蓋的生態(tài)美景效果。以上研究為城市河道直立硬質(zhì)護岸生態(tài)化改造提供了思路，但也存在一定的局限，有些研究仍處于探索階段，不夠成熟，有些仍需拆除部分現(xiàn)有直立式擋墻，不夠經(jīng)濟，占地較大，且防護能力較低。本文提出了一種施工難度和破壞性都比較小的生態(tài)景觀改造方案，以較小的經(jīng)濟代價提高河道生態(tài)活力和營造河道生態(tài)景觀廊道，并以歐陽支涌廣州中學(xué)段為例，以期為相關(guān)工程提供參考。

1 城市河道直立硬質(zhì)擋墻改造原則

1)安全性原則

安全是城市河道護岸建設(shè)的首要目標，安全的內(nèi)涵既有保護河岸上的居民生命和財產(chǎn)及各類公共設(shè)施免受洪水威脅的防洪安全，也包括護岸本身的穩(wěn)定安全。對城市河道直立硬質(zhì)擋墻的改造首先應(yīng)符合安全性原則，不影響河道行洪，也不能影響擋墻自身的穩(wěn)定。

2)生態(tài)性原則

城市河道直立硬質(zhì)擋墻改造的主要目的是在確保安全的前提下，最大限度恢復(fù)硬質(zhì)河岸生態(tài)，同時改善河床生境，創(chuàng)造水生動物、植物生長空間，提高生物多樣性，使河道恢復(fù)一定的生態(tài)功能，達到與周邊整體生態(tài)相協(xié)調(diào)的目的。

3)景觀性原則

通過在城市河道直立硬質(zhì)擋墻創(chuàng)造植物生長空間，應(yīng)用不同植物的配置和布設(shè)美化河岸立面，形成河道景觀生態(tài)廊道，滿足人們對景觀美感需求，豐富市民生活休閑需求，對城市旅游及文化資源的開發(fā)也具有重要的意義。

4)可行性原則

城市河道直立硬質(zhì)擋墻生態(tài)改造所采用的技術(shù)應(yīng)具有施工難度較低、材料易獲取及造價較低的特點。依據(jù)現(xiàn)狀評價成果及周邊環(huán)境情況，提出的改造方案應(yīng)科學(xué)合理、切實可行。

2 城市河道直立硬質(zhì)擋墻改造技術(shù)

2.1 城市直立擋墻垂直綠化介紹

近年城市垂直綠化中普遍采用的板槽式、擺花式、模塊式、鋪貼式等4種結(jié)構(gòu)形式[11](見圖1所示)。

圖1 4種城市垂直綠化形式示意

這些結(jié)構(gòu)形式均需在墻面上安裝大型的金屬或混凝土支撐構(gòu)架，部件較多，不利于大規(guī)模城市河道直立擋墻改造，其中板槽式、鋪貼式種植槽空間太小，基質(zhì)少，植物的壽命不足；擺花式、模塊式和鋪貼式在植物只能橫向擺放，不利于生長；另外，鋪貼式還存在耐久性不足的問題，因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，對目前主流的改造技術(shù)存在的問題進行深入分析，并結(jié)合工程實際，提出城市河道直立硬質(zhì)擋墻錨固式和升降式改造技術(shù)。在不改變原有擋墻的前提下，主要通過在擋墻表面增加固定或可以升降的植綠設(shè)施，達到生態(tài)化改造的目的。

2.2 改造安全復(fù)核

根據(jù)安全性原則，在實施具體改造之前，應(yīng)對擋墻生態(tài)化改造后的穩(wěn)定性和植物設(shè)施的安全性進行計算。

2.2.1穩(wěn)定性復(fù)核

實施上述提出在擋墻表面增加固定或可以升降的植綠設(shè)施的改造技術(shù)，首先應(yīng)復(fù)核改造后擋墻的穩(wěn)定性，應(yīng)滿足SL 379—2007《水工擋土墻設(shè)計規(guī)范》的要求。

2.2.2錨固安全設(shè)計

首先制作植綠設(shè)施，即植物種植槽，種植槽宜采用高強度薄壁結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)材料，寬30 cm左右、深40 cm左右，能夠滿足所種植植物生長的空間需求。種植槽可固定在錨固于擋墻面的支承架上，也可直接錨固于擋墻面。錨固設(shè)計需滿足自重、抗風(fēng)荷載、抗水流沖刷、抗飄浮物撞擊、落水人員攀爬的要求，合理選用錨固形式，確保錨固安全。一般采用機械錨栓固定即可滿足要求，具體參照JGJ 145—2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》進行計算。

2.3 錨固式改造技術(shù)

2.3.1錨固支承式方案

先將支承架錨固于墻面，再將種植槽置于支承架上的方式(見圖2所示)。首先將開有卡座支承架錨固于擋墻上，將在苗圃實行批量化生產(chǎn)的種植槽運至現(xiàn)場，整體吊裝固定在支承架卡座上。種植槽植物的澆灌可以采用直接噴灌方式，有條件的地區(qū)可以鋪設(shè)滴管管道，以雨水或河水為來源，發(fā)展以太陽能為動力的綠色自動澆灌模式[12]。在植物配置方面，應(yīng)結(jié)合生態(tài)和景觀需求，每層植物根據(jù)需求選擇觀花類植物或觀葉類植物。后續(xù)維護時可以根據(jù)需要對種植槽及其植物進行整體更換。這種改造方式對河岸立面破壞小，且結(jié)構(gòu)簡單，具有施工難度小、后期維護方便、改造成本低等優(yōu)點，且可以迅速提升城市河岸生態(tài)和景觀屬性，達到恢復(fù)和提高河道生態(tài)和景觀活力的目的。

圖2 城市直立擋墻錨固式改造示意

2.3.2錨固模塊式方案

2.3.1節(jié)中改造方案需首先安裝支撐架，再種植植物，而且植物容易受上方種植槽阻擋，生長空間不足。為此，提出一種新型的城市河道直立擋墻改造技術(shù)，該改造技術(shù)基于模塊化技術(shù)，在以下方面進行優(yōu)化：

1)簡化支撐結(jié)構(gòu)，采用掛于墻頂?shù)墓羌苄问?，墻頂為主要受力區(qū)，減少在墻面上打孔，降低對原有擋墻的破壞，節(jié)省骨架材料，工程量更少，施工周期更短。

2)結(jié)合板槽式和鋪貼式的結(jié)構(gòu)優(yōu)點，利用該模塊化種植槽，可在苗圃集中種植植物(見圖3所示)，整體運輸?shù)浆F(xiàn)場安裝，大大降低施工難度，可以快速施工，而且降低了現(xiàn)場種植植物的維護工作。

圖3 基于模塊化新型種植槽的城市直立擋墻生態(tài)改造示意

2.4 升降式改造技術(shù)

2.4.1手動升降式改造方案

2.3.2節(jié)提出城市直立擋墻生態(tài)改造技術(shù)，在擋墻面上設(shè)置支承骨架，再放置植物種植槽。在遇到超標準洪水和更換植物需提起或放下時，均需用起吊工具，不利于管理和維護。因此，需考慮一種城市河岸擋墻立面可升降生態(tài)景觀裝置，借鑒類似折疊防盜門的伸縮機械結(jié)構(gòu)，并與螺桿的共同作用，設(shè)計了通過搖動螺桿就可以實現(xiàn)種植槽升降的城市直立擋墻生態(tài)改造裝置，該裝置遇到超標準洪水和更換植物需提起或放下時，不需吊車，可方便地對整個裝置和所種植的植物進行管理和維護(見圖4所示)，還可根據(jù)擋墻的高度增減固定柱的長度及放置板的層數(shù)。主要技術(shù)步驟如下：

圖4 可升降的城市河岸擋墻立面生態(tài)景觀裝置示意

1)帶導(dǎo)槽的2根固定柱安裝好固定塊，把固定塊通過螺栓固定安裝在河岸直立式擋墻面上。

2)固定柱頂部安裝了連接板和固定板。固定板上分別轉(zhuǎn)動套接2個轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸一端貫穿固定板并固定連接搖把，搖把與固定板間安裝有止動機構(gòu)。轉(zhuǎn)軸兩側(cè)分別通過螺紋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動套接滑板，滑板滑動卡接在連接板的滑槽內(nèi)。

3)滑板底部安裝伸縮桿，伸縮桿貫穿連接板并安裝限位桿，固定柱上滑動卡接放置板，放置板緊密壓在限位桿上。再根據(jù)景觀布局要求，把植物連盆放置于放置板上。

2.4.2自動升降式改造方案

2.4.1節(jié)所述手動升降改造方案機械連桿結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價比較高，施工難度較大，需手動控制，還需專門敷設(shè)澆灌管道。因此，需對其進行優(yōu)化，在結(jié)構(gòu)簡化的同時，使其能根據(jù)河道水位自動升降，并且具備免澆灌功能。該方案具有以下優(yōu)點：

1)與固定式進行組合，布置方式更加靈活。根據(jù)擋墻的情況，可以選擇升降式，也可以根據(jù)擋墻的高度和固定式進行靈活組合。如擋墻較高的情況下，可以采用多層的固定式和自動升降式進行組合。

2)結(jié)構(gòu)更加簡化，輕松實現(xiàn)自動升降。主要結(jié)構(gòu)為2根開槽的導(dǎo)軌和置于其中的滑動浮筒以及種植槽下方的借鑒船體能保持穩(wěn)定的V型浮筒。通過這些簡單的結(jié)構(gòu)，即可隨著水面漲落實現(xiàn)自動升降。浮筒大小應(yīng)根據(jù)整個可動重量進行計算，水面不得超過種植槽底部(見圖5所示)。

圖5 自動升降免澆灌的組合式城市河道直立擋墻改造示意

3)免澆灌，維護成本低。種植槽內(nèi)浮箱下表面設(shè)置有毛細管直通到種植槽內(nèi)，保持植物生長所需水分，無需另外架設(shè)澆灌管道和澆灌，后期維護成本降低。

2.5 植物配置

2.5.1植物配置原則

1)鄉(xiāng)土植物優(yōu)先原則：根據(jù)生境條件選用喜濕熱、耐水、耐旱且觀賞效果好的植物品種，保證生長效果及種植成本，從而加快場地的景觀構(gòu)架和生態(tài)恢復(fù)，突出地域特色。

2)生態(tài)多樣性原則：盡可能多地運用植物種類，以達到生態(tài)多樣性要求。充分考慮物種的生態(tài)學(xué)特征，合理選配植物種類，形成結(jié)構(gòu)合理、功能健全、種群穩(wěn)定的復(fù)層群落結(jié)構(gòu)。

3)以人為本原則：種植設(shè)計以人為本，營造適合人們在不同植物空間的心理感受。

4)景觀藝術(shù)原則：植物設(shè)計以審美為基礎(chǔ)進行藝術(shù)配置，形成令人心曠神怡的生態(tài)景觀，做到“源于自然，高于自然”。

2.5.2植物選擇

水面以下選用凈化水質(zhì)性能強的沉水類植物；河道選用挺水植物，具備耐淹、管理粗放、根系發(fā)達、抗水流沖刷特性；水面以上應(yīng)選用草本、木本混合配置，觀花種類與觀葉種類結(jié)合的植物，以保證景觀效果。所有花草樹木必須健康、新鮮、無病蟲害、無缺乏礦物質(zhì)癥狀，生長旺盛而不老化，樹皮無人為損傷或蟲害。

植綠生態(tài)擋墻水面以上的植物可在苗圃實行批量化生產(chǎn)，將其直接栽培在種植槽內(nèi)，需要時運至現(xiàn)場實行整體安裝或更換。

3 工程實例

3.1 工程概況

歐陽支涌地處廣州市華美路以西、廣州中學(xué)(鳳凰校區(qū))以南，上游發(fā)源地為柯木塱欖元水庫。由于局部段河涌未進行整治，局部河段淤積嚴重，歐陽支涌(廣州中學(xué)段)河道行洪斷面較小，行洪能力不滿足20年一遇防洪要求，且植被雜亂無章，水環(huán)境較差(見圖6所示)。為了完善、提升歐陽支涌(廣州中學(xué)段)防洪排澇能力和生態(tài)功能，對歐陽支涌(廣州中學(xué)段)主涌華美路涵洞出口至金融學(xué)院涵洞進口段及北涌進行整治。通過堤防整治提升區(qū)域防洪排澇能力，同時進行碧道建設(shè)，進一步增加公共空間投放，對區(qū)域內(nèi)綠化與原始植被進行梳理改造，美化及改善水岸沿線生態(tài)環(huán)境。

圖6 改造前的歐陽河涌(廣州中學(xué)段)

3.2 典型斷面改造設(shè)計

歐陽支涌(廣州中學(xué)段)整治工程在擋墻改造方面選擇前述錨固式直立擋墻改造技術(shù)對原有擋墻進行改造，擋墻上的種植槽可以種植灌木，而在河道內(nèi)以水生美人蕉、黃花鳶尾、千屈菜、梭魚草等開花水生植物營造生態(tài)自然的水體景觀，提升河流河岸生態(tài)環(huán)境和景觀，改造的典型設(shè)計斷面如圖7所示。

圖7 歐陽河涌(廣州中學(xué)段)直立擋墻生態(tài)改造典型設(shè)計斷面示意

3.3 改造后效果

首先防洪能力不足的河道得到了擴寬，且對淤積嚴重的河床進行清淤疏浚，河道過流能力更通暢，滿足20年一遇以上的防洪要求；然后通過生態(tài)改造，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，在河岸上設(shè)置多級階梯生態(tài)植草溝，最大限度地實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化目的；最后在原有河道直立硬質(zhì)擋墻面上錨固植物種植槽，在河道內(nèi)種植挺水植物等，考慮了不同植物的配置和生態(tài)景觀功能(見圖8所示)。不僅增加了河道和河岸的生態(tài)性，也提升了整體景觀效果，充分體現(xiàn)自然、生態(tài)的河道治理理念。

圖8 歐陽河涌(廣州中學(xué)段)直立擋墻生態(tài)改造后效果示意

4 結(jié)語

本著合理利用、避免大拆大建、增加生態(tài)性和景觀性的原則，結(jié)合前人研究，提出了相對經(jīng)濟可行的城市河道直立硬質(zhì)擋墻生態(tài)化改造的錨固式改造和升降式改造技術(shù)。提出城市河道直立硬質(zhì)擋墻生態(tài)化改造技術(shù)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，或采用具有更大空間的新形種植槽，或設(shè)計為手動升降和自動升降方式，不僅能保留城市河道原有擋墻的防洪能力和穩(wěn)定性，而且能迅速提升城市河岸生態(tài)和景觀屬性，達到恢復(fù)和提高河道生態(tài)和景觀活力的目的。最后通過具體工程實例，以某城市河道治理擋墻生態(tài)化改造后的效果說明了上述技術(shù)的科學(xué)性和可行性，以期為城市直立硬質(zhì)擋墻生態(tài)化改造提供參考。