復(fù)式緩坡斷面坡式護(hù)岸襯砌方案比選

王思瑞，印錫平，杜榮波，夏新波，梁鑫

（1.中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100160；2.中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024）

0 引言

傳統(tǒng)護(hù)坡技術(shù)大多采用干砌石、預(yù)制混凝土塊及現(xiàn)澆混凝土等剛性結(jié)構(gòu)[1]，這種剛性護(hù)坡結(jié)構(gòu)雖然能夠保證堤岸的穩(wěn)定性，但阻止了河道水體與自然界的物質(zhì)交換，對河流水質(zhì)、生態(tài)治理及周圍環(huán)境都會產(chǎn)生不利的影響[2～4]。隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的步伐越來越快，傳統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)已無法滿足生態(tài)發(fā)展的需要，生態(tài)護(hù)坡逐漸成為現(xiàn)在和未來護(hù)坡形式的發(fā)展趨勢及要求[5～6]，將植物與其他工程材料有機結(jié)合，形成具備防洪功能、生態(tài)功能、景觀功能為一體的多功能防護(hù)系統(tǒng)[6～7]。

本文以太平河綜合生態(tài)治理為背景，分析對比了聯(lián)鎖式混凝土預(yù)制塊、賓格石籠覆土襯砌、賓格石籠+節(jié)能（PET）土工固袋內(nèi)填土料襯砌及PCA蜂巢約束系統(tǒng)襯砌四種不同的襯砌方案，通過對其施工工藝及優(yōu)缺點的分析，希望能夠為同類工程坡式護(hù)岸襯砌方案的選擇提供一定的參考。

1 工程概況

太平河位于西安市西部，皂河的一級支流，自高新區(qū)市政箱涵出水口至入皂河口，為西安市城市排水系統(tǒng)中皂河排水系統(tǒng)的重要組成部分。太平河改造總長度為23.84km，項目整體包含水利工程、水生態(tài)工程及水質(zhì)提升工程，重點打造一條水清、岸綠、景美的城中河，打造構(gòu)筑“城市生態(tài)長廊”，創(chuàng)造“水、林、城”于一體的特色風(fēng)景線。按照生態(tài)自然、經(jīng)濟適用、滿足城市發(fā)展等要求，結(jié)合新建液壓壩蓄水范圍、高程以及現(xiàn)在河堤兩側(cè)的現(xiàn)有道路和建筑的不同情況，共劃分四種斷面形式，分別為非蓄水區(qū)緩坡梯形斷面、復(fù)式緩坡斷面、復(fù)式直墻斷面、復(fù)式直墻緩坡斷面，不同的斷面形式采用不同的護(hù)坡方案。

2 方案比選

根據(jù)分析計算，設(shè)計洪水情況下斷面平均流速一般為0.96 m/s～4.31m/s，超過了堤身材料的允許沖刷流速，因此必須對堤防進(jìn)行砌護(hù)處理，以減輕水流對堤身的淘刷破壞，確保堤防的安全。為滿足海綿城市的設(shè)計理念，本文提出了四種襯砌方案，分別進(jìn)行比選，從生態(tài)環(huán)保、柔性治水、綠色抗沖等多方面綜合選用合適的防沖襯砌方案，以滿足河道過洪要求。

2.1 聯(lián)鎖式混凝土預(yù)制塊襯砌

圖1 某工程聯(lián)鎖式預(yù)制混凝土塊護(hù)坡實例

聯(lián)鎖式混凝土預(yù)制塊襯砌是由一組尺寸、形狀和重量一致的預(yù)制混凝土塊組裝成的護(hù)坡形式。該方案采用廠制聯(lián)鎖式C20混凝土預(yù)制塊進(jìn)行襯砌，厚度為10cm，預(yù)制塊之間通過鎖扣連接形成整體，預(yù)制塊底部鋪設(shè)一層300g/cm2土工布進(jìn)行反濾，預(yù)制塊中的預(yù)留孔內(nèi)可在回填素土后種植綠化。

2.2 賓格石籠覆土襯砌

賓格石籠覆土襯砌是以格賓石籠為基礎(chǔ)，鋪設(shè)整齊后在賓格石籠表面覆土植草的一種生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，該方案采用30cm厚的格賓石籠（內(nèi)填70mm～150mm石料）進(jìn)行襯砌，底部鋪設(shè)一層300g/m2土工布進(jìn)行反濾，頂部鋪設(shè)0.3m厚素土進(jìn)行綠化。賓格石籠網(wǎng)是由抗腐蝕、高強度、有一定延展性的低碳鐵絲包裹PVC材料編制而成的鐵絲籠，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗變形能力強、延展性高、透水性強、施工速度快、可固結(jié)水土等特點，在滿足防洪護(hù)坡等基本功能的同時，可以與其他植物材料相結(jié)合，使河道水流能夠與其他基質(zhì)有效接觸，有利于生態(tài)恢復(fù)。

2.3 格賓石籠+節(jié)能（PET）土工固袋

圖3 某工程賓格石籠覆土襯砌實例

圖4 賓格石籠覆土襯砌做法示意圖

該方案將賓格石籠與土工固袋有效結(jié)合，在30cm厚的格賓石籠內(nèi)裝節(jié)能PET（即聚對苯二甲酸乙二醇酯）土工固袋，袋內(nèi)回填現(xiàn)場開挖土料，石籠底部鋪設(shè)一層300g/m2土工布進(jìn)行反濾，頂部鋪設(shè)0.2m厚素土進(jìn)行綠化。本方案用土工固袋代替格賓籠中的石料，解決了格賓石籠局部破損造成籠內(nèi)石材滑落影響按坡穩(wěn)定的問題，可有效提高施工安全性及支護(hù)穩(wěn)定性。

2.4 PCA蜂巢約束系統(tǒng)襯砌

PCA蜂巢約束系統(tǒng)由20cm厚PCA（聚酯/聚酰胺納米纖維分散于乙烯基質(zhì)內(nèi)形成的高分子材料）土工格室、連接件、錨桿、限位帽、回填土料等共同組成，形成整體防沖結(jié)構(gòu)，土工格室內(nèi)填種植土，底部鋪設(shè)一層300g/m2土工布進(jìn)行反濾。其中，土工格室是該系統(tǒng)的核心元件，用于約束和固定坡面淺層土體從而形成防護(hù)結(jié)構(gòu)層，同時可以起到一定的排水作用。鋪設(shè)于格室底部的土工布具有良好的導(dǎo)水性和表面附著力，可以在排水的同時截留固體顆粒。限位帽與錨桿配合將格室固定于坡面土體中，以防止巢室發(fā)生位移。

圖5 PCA蜂巢約束系統(tǒng)襯砌實例

圖6 PCA蜂巢約束系統(tǒng)襯砌做法示意圖

2.5 方案比選

以上四種襯砌方案的技術(shù)經(jīng)濟比較成果如表1所示。

襯砌方案對比分析表 表1

3 應(yīng)用實例

經(jīng)綜合分析，并結(jié)合本工程設(shè)計洪水流速情況，同時為保證生態(tài)河岸多樣性，本次工程確定迎水坡襯砌方案采用賓格石籠覆土襯砌和PCA蜂巢約束系統(tǒng)襯砌。在復(fù)式緩坡斷面，下部緩坡采用賓格石籠覆土襯砌，上部緩坡采用蜂巢約束系統(tǒng)襯砌。

3.1 施工工藝

3.1.1 PCA蜂巢約束系統(tǒng)襯砌

其施工程序：測量施工放樣→清坡清基、護(hù)腳齒槽開挖→護(hù)坡粘土防滲層回填→土工布鋪設(shè)→護(hù)腳混凝土→護(hù)坡PCA蜂巢格室鋪設(shè)。

①測量施工放樣

開挖施工前需進(jìn)行測量放樣，標(biāo)示出開挖邊線和位置，并用白灰或木樁標(biāo)示出開挖邊線。開挖面展開后，測量放樣建基面標(biāo)高，采用標(biāo)桿標(biāo)示，清坡修坡開挖利用坡度尺隨時控制邊坡坡度，有效控制坡面平整度，坡底坡腳線平行河道軸線，盡量順直。

②清坡清基

待測量放樣標(biāo)示出開挖區(qū)域后，進(jìn)行護(hù)坡覆蓋層清基土方開挖，覆蓋層開挖采用人工清理開挖區(qū)域內(nèi)的雜草雜物，清理范圍延伸至開挖線外側(cè)至少0.5m的距離。然后進(jìn)行30cm厚的清基土方開挖，清基土方開挖采用挖掘機配合人工進(jìn)行，清基土方的有用土料堆置到臨時堆放區(qū)集中堆放。雜草、垃圾、表層不合格土等采用人工配合推土機清理推至開挖區(qū)外，并由ZL50型裝載機裝車，20t自卸汽車運至棄渣場。

③護(hù)坡粘土防滲層回填

采用推土機、挖掘機等進(jìn)行填筑，以“薄填、慢駛、多次”的原則由里向外碾壓，碾輪路線需重合搭接，填方邊緣壓實不到之處采用人工蛙式夯實，每壓實一層后，用羊足碾等機械進(jìn)行表面拉毛，以利于結(jié)合，分層檢查結(jié)果合格后方可進(jìn)行下步施工。

④蜂巢格室鋪設(shè)

本工程采用的PCA蜂巢格室厚度20cm。

a.PCA蜂巢格室鋪設(shè)流程：安裝巢室組塊→放置填料→綠化種植。

b.安裝巢室組塊

由坡頂?shù)狡履_的施工順序，預(yù)先確定好單片巢室的鋪設(shè)中心線位置再行施工。使用長800mm的螺紋錨釬固定展開的巢室組塊四周及指定部位，錨釬通過限制帽固定在巢室壁上，錨釬長度可根據(jù)現(xiàn)場墊層情況而加長。將巢室塊順坡向下拉展到指定長度，相鄰兩塊側(cè)邊搭接部位用專用的連鍵通過巢室槽孔連接。

c.放置填料

當(dāng)全部錨固工作完成后，人工配合挖掘機按照從坡頂?shù)狡碌椎捻樞蚍胖锰盍?，填料放置要均勻且超出巢?cm，以便表面加固填充壓實，壓實不可過度。

d.綠化種植

根據(jù)后續(xù)綠化設(shè)計對格室進(jìn)行綠化施工。

3.1.2 賓格石籠覆土襯砌

施工流程：邊坡整形→反濾層鋪設(shè)→賓格石籠下籠、填料、封蓋→覆土→鋪草皮→養(yǎng)護(hù)。賓格石籠必須是國家認(rèn)證的合格產(chǎn)品，并出具產(chǎn)品合格證明。格賓石籠鋪設(shè)前，先將基面夯實并人工平整。選用質(zhì)地堅硬的大塊石料和河卵石為填料，石料規(guī)格應(yīng)不小于15cm，不得使用風(fēng)化石或尖角石料。

石料裝砌完后，經(jīng)檢查合格方可進(jìn)行覆蓋并用賓格綁扎，綁扎間距為30cm，使裝好石籠的格賓網(wǎng)緊密地裹在石料上，綁扎絲的斷頭應(yīng)向下插入格賓石籠的填石中，嚴(yán)禁向上露出過長。

3.2 應(yīng)用效果分析

堤岸防護(hù)作為太平河生態(tài)綜合整治項目中一項重要的工程，具有良好的社會效益、生態(tài)環(huán)境效益和顯著的經(jīng)濟效益，為加快區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、全面提高城市綜合實力、增強活力創(chuàng)造了良好的發(fā)展環(huán)境。

4 結(jié)論

本文從原材料來源及壽命、施工難易程度、抗沖能力、綠化效果及造價等四個方面，對比分析了聯(lián)鎖式預(yù)制混凝土塊襯砌、賓格石籠覆土襯砌、賓格石籠+PET土工固袋及PCA蜂巢約束系統(tǒng)襯砌等四種坡式護(hù)岸襯砌方案。經(jīng)綜合分析并結(jié)合本工程設(shè)計洪水流速情況，同時為保證生態(tài)河岸多樣性，本次工程確定迎水坡襯砌方案采用賓格石籠覆土襯砌和PCA蜂巢約束系統(tǒng)襯砌，在實際應(yīng)用過程中賓格石籠與蜂巢約束系統(tǒng)共同作用，固土保濕，既滿足了防洪抗沖等硬性防護(hù)要求，又促進(jìn)了太平河水域的生態(tài)恢復(fù)，達(dá)到了預(yù)期的效果。