綠濱墊在新賓縣河道治理工程中的應(yīng)用分析

張志國

(新賓滿族自治縣水務(wù)事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 撫順 113200)

1 河流概況

蘇子河屬渾河一級支流，呈東西走向，由東向西流經(jīng)紅升鄉(xiāng)、新賓鎮(zhèn)、城郊、夏園村、木奇鎮(zhèn)、下營子村、上夾河鎮(zhèn)、湯圖鄉(xiāng)等8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，最后流入渾河，河長119 km，流域面積2147 km2。蘇子河河床縱剖面比較陡峭，一般超過1.5‰，河岸線極不規(guī)則且平面形態(tài)復雜，河道匯流時間短，降雨強度和徑流系數(shù)大，洪水來的猛、落得快，峰高而尖瘦。由于受到河床形態(tài)影響水流非常紊亂，常出現(xiàn)旋渦、橫流、水躍等現(xiàn)象。

近幾年尤其是2010 年洪水后，蘇子河防洪工程損毀非常嚴重，暴露了蘇子河治理程度的嚴重不足。針對蘇子河現(xiàn)狀存在的問題，新賓縣水務(wù)局近幾年對蘇子河進行有效治理，護岸結(jié)構(gòu)形式也多樣化，有混凝土斜板墻、綠濱墊、混凝土直墻、生物防護等工程措施，部分重要城鎮(zhèn)和村屯河段達到了設(shè)計洪水標準。但是由于資金短缺，沒有全面系統(tǒng)治理，僅對重要城鎮(zhèn)和村屯進行治理，固濱籠護砌較少，防洪工程斷斷續(xù)續(xù)，沒有連續(xù)性，使工程不能完全發(fā)揮防洪作用，兩岸群眾生命財產(chǎn)安全仍得不到保障。因此，針對蘇子河防洪工程現(xiàn)狀及存在的問題，特別是作為大伙房輸水工程的輸水河道的重要性，實施河道綜合治理工程建設(shè)，提高沿岸城鎮(zhèn)及村屯、耕地的防洪標準，同時完善河道生態(tài)是十分必要的。

2021年根據(jù)蘇子河新賓縣段的防洪要求及防洪工程現(xiàn)狀存在的主要問題，確定水利提升工程的總體布置，主要為堤防工程、護岸工程、穿堤(交叉)建筑物等。為充分發(fā)揮水利提升工程效益，應(yīng)按照以人為本、和諧相處的原則，在安全與親水、生態(tài)與防洪、景觀與水利等方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在保證防洪前提下突出工程的生態(tài)性，通過治理逐步建成安全度較高的綜合防洪體系。

2 堤防加固設(shè)計

2.1 防護形式初選

在設(shè)計堤防斷面時，突出河流的自然特性選擇親水材料，盡可能減少占地和工程造價，在滿足《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)規(guī)定的前提下進行堤防斷面設(shè)計[1-3]。依據(jù)蘇子河現(xiàn)狀堤防形式，確定以砂礫石筑堤的土堤形式為基礎(chǔ)，針對不同的防護形式進行比選。

方案1：綠濱生態(tài)護坡型式堤防，堤身為均質(zhì)土堤結(jié)構(gòu)，采用砂礫料填筑，堤防設(shè)計頂寬3.0 m，迎水坡設(shè)計坡度為1∶2.5，背水坡度 1∶2.5。迎水坡堤腳至堤頂設(shè)置 0.4 m厚綠濱墊護坡，其上覆 0.3 m 厚清基土并鋪設(shè)草皮，其下鋪設(shè) 400 g/m2反濾土工布，以增加其抵御超標準洪水的能力。護腳采用 1.0 m×1.0 m 和 0.5 m×1.5 m 兩層固濱籠護腳。堤腳種植 3 排灌木，間距為 1.0 m。

方案2：混凝土板護坡型式堤防，頂寬 3.0 m，迎水坡 1∶2.5，背水坡 1∶2.5，堤防迎水坡采用 0.2 m 厚混凝土板防護，堤腳采用高 1.5 m，寬 0.5 m 的漿砌石護腳。堤腳種植 3 排灌木，間距為 1.0 m。

2.2 堤防方案比較

根據(jù)工程范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)條件、河道水流形態(tài)、建筑材料料場、儲量及工程要求等，經(jīng)綜合比較后確定堤型[4]。本研究選取一個典型斷面進行斷面設(shè)計，以單位長度分別計算各個方案的工程量和相應(yīng)投資，方案1、方案2的單位長度工程投資為3495元和3166元。對比兩種設(shè)計方案，方案1比方案2多329元，但方案1優(yōu)點明顯。因此，選擇方案1防護形式作為河道治理主要形式，堤型方案比較主要優(yōu)缺點如表1。

表1 堤防防護形式比選

2.3 綠濱護坡設(shè)計

2.3.1 綠濱墊

(1)生態(tài)網(wǎng)格綠濱墊技術(shù)要求。綠濱墊是利用機器編制的方式，將低碳鋼絲制成金屬網(wǎng)格，通過組合和填石構(gòu)成支擋防護結(jié)構(gòu)[5-8]。

①綠濱墊必須按照工程設(shè)計定位安置，采用掛線調(diào)整定位過程中的平整度。②將隔片、端網(wǎng)片與邊網(wǎng)片進行拉直，組裝過程中應(yīng)保證連接可靠且折縫準確。③間隔網(wǎng)與網(wǎng)身應(yīng)成 90°相交后，才可綁扎，每道綁扎應(yīng)使用扎絲雙股線并絞緊。④根據(jù)以下要求合理綁扎綠濱墊網(wǎng)身和間隔網(wǎng)：其一，分別對對網(wǎng)身和間隔網(wǎng)的交角綁扎1道；其二，對網(wǎng)身與間隔網(wǎng)交接處每隔200～250 mm綁扎1道。⑤在鋪設(shè)河床和岸坡過程中，應(yīng)沿垂直于或平行于水流方向布設(shè)隔片，在鋪設(shè)陡坡時必須按工程要求或距頂部網(wǎng)片2 m以下打入硬木樁。⑥根據(jù)以下要求進行封蓋施工：其一，砌壘整平面層石料；其二，每隔200～250 mm對間隔網(wǎng)間、網(wǎng)身與封蓋網(wǎng)相交邊框線綁扎一道。⑦對于壩下游護坦和水流可以直沖區(qū)，采用支撐鋼筋垂直布設(shè)于頂、底網(wǎng)片區(qū)間。⑧綠濱墊綁扎方式宜采用螺旋式纏繞或采用扣件綁扎，并應(yīng)符合設(shè)計要求。⑨對于護坡，一般利用模板固定，合理控制坡面頂順直度符合工程設(shè)計要求。⑩綠濱墊規(guī)格型號、網(wǎng)孔規(guī)格、鋼絲參數(shù)見表2。

表2 綠濱墊規(guī)格型號、網(wǎng)孔規(guī)格和鋼絲參數(shù)

(2)填筑石料要求。填充材料可以選用強度不低于MU30的卵石或塊石，必須符合不易碎且耐久性好的填料，其中值粒徑不宜超過 1.5D～2.0D 范圍，級配合理，填充后的孔隙率不超過30%。

(3)塊石粒徑設(shè)計。格賓石籠內(nèi)塊石粒徑設(shè)計參考《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 353—2013)進行計算，經(jīng)計算得格賓石籠護坡的填充塊石粒徑D=0.10 m，按規(guī)范填充塊石中值粒徑D≥0.15 m，本次設(shè)計取0.20 m。

(4)綠濱墊厚度設(shè)計。綠濱墊厚度設(shè)計參考《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進行計算，綠濱墊厚度計算結(jié)果為t=0.4 m，根據(jù)工程本地區(qū)工程經(jīng)驗和施工方便確定護坡防護厚度為0.4 m。

2.3.2 無紡布

無紡布作為石籠護坡反濾基礎(chǔ)對石籠護坡的穩(wěn)定和耐久性非常重要，根據(jù)工程經(jīng)驗，選定 400 g/m2無紡布作為石籠護坡反濾墊層。無紡布各項主要指標見表3。

表3 無紡布質(zhì)量指標

2.3.3 筑堤土料

砂礫料筑堤指標按照規(guī)范GB 50286—2013要求確定，本工程堤防級別為 4 級和 5 級，因此，砂礫料要求耐風化、水穩(wěn)定好，含泥量<5%；填筑標準按照相對密度控制，≥0.6。

2.4 植物栽植設(shè)計

栽植種類應(yīng)符合以下要求：使用當?shù)剡m生樹種，考慮區(qū)域具體情況栽植；選用的樹種要與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)；保障可視范圍景觀效果；迎水側(cè)選擇耐水濕、耐瘠薄土壤、固土能力強的適宜岸灘生長的灌木。

為更好地發(fā)揮植物的生態(tài)效益，形成美觀的沿河景觀生態(tài)帶，景觀樹木應(yīng)按照美觀的設(shè)計進行栽植，生態(tài)帶內(nèi)樹木按“品”字形栽植，本次坡面設(shè)計分單一樹種和兩種樹種波浪形交替種植兩種型式。結(jié)合土球直徑、土壤狀況及苗木根系特點合理確定植物穴大小，應(yīng)垂直下挖避免成鍋底形。著重考慮迎水灌木帶等立地條件差的區(qū)域，采取種植穴內(nèi)客土，保障樹木成活。

3 護岸工程設(shè)計

3.1 護岸形式初選

蘇子河河道整治的主要目的是控制現(xiàn)有彎道兌岸，防止水流沖刷岸坡，毀壞農(nóng)田，保護有限的土地資源。護岸工程布置以主要村屯及沿河農(nóng)田為主要保護目標，同時兼顧重要公路及鐵路安全。根據(jù)蘇子河河道特點，擬定3種護岸型式作為比選方案。

方案 1：綠濱墊生態(tài)護岸，堤身為均質(zhì)土堤結(jié)構(gòu)，采用砂礫料填筑，迎水坡采用0.4 m 厚綠濱墊護坡防護至現(xiàn)狀岸頂，其上覆 0.30 m 厚清基土并鋪設(shè)草皮，其下鋪設(shè)0.15 m 厚碎石墊層和 400 g/m2反濾土工布，以增加其抵御超標準洪水的能力；護腳采用 1 m×1 m 固濱籠，堤腳種植 3 排灌木，間距為 1 m。

方案 2：混凝土護坡護岸，頂寬 3.0 m，迎水坡坡比 1∶2.5，堤防迎水坡采用 0.2 m 厚混凝土板防護，堤腳采用高 1.4 m，寬 0.5 m 的漿砌石護腳，堤腳種植 3 排灌木，間距為 1.0 m。

方案 3：連鎖磚護坡護岸，頂寬 3.0 m，迎水坡坡比 1∶2.5，堤防迎水坡采用連鎖磚鋪設(shè)，下部鋪設(shè) 200 g/m2土工布和 100 mm 厚砂墊層，磚孔內(nèi)種植灌木，堤腳采用高1.4 m，寬 0.5 m 的漿砌石護腳，堤腳種植 3 排灌木，間距為 1.0 m。

3.2 護岸方案比較

研究選一個典型斷面進行斷面設(shè)計，以單位長度分別計算各個方案的工程量和相應(yīng)投資，方案 1 、方案2、方案3單位長度工程投資 2939.92 元、2424.80 元和2857.81 元。由于蘇子河河道形勢多變，各段護岸工程防護型式的選擇應(yīng)與上、下游及對岸已有防護工程相結(jié)合，盡量不擠占河道斷面，考慮施工條件并為城市景觀可持續(xù)發(fā)展預留足夠空間。因此，蘇子河護岸工程防護型式選擇方案 1 綠濱墊生態(tài)護岸，護岸形式主要優(yōu)缺點見表4。

表4 護岸防護形式比選

3.3 護岸高程與穩(wěn)定計算

護岸采用 10 a一遇洪水位作為設(shè)計水位，護岸頂高程防護至設(shè)計洪水位以上0.5 m，對于現(xiàn)狀河岸高于防護高程的河段，防護至設(shè)計防護高程；對于河岸不足防護高程段，按當前高程進行建設(shè)[9-11]。根據(jù)護岸的防護型式，對綠濱墊生態(tài)護坡護岸在滲流穩(wěn)定期及水位驟降期的邊坡穩(wěn)定進行計算，結(jié)合計算結(jié)果，各段護岸工程均能滿足抗滑穩(wěn)定要求，選取的護岸邊坡坡比可以用于工程建設(shè)。

新賓縣境內(nèi)河流眾多，尤其是中小河流面臨著嚴峻的治理形勢，在防護河岸的同時原有的漿砌石、混凝土等防護方法也阻斷了岸坡土體與水流的連通，對岸坡植被造成不利影響[12]，對河流中的魚蝦等生存空間造成一定破壞，不利于沿岸生態(tài)的修復與重建。綠濱墊新型材料的應(yīng)用具有顯著的工程實踐效果，可以解決傳統(tǒng)施工工藝存在的問題，隨著自然環(huán)境和生態(tài)保護重視程度的提升，在中小河流治理中綠濱墊的推廣應(yīng)用前景非常廣泛。

4 結(jié) 論

在中小河流治理中，堤防和護坡既要保證排澇、防洪等基本功能，還要符合生態(tài)景觀等功能要求。本文以新賓縣蘇子河水利提升工程為例，通過比選研究生態(tài)堤防及護岸工程形式，結(jié)合工程實際和河流特征提出具體設(shè)計方案，可以為新賓縣河道生態(tài)治理方案設(shè)計和優(yōu)選提供一定支持。采用文中設(shè)計方案提升改造后，經(jīng)一年多運行該工程表現(xiàn)出良好的安全性，并取得顯著的生態(tài)景觀效果。當然，我國生態(tài)護坡研究還處于初期探索階段，未來仍需結(jié)合實際情況進一步研究，為實現(xiàn)生態(tài)化河道綜合治理提供技術(shù)支持。