自嵌式生态挡墙在生态护岸中的应用与推广

潘 晓 东

(江苏中设集团股份有限公司，江苏 无锡 214000)

1 自嵌式生态挡墙研究现状及发展趋势

自嵌式加筋挡土结构和加筋土的概念实际上非常古老，巴比伦塔建筑于2500年～3000年前，已经使用了自嵌式加筋挡土结构；中国古长城采用的柳条、发丝加筋的粘土与砾土混合土结构，则是加筋土结构在古老中国的实践。因此，现在使用的混凝土自嵌式加筋挡土墙块体和土工合成材料加筋可以认为是经历了长时期建筑技术考验的一种科学的系统。

自嵌式混凝土挡土块诞生于1960年，1965年法国首次用加筋土成功地修建了现代意义上的全球第一座加筋挡土墙。近年来加筋土技术在工程上已经得到迅猛发展，自嵌式生态挡墙是在加筋土挡墙力学原理的基础上，充分考虑生态、环保、美观、经济等多种因素，开发出来的一种新型挡土结构，自嵌块采用高强低碱混凝土预制。国外明确推广应用自嵌式加筋挡土结构系统大约开始于1984年。

为防止洪涝灾害，我国城市河流以往大多采用浆砌石料构建人工河堤，这种河堤隔断了河水与两岸土壤的联系，使河流变成水巷，降低河流的自净能力，造成诸多的负面环境效应，因此，人类的筑堤活动导致径流生存空间整体发生畸变，其结构和功能发生与原有的稳定状态或演化方向相反的位移，引起水环境质量下降，不利于人类的生存。

生态护岸是指恢复后的自然河岸或具有自然河岸“可渗透性”的人工护岸。它具有渗透性可以充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调节功能，同时具有滞洪补枯、调节水位的作用，具有一定的抗洪强度。生态护岸上的大量植被具有涵蓄水分保持水土的作用充分发挥了土壤的天然的蓄洪区的能力。

自嵌式挡墙具有天然河岸的优势，又克服了人工护岸的缺点，由于自嵌式植生挡土块不用水泥砂浆，整个墙体具有透水性，发挥了生态护岸的作用，其渗透性利于水体交换；挡土块间隙构成了一个天然的过滤器，起到一定的净化水质的作用；在原材料的选用上，用的是低碱水泥，而且在产品压制成型过程中添加了木质醋酸纤维，可与水泥的碱性相中和，可使墙体周边环境趋于中性，有利于水生动植物的存活。

保护和改善生产环境与生态环境、防治污染和其他公害,是我国的一项基本国策，自嵌式生态挡墙在生态护岸中的应用越来越受到人们的重视和关注，已广泛应用于河堤等临水工程护岸整治和防护。

2 自嵌式生态挡墙在河道护岸整治中的应用案例分析

由于国内工程领域中自嵌式加筋挡土结构的应用刚刚处于起步阶段，目前在设计规范和施工指南方面都还是一个空白，急需统一标准便于更好地指导设计、施工。本次结合工程成功案例来探索生态挡墙在设计、施工等方面的关键性技术要点。

江西某河道护岸整治，全线驳岸布设直立式护岸，直立式护岸设置景观栏杆，全线采用自嵌式生态挡墙，长为2.578 km，高3.5 m～3.6 m。中央景观带宽26 m，河道水面宽不小于12 m，河底坡度-0.02%，水流速度1.4 m/s(见图1)。

自嵌式生态挡土墙是一种新型的拟重力式结构，它主要依靠挡土块块体、反滤土工布包裹、土工格栅和填土构成的复合体自重来抵抗动静荷载，达到稳定的作用。此结构无需砂浆施工，依靠块与块之间嵌固作用、土工格栅的联接作用、墙身重量和加筋土重量来防止滑动和倾覆失稳。自嵌式挡墙设计前需查明现场工程地质、地形地貌、水文情况，然后拟定结构形式和材料参数进行内外部及局部结构稳定性验算，其中外部稳定性验算主要包括抗滑、抗倾覆、地基承载力计算，内部稳定性验算主要包括最小拉筋网层数的确定和布置、加筋网片承载力、加筋网片拉结能力、内部滑移计算，局部稳定性验算主要包括拉筋网与挡土块之间的连接强度、挡土块之间的抗剪强度、顶部无加筋挡土块的抗倾覆计算。

设计依据的主要规范为JTG D30—2015公路路基设计规范、GB/T 50290—2014土工合成材料应用技术规范。

表1 地基土层岩土工程性质参数一览表

本次设计挡墙底标高为55.522～55.78，基础底标高54.522～54.78，基础位于粉质黏土层，该土层地基容许承载力值为180 kPa(见表1)，材料要求如下：

1)基槽开挖完成夯实后铺碎石垫层，自嵌式挡土块块体采用专业厂家干法压制成型高强、高密度混凝土预制块，强度等级大于MU30。

2)基础采用C25混凝土浇筑，地基承载要求大于180 kPa，若是有低液限粉土淤泥质土时需对地基土进行置换，抛石或灰土进行强夯处理。深度较大时亦可采用静压木桩做支撑处理，并采用钢筋混凝土基础，配筋参照基础配筋规范执行。

3)滤水层骨料：级配碎石填充于墙体和回填土之间，碎石充填宽度为50 cm(从块体大孔前端计算)，碎石粒径要求16 mm～40 mm连续级配。

4)玻璃纤维格栅强度要求，双向80 kN；土工布采用250 g/m2以上长纤反滤土工布，玻璃纤维复合锚固棒直径10 mm，横向弯曲强度大于50 MPa。

5)回填材料应优先选用粒状土，选用粘性土时含水量在最佳含水量±2%左右，压实度需达90%以上，加筋土顶层用不透水性黏土等夯实，夯压实度需达92%以上。

通过挡墙软件计算分析：内部稳定性验算，单个筋带节点抗拔稳定、筋带截面抗拉强度及全墙抗拔均满足规范要求；外部稳定性验算，抗滑稳定性、抗倾覆稳定性及地基承载力均满足规范要求。内部稳定性验算采用应力分析法，单个筋带结点抗拔稳定满足:拉力设计值=0.373≤1.408 kN，筋带截面抗拉强度验算满足:拉力设计值=1.267≤2.560 kN，全墙抗拔验算满足:最小安全系数=6.978≥2.000,外部稳定性验算：滑动稳定性验算，滑移验算满足:Kc=1.579>1.300;倾覆稳定性验算，倾覆验算满足:K0=5.512>1.500；地基应力及偏心距验算，作用于基底的合力偏心距验算满足:e=0.081≤0.167×3.000=0.500 m，墙趾处地基承载力验算满足:压应力=99.358≤180.000 kPa，墙踵处地基承载力验算满足:压应力=71.682≤180.000 kPa,地基平均承载力验算满足:压应力=85.520≤180.000 kPa。

这种柔性挡墙对施工要求比较高，必须严格按照施工流程和施工工艺，严格做好每一道工序和控制好每一个环节，应环环相扣，一环扣一环，必须使块体、锚固棒、土工格栅与回填土形成整体，以及严格做好封水和排水施工，另外材料性能指标要严格满足设计要求，只有这样才能确保工程质量。

3 自嵌式挡墙施工工艺流程

3.1 测量放线及场地清理

确定工程的实际工作量，工作人员及时做好场地的清理工作，同时做好统计工作，并登记在册。

3.2 土方开挖

按照工程的实际要求，施工人员开始进行开挖工作。

3.3 基础工作

施工人员必须充分了解现场的实际情况，只有现场的各项要求达到规定的标准以后，才可以继续进行下一步工作，否则不能开工。

3.4 第一层自嵌块安装

按照现场的实际情况，与设计要求相比，第一层自嵌块应放置在固定的位置上，不能随意改变它的摆放位置，必须保证第一层的后沿切割平整，工作人员一定要及时检查自嵌块的水平度和平直度。只有墙体的施工质量能够达到规定要求，才能继续往下进行。第一层自嵌块的摆放位置是非常重要的，不能摆放在靠近中间的位置。技术人员应该及时检查现场的实际情况，按照墙体的实际情况摆放自嵌块。当然，技术人员也可以根据现场的实际情况做出一些调整，比如临时调整摆放的位置，可以随时进行调整位置，如果摆放的位置不是最佳的地方，则需要将自嵌块进行相应的移动；在移动的过程中，移动的范围不能过大，需要根据现场的情况进行相应的处理，以保证第一层自嵌块能够顺利地安装。

3.5 工艺流程

1)安装完第一层自嵌块以后，需要对其进行第一层填土施工。2)施工人员及时在土工格栅上铺设土工布。a.必须及时保证施工材料能够按时到达现场，监理人员在现场马上确认材料是否达到相应的技术标准，如果发现材料没有达到相应的技术标准或是设计达不到相应的技术要求，则不能继续使用。b.技术人员按照现场的图纸进行施工，在施工的过程中，土工格栅搭接长度不能过长，一般情况下不超过10 cm；摆放时需要考虑到尾部的实际情况，摆放好土工格栅后，及时放置回填土以及级配碎石，并保证每层填土的厚度不能太厚，在土体回填的过程中，一定不能对土工格栅造成严重的破坏。3)回填土施工。a.填料：在填料的过程中，不能使用透水性不良的土体，并且保证其中不能含有有机杂质。b.每铺完一层土工格栅及时进行一次填筑。严格规定现场车辆的进出时间，无关的车辆不能随意进出现场，防止对土工格栅造成不必要的破坏。c.压实度检测：可以采用两种不同的方法进行检测，比如灌砂法和K30。检测频率可以分为两种情况：距面板1 m范围内，每一压实层每200延米不少于6个点。距离面板1 m以外，每一压实层每50延米不能少于3个测点。4)安装自嵌块，碎石层的厚度不能小于60 cm，并且保证自嵌块之间的空隙是全部填满的。5)施工顺序从下往上进行的，在这个过程中需要注意现场的实际情况，并根据情况进行调整。6)压顶帽石及墙体顶部施工。严格按照设计的要求,顶层的墙体安装完自嵌块以后，需要用砂浆继续找平，直到全部找平以后，才可以继续进行。7)需要按照事先规定的顺序进行，先安装好同层土工格栅及面板以后，再进行上层土体的回填压实，以上两步全部完成后才能进行碎石的回填工作。

4 项目创新推广及效益

自嵌式挡土墙是以自嵌块为核心材料，它会使岸坡更加稳固。并且无需任何的砂浆砌筑，自嵌式生态挡墙自投入到市场以来，受到了各界的广泛好评，它具有的优点数不可数；在墙体较高或是地基土质较差的情况下，可以通过增加玻璃纤维土工格栅的方法来提高整个墙体的稳定性。为了保证附近水生动植物能够继续存活，可以使用低碱的水泥，这样可以使墙体周边的环境始终是中性的，有利于环境的保护工作，自嵌式生态挡墙具有独具特色的设计，效果良好的生态功能设计，便捷的施工工艺，节约了工程造价，广泛地应用于园林景观、小区水岸以及立交桥等，比传统的混凝土挡墙耐久性更强，更加美观，能够带来社会效益和经济效益的双丰收。

5 结语

现如今，人们更加关注的是人与自然的和谐相处，生态挡墙技术的使用范围越来越广泛，受到人们的广泛欢迎，发挥了自身的水利功效，已经完全可以满足基本的实际需要。本文中列举的生态挡墙可以作为河道整治工程的应用实例，目前为止，生态挡墙技术基本成熟，在工程中的推广应用还不是特别显著，这个问题亟需解决。