山区河道生态护岸设计

吴坤坤，杨嘉为

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

河岸堤防是河流自然系统中的一个组成部分，是形成从河道水流到陆地的一种转换[1]，可保护江河湖泊免受水流冲蚀、风浪侵袭。生态型护岸是融现代水利工程学、生态学、生物科学、环境科学、美学等多学科于一体的水利工程[2]。近年来，在平原河道及城市内河中，由于河底平缓、水流冲刷较小等因素，生态型护岸在生态修复及治理工程中应用广泛，并已形成生态护岸结构型式、生态护坡材料、生态体系构架、植物配置及与水流的相互作用多个研究领域[3]。然而，对于山区河道，由于河底纵坡大，水流速度快，防洪任务重等自然特点，护岸型式往往比较传统，偏硬质，除护坡型式和植物配置外，将防洪堤安全、经济、生态结合考虑的研究比较少，特别是针对当地材料的防洪堤结构型式及典型结构设计方案方面的研究更少[4-7]。

下面以九江市十里河河道治理工程为例，探讨山区河道生态护岸建设中需要重点关注的问题，同时对于修筑防洪堤提出了一种行之有效的设计解决方案，做到了安全可靠、生态环保、就地取材、经济合理，为山区河道生态护岸建设增加了一种有益的尝试。

1 工程概况

十里河位于九江庐山区境内十里城区，是八里湖的一条支流，发源于庐山北坡，由庐山濂溪水系和莲花洞水系交汇而成，河流自南向北流经庐山区、九江经济技术开发区，在九江职业技术学院与濂溪河交汇后改道向西流入八里湖，河道加权平均坡降为1.88%，全流域面积47.12km2。

工程以河道现有行洪边线为控制，在保证行洪安全的前提下，对十里河（八里湖~莲花洞森林公园）12.81km河段进行整治，布置护岸长14371.52m，并开展防汛通道、堰坝等附属工程设计，提高河道治理段的防洪标准。

2 工程布置

2.1 山区河道的特点

1）山区河道的主要功能是宣泄洪水，河流水位和流量变化大，但持续时间短，河床多为基岩，河道在平面地形上蜿蜒曲折，坡降较大，流量与水位变幅很大，洪水持续期短，枯水期流量很小，甚至出现断流。暴雨之后，山洪暴发，流量猛增。2）水质变化剧烈，枯水期水清见底，暴雨后骤然浑浊。3）河床一般为砂、卵石或岩石组成。

2.2 山区河道整治的思路

结合山区河道的特点，对山区河道进行生态治理，使之既能满足河道防冲刷的要求，又能做到就地取材，生态友好，造价低廉。

对传统的埋石混凝土挡墙稍加改造，便能起到生态环保兼具景观效果、满足防止水土流失的作用。生态埋石混凝土挡墙位于濂溪大道~华生社区段右岸，全长366.41m，结构型式主要由下部埋石混凝土墙身及上部景观花池构成，下部埋石混凝土墙身为整个结构的基础，为增强生态景观效果，迎水面采用多级台阶，台阶上设置波浪型花池，种植适宜九江气候环境的植被，具有景观层次感，墙身与花池之间通过钢筋连接，增强结构的整体性，结构型式如图1所示。

图1 生态埋石混凝土挡墙结构断面图

所采用的生态埋石混凝土挡墙墙顶宽0.50m，为增强生态景观效果，迎水面设计为多级台阶，台阶宽0.40m、高0.60m，台阶上设置波浪形花池，单个花池池身为半圆形结构，半径为0.40m，厚0.12m，采用C30仿石钢筋混凝土，多个半圆形排列成波浪形，上下层错开0.20m。

花池采用仿石混凝土设计，内部填土，种植适宜当地生长的植物，结合亲水功能需要，在墙前沿河道设置亲水步道，增加人与自然的和谐共处。

3 护岸设计计算

工程区除沿堤分布人工堆积层（Qs）外，广泛分布第四系冲积层（alQ），局部为第四系残积层（elQ），下伏基岩主要为震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、二叠系及第三系等地层。根据地质钻孔资料，堤基土上部主要为杂填土、粉质黏土，堤基土主要为漂石层。

3.1 计算工况及荷载组合

1）正常工况：施工期挡墙前后均无水。

2）非常工况：墙前多年平均水位或枯水位（无水），墙后水位地面1.00m以下。

3）基本荷载组合：挡墙自重及填土重、土压力、静水压力、扬压力、浪压力、挡墙墙后填土破裂体范围内的各种恒载及均布荷载（均布荷载取10kN/m2）。

4）特殊荷载组合：由于工程不考虑抗震设防，因此不计地震荷载。

岸坡稳定采用瑞典条分法，正常运用工况最小安全系数为1.25，非常运用工况下，最小安全系数为1.10。

3.2 墙后填土及地基参数

墙后填土以土石混合料为主，饱和容重取20.50kN/m3，内摩擦角取30°；素填土地基承载力标准值取110kPa，砂卵石地基承载力标准值取300kPa，基底摩擦系数取0.40。

3.3 计算成果

采用北京理正软件设计研究所编制的“挡土墙设计分析软件程序”进行计算，计算成果见表1。

表1 挡墙稳定计算成果表

从表1计算结果可以看出，该挡墙在正常工况和非常工况下抗滑、抗倾安全系数均满足规范要求，墙底最大应力小于基础允许承载力，基底应力最大值与最小值之比小于允许值。因此，满足规范要求的抗滑、抗倾稳定及地基应力要求。

4 实施后效果

2020年7月份，九江市遭遇大范围高强度的暴雨，平均降雨量436.20mm，较多年同期偏多近1.8倍，位列历史第二，月内出现4次较强降雨过程；长江九江站出现历史水位第二高大洪水，鄱阳湖、修河出现超历史大洪水，博阳河、长河均出现2次超警戒洪水过程，7条中小河流发生超历史调查大洪水过程；全市大中型水库水位均低于汛限水位，蓄水量较月初略偏多。

在此背景下，新建防洪堤经此次洪水的实践检验，通过了极端洪水的考验，工程安全可靠，满足设计使用功能，取得了较好的社会效益。

花池独特的外立面圆弧形设计，使池内的景观植被及种植土未受洪水影响，景观植被长势良好，景观及生态效果均较为突出，为沿河居民提供了安全舒适、休憩的便利条件，兼顾了防洪、亲水、美观、生态的多重功能，提升了山区河道的整体效果。

5 结语

山区河道的水流特性、地形和地质条件，都决定了修筑生态挡墙时必须首先考虑堤防的安全，将堤线的布置、堤型的选择、渗透及渗透稳定、河岸边坡整体稳定等问题作为关键问题。在此基础上，再考虑经济型，充分利用当地已有的建筑材料。最后适当考虑生态性措施，利用植物措施增强水岸联动，构建“水清、流畅、岸绿、景美”的生态型清水河道。

此工程在重力式挡墙的基础上进行了结构优化和美化，在挡墙迎水面用仿石混凝土花池替换了部分重力墙体，前后高低错落有致，花池内种植抗冲耐刷植物，通过不同的植物配置，形成了靓丽的滨水景观生态带，为动植物提供了适宜的栖息空间。通过此种设置，既满足防洪安全要求又兼顾河道生态亲水交流的功能需求，是“尊重自然、以人为本、生态优先、人水和谐”的河道治理理念的体现。