河道治理工程中生态护坡的设计与应用
张飞
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张飞,. 河道治理工程中生态护坡的设计与应用[J]. 中国设计,2024.7. DOI:10.12721/ccn.2024.157316.
摘要:
为增强河道治理工程生态护坡建设质量,本文主要研究工程建设中的生态护坡设计应用。简要分析河道治理工程中的生态护坡功能,结合某工程实例探讨生态护坡设计方案,并基于方案剖析护坡建设要点。研究发现,该工程通过建设生态护坡,有效提升了河道生态效果与使用安全性。
关键词: 河道治理工程;生态护坡;堤防;设计;应用要点
DOI:10.12721/ccn.2024.157316
基金资助:

城市规模化建设下,开展河道治理工程尤为重要。基于生态化社会建设目标,建设科学的河道治理工程维护区域生态环境,在促进社会可持续发展的同时,有效解决城市用户用水问题,并为城市居民打造更加舒适自然的生活环境,实现人与自然和谐共处的目标。

一、河道治理工程中的生态护坡功能分析

河道治理工程中生态护坡建设主要目的为降低洪水、风浪等自然灾害对河岸边坡及岸坡的破坏。通过在河道两侧坡面上设计不同类型的防护设施,加强涂层对边坡的保护作用,避免出现水土流失。

生态护坡功能如下:

(1)护坡功能。在河道两侧栽植常绿植物,利用植物根系固定土壤,从而形成稳定的护坡结构[1]。根系垂直透过坡面风化过的浅层,之后锚固至深层稳定的岩土。土层中的浅根可实现盘根错节作用,两者相互依存形成复合体,实现预应力加筋效果。

(2)水土保持功能。借助植物栽植降低暴雨、洪水冲击力,基于暴雨气候下的坡体水压力明显增大,容易出现滑坡或者水土流失灾害。岸坡之上的植物对坡体水分进行良好吸收与蒸腾后,土体抗剪强度随之增强。

(3)净化功能。岸坡植被可持续净化水体,降低内部污染物含量。降解有机污染物,防止土壤产生沙化现象,保护河道生态环境。

二、河道治理工程中的生态护坡设计

(一)工程概述

该河道总流域面积达到1267.73km2,主流长度大约为78km。城市市区治理河段长度大约为12km,现存河道宽度为164-220m,整体河道平均比降低了5.83%。区域地势呈低洼状态,需要借助堤防保护河道。目前存在较多问题亟待解决:

(1)河堤堤身填筑质量相对较低;

(2)临水侧堤防边坡偏陡;

(3)堤防基础埋置深度存在不足的情况;

(4)区域大部分堤防堤身稳定性差。

基于该种情况,提出生态护坡修建方案。

(二)洪水水面线计算

河道治理范围内,勘测发现无拓宽及改建条件,左岸为已建成的堤防,右岸为高速公路,因此维持工程堤线与河道宽度。

(1)供水水面线设计

先采用公式计算供水水面线,公式如下:

截图1740984371.png

式中,z1指的是上断面水位;v1指的是上断面流速;z2指的是下断面水位;v2指的是下断面流速;指的是上断面动能校正系数;指的是下断面动能校正系数;hw指的是水头损失数值。

(2)确定河道糙率

本次工程的河道流断面糙率在0.025-0.030之间,最终取值为0.030。

(3)起始断面、初始水位

起始断面、初始水位拟定见表1。

表1 起始断面、初始水位拟定

截图1740984389.png

(4)洪水水面线计算结果

计算结果可见表2。

表2 洪水水面线计算结果

截图1740984407.png

(三)确定堤基埋深

结合《堤防工程设计规范》,确定本次工程的左岸与右岸堤防堤基埋深情况如下:严格控制弯道凹岸斜冲段埋深,维持在深泓线3.5m以下;严格控制平顺段埋深,维持在深泓线2.5m以下。

(四)堤防设计

(1)左岸堤防

左岸设计改建长度控制在1.5km,防洪标准:100年一遇。共分为两段:上段长度为4.2km,维持原有堤顶高度,生态改建的同时在蓄水面边缘设置亲水平台。下段长度为6.3km,由于堤防堤顶高程未达到100年一遇的防洪要求,因此设计师采用梯形断面在其背水一侧加高整体培厚,设计临水坡坡比与背水坡坡比为1:2.5。此外,在蓄水面边缘设置亲水平台。针对非蓄水区域,同样采用加高培厚措施,设计临水坡坡比与背水坡坡比为1:3;断面长度为0.5km;临水侧坡比设定为1:3;背水坡坡比设定为1:1.5;填土厚度设为0.66-3.12m。

(2)右岸堤防

本次工程的右岸长度为12.2km,由于其基础深度未满足相关设防要求,因此采用基础加固设计解决问题,并维持原有堤顶高程。在堤顶处增加浆砌石挡墙,型号为M7.5。代替原有的砼防撞栏杆后,设计其墙高在2.5-3.23m之间。结合钢筋砼防浪墙(混凝土型号为C25),设计墙高为1.2m。后填土部分,则可设置宽堤顶路,宽度以3m为宜[2]。连接广场砖与堤顶后,实现草皮护坡。

(五)护坡设计

通过分析不同护坡的优势、劣势、适用流速、工程直接费用,结合工程所需确定护坡设计类型。

(1)浆砌石护坡。抗冲性能强;质量控制差、成本高、生态差;适用流速为4-8m/s;直接费用为358元/m3

(2)干砌石护坡。施工简单、生态强、成本低;稳定性差;适用流速为2-4m/s;直接费用为192元/m3

(3)格宾笼石护坡。柔韧性强、生态强、适应性良好;石料需求大;适用流速为4-6m/s;直接费用为330元/m3

本次工程选用了多种护坡结构,在防冲重点段色亲水台设置浆砌石护坡结构,亲水台以上则采用覆土植草方式,配合干砌石护坡,基于低成本完成护坡建设。

三、河道治理工程中的生态护坡应用要点

(一)堤基埋设要点

根据设计方案在现场开展堤基埋设作业,首先在现场清理表土、清除草皮,并做好坑洞回填。实际施工流程见图1。

截图1740984424.png

图1 堤基埋设施工流程

施工过程控制如下:

(1)结合设计内容,在现场及时测量放样,保证施工区域无乱石、树根、腐殖土等。按照不同物质类型,分别堆放处理。

(2)清理过程中,如发现地质灾害(如裂缝等),第一时间修复处理,保证堤基埋设结构的稳固性[3]

(3)本次工程采用了孔底注浆的方式,控制孔距距离为3cm,根据现场情况设定孔深。基于浆体压力,使其劈裂成缝后强制性注入浓浆液,在内部形成防渗帷幕,以增强堤坝稳定性。

(4)灌浆时,如出现冒浆现象,则选择间歇灌浆方式,缓慢完成作业。沿护壁管返浆时,则应停止灌浆作业。在其周边挖深处理,控制深度为40cm,即可回填粘土夯实。当注浆管堵塞后,则应上提10-20cm,使用清水冲开后继续灌浆。

(二)堤防建设要点

(1)先在堤基处清理边线,设计堤防基面边线大于30-50cm,并压实堤基表面。

(2)禁止将砂(砾)或其他透水性材料与黏性土料混杂,及时清除上堤土料杂质。铺料时,保证表面均匀平整。采用机械施工方式,控制堤边线超填余量在30cm。

(3)采取分段碾压方式,保证平行堤轴线方向大于0.5m;垂直堤轴线大于3m。碾压处理时,机械轮迹压宽度超过10cm,并确保铲运机轮迹应搭轮宽为1/3。

(4)压实作业时,控制洒水量为整体填筑方量的20%-40%。压实后及时报检,完成基面验收并得到合格验证后,即可开展后续处理作业。

(5)修坡时,先在岸坡挖出阶梯形再填土,每层夯实后,扒松表层土壤呈鱼鳞坑形式,继续上土夯实处理[4]。在堤坡堤顶处,每隔50-100m设置1根临时水准桩;在堤防横断面处,每隔20-30m设定1排坡面桩。

(6)做好雨天填筑防护措施,禁止施工人员或其他人员践踏工作面。晾晒后进行含水量测量,达到相关要求后再次复压压实表面。

(三)护坡建设要点

(1)浆砌石护坡施工要点

①先掌握施工流程:测量放线→修复与整平坡面→开挖基础→基础与坡面浆砌→勾缝→养生。严格控制单个片石石料厚度,一般应大于30cm。在角隅处采用粒径大的石料,清洗干净保证其表面湿润。分层砌筑石料后,相邻段的砌筑高度小于1.2m。

②砌筑平缝应呈现交错锁结方式,避免出现贯穿的情况。接缝处,使用瓜米砂浆填充完整。每一个工作日结束后,施工人员需要做好湿水养生作业,并在翌日凿除其表面的松散砂浆,之后铺满砂浆砌筑。

③水泥砂浆勾缝时,控制水灰比在1 :1-1 :2之间。在1d内完成砌筑,保证缝深大于缝宽2倍。勾缝之前,冲洗干净梢缝,避免出现灰渣与积水残留。

(2)干砌石护坡施工要点

①干砌石护坡施工工序:测量放样→基坑开挖→基础浇筑→坡面砌筑→砌体勾缝→养生。

②保证砌体地基平整夯实,且坡面整体呈现平顺状态。护坡表面砌缝宽度小于25mm,干砌石护坡结构呈横向分布,且宽度应小于5cm。

四、结语

该工程通过建设生态护坡,有效提升了河道生态效果与使用安全性,不仅净化了周边空气,也提升了城市美观度。河道两旁景象绿意盎然,实现了水系与绿地的高度融合,良好改善了城市生态环境。由此可见,实际开展河道生态护坡工程时,必须结合工程实况制定合适的设计方案,基于科学方案提升护坡建设应用质量,达到工程建设的实际目的。

参考文献

[1]李文渊.河道治理工程中生态护坡的设计与应用探究[J].城市建设理论研究(电子版),2023,(15):127-129.

[2]赵陶桃.生态护坡施工技术在河道治理工程中的应用[J].山西水土保持科技,2023,(01):4-6.

[3]冯宇涛.河道治理工程中生态护坡的设计与应用探究[J].建材发展导向,2023,21(16):183-185.

[4]包晖.生态护坡在河道治理工程中的应用[J].农业科技与信息,2023,(05):97-99.

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