浅谈开敞式缓坡河道防岸坡防冲材料的方案设计

浅谈开敞式缓坡河道防岸坡防冲材料的方案设计

于学荣

深圳市深水水务咨询有限公司，广东深圳518000

摘要：护坡工程在水利工程中起着相当重要的作用,其施工质量不容忽视,本文结合某护坡工程实例,根据岸坡冲刷计算和笔者从事水利工程施工的工作经验，来探讨护坡施工的材料最优选择。以保证水利工程的施工质量,降低后期的维护成本,提高经济效益和社会效益。

关键词：河道岸坡、护脚、材料

河道防冲固岸工程面临众多材料的选择，针对开敞式缓坡河道布置形式、以及河岸地质土层的情况，选择合适的防冲护岸材料在满足结构安全要求以及工程投资的合理性。因此，本文因地制宜提出多种护岸材料的设计方案，并从多方面比较分析，验证出易于实现，符合结构安全性及工程经济性要求的较优比选方案结论。因此，以下采用某河道工程设计案例进行分析。

一、河道概况

本次设计案例河道总长7.50km，下游至上游布置桩号k0+000～k7+500，其中K1+200~K1+400、K2+700~K3+100为弯段，其余为弧段，河道顶开口总宽为80m～120m。

河槽：河槽由长年过流天然形成，主河槽两侧多数与浅滩相连，现状地势平缓，局部为丘陵高地。

浅滩：河槽两侧存在大面积浅滩，沿河呈带状分布，浅滩位置以荒地、农田和天然植被覆盖为主，局部有人为采砂区域。

岸坡：河道右岸岸坡和堤顶比较靠后，地势平缓，坡比为1:4~1:8，岸坡大部分与浅滩一体化，岸坡被大面积农田和天然植被覆盖，部分山体、村庄在临河侧，形成天然比较陡的岸坡。

堤顶：岸堤顶基本和国道衔接，沿国道有部分绿化带。左岸主要以村道、山体为堤顶边界，沿山体道路基本处于树林带。

地质：河道两侧浅层地质主要由耕土、素填土、粉质粘土、粉砂、砾砂和卵石组成，较深层地质主要由强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩组成。坡脚区域主要由粉砂、砾砂和卵石组成的区域抗水流冲击能力较好，坡脚及护岸比较稳定，但局部由耕土、素填土和粉质粘土组成的区域抗水流冲能力差，土质流失严重，局部河岸存在坍塌问题。

沿河防冲布防的主要部位也是集中在坡脚以及岸坡处。

二、护脚抗冲刷计算

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）[]相关规定，对河道岸坡坡脚冲刷深度分直段、弯段进行计算，并按照此计算结果进行防护。

1.冲刷深度计算

（1）平顺段岸坡冲刷深度计算

计算公式如下：

由上述计算结果可见，直段和急弯段河道平均冲刷深度为1.0~2.0m和0~0.4m，在直段K0+000.00、K3+800.00和K7+500.00处冲刷严重，平均冲刷深度2.0m。

2.抗冲刷粒径计算

在水流作用下，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径（折算粒径）按下式计算：

则在P＝2%水流作用下，抗冲粒径计算结果具体如下表：

见，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径（折算粒径）为40～180mm。

三、护岸护坡材料的选择

长期以来,河道边坡防护主要关注边坡稳定性和行洪、排涝功能。较少考虑硬质化护坡对河道生态系统产生的巨大负面影响,以及人们对城镇水系景观美化的需求。所以对护岸材料的选择，以保证堤防防洪安全为前提，尽可能的选择生态型、环保型材料，既满足河道边坡防护稳定性和安全性的要求,又能发挥河道边坡作为河流生态系统与陆地生态系统之间的过渡带功能所起到的保持水土、净化水体等生态作用[]。在选择材料时主要考虑以下几点：①在河道狭窄且不能扩卡的断面，为了减少水面线抬高，所选护坡材料糙率应较小；②考虑抗冲刷因素；③考虑水生态建设需要；④考虑景观要求；⑤考虑材料当地化。为此，比选了以下几种护砌材料：

1.植物纤维毯

植物纤维毯的改土功能主要为:增加地表粗糙度,延长径流滞留时间,增加径流入渗,同时避免阳光直射土壤,缓和地表温度波动幅度,保持土壤水分[]。植物纤维毯节能、环保，铺设植物纤维毯能有效防止边坡水土流失，保护坡面地被，防止坍塌侵蚀，并［］防风固土，铺设植物纤维毯可在一定程度上遏制风沙对高速环境的危害。植物纤维毯施工作业简便、快捷，可以完全、直接地铺设于地表，迅速提高植被建植能力，加快绿化速度，改善绿化水平，且不受土质及路基高度的影响。植物纤维毯能抑制土壤水分蒸发，铺设植物纤维毯能保持有效的土壤温度和湿度；吸附细沙尘土，秸秆腐烂后又可增加土壤有机质和养分含量，植物纤维毯为植物生长提供良好的成长环境。纤维毯4～5年可降解，十天左右时间可长出草，一般南方种植百喜草、狗牙根等，草种可根据需求选择相应的品种，也可后期播种；纤维毯分抗冲型和普通两种。

（1）植被选择广泛，植被毯产品可以在加工过程中将草种直接植入植被毯中；

（2）结构稳定，植被毯之间较易形成一个整体，减少滑坡和水土流失的可能性；植被毯固定用钉U形钉：（材料：8号铅丝）形钉：（材料：Φ6mm钢筋）。

可以使用U形钉、T形钉，或者就地取材使用木楔固定植被毯。

2.松木桩

亲水植物的种植是为了固岸，河道沿岸多为软土地基，软土地基是一种不良地基。由于软土具有强度较低、压缩性较高和透水性很小等特性。用松木桩处理软基是一种取材容易、造价较低、施工简便的地基处理方法。处理的目的是要提高软土地基的强度,保证地基的稳定,降低软弱土的压缩性,减少基础的沉降和不均匀沉降[]。随着植物的生长，植物的根能起到固堤作用，同时结合自然护堤的方法，用松木桩固岸。松木桩高强度且密度小，具有轻质高强的优点，弹性韧性好，能承受冲击和振动作用，在适当的保养条件下，有较好的耐久性，联结构造简单，易于加工。使得河岸景观沿线设计亲水植物，使得河岸不会再次坍塌。河内的鱼与水生物也形成了循环生态系统，以保持水质的洁净。

3.联锁式混凝土块护坡

联锁式混凝土块生态护坡的结构,具有密实度好、强度高、抗冲击能力强、抗冻、抗腐蚀﹑持久耐用、可重复使用又能恢复生态、提升环境景观等优点[]，能为明渠和受低中型波浪作用的边坡提供有效、耐久的防止冲刷、护坡的作用。联锁式混凝土块护坡独特的连锁性设计使每一个联锁块被相邻的四个联锁块锁住，这样保证每一块的位置准确并避免发生侧向移动。联锁式混凝土块为岸坡提供一个稳定、柔性和透水性的坡面保护层。联锁式混凝土块按照国际通用的生态混凝土设计，在混凝土中添加了醋酸纤维等高分子物质，使联锁式混凝土块在强度不变的情况下更有利于水生植物生根和水生动物繁衍。联锁式混凝土块的形状与大小都适合人工铺设，施工简单方便。

4.自嵌式挡墙

自嵌式挡土墙是在干垒挡土墙的基础上开发的另一种结构。这种结构是一种新型的拟重力式结构，它主要依靠挡土块块体、填土通过加筋带连接构成的复合体自重来抵抗动静荷载，达到稳定的作用。自嵌式生态型挡墙有施工方便快捷、安全可靠、使用寿命长等特点，采用自嵌式生态挡墙可节省直接费用,同时适宜水生植物的生长,具有良好的社会效益和生态效益[]。

这种新式柔性结构挡土体系广泛用于园林景观、高速公路、立交桥和护坡、小区水岸等，比传统的混凝土和浆砌块石容易施工，并且美观、耐久。

以上各护岸材料比较详见下表：

根据上述分析，本工程对于坡式护岸，涉及面积大，并且断面开阔，坡面大比例面积冲刷并不严重，主要采用植物纤维毯护坡。局部冲刷严重区段采用松木桩等透水耐冲环保型材料，能实现景观以及防冲等方面的要求。

参考文献

［1］GB50286-2013,堤防工程设计规范［S］.北京:中国计划出版社,2013.

［2］李海东,林杰,张金池,南楠,李奕建,张东海.生态护坡技术在河道边坡水土保持中的应用［J］.南京林业大学学报(自然科学版),2008,32(1):119-124.

［3］李宏钧,孔亚平,张岩.植物纤维毯生态防护效益研究述评［J］.中国水土保持科学,2016,14(3):146.

［4］邓涛.浅谈松木桩处理软土地基［J］.民营科技，2011，（4）:182.

［6］宋向宁,陈曙光.联锁式生态护坡砌块在水利工程中的推广应用［J］.湖南水利水电,2005,(4):20-21.

［7］江上熙.自嵌式生态型挡墙在河道整治工程中的应用［J］.闽西职业技术学院学报,2009,11(3):122-126.