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        1. 木樁知識

          生態護岸在丹金船閘護岸工程中的應用

            摘要:隨著我國經濟的迅速發展和資源的大量消耗,建設資源節約型、環境友好型工程成為社會共識。蘇浙地區水網密布、風景優美,在水運建設項目中對生態環保的要求很高。傳統的硬質護岸注重耐久性,對水生物的生長考慮不足。在丹金船閘護岸建設中,積極改造利用已建護岸、新建生態型空箱護岸,實現資源節約及工程建設與環境保護的和諧統一,可為建設綠色循環低碳航道提供借鑒。

            關鍵詞:生態護岸;丹金船閘;護岸加固;生態混凝土

            在江蘇、浙江航道建設項目中,護岸工程投資約占工程費用的50%~70%,對其結構形式進行分析研究非常必要。

            為了控制河勢,在航道建設項目中,常用漿砌石、混凝土等硬質護岸作為整治建筑物。傳統的硬質護岸注重耐久性,較少考慮護岸與河道生態之間的關系,造成的負面影響表現為:1)惡化了水域中動植物的生存環境,河流的天然自凈能力下降。2)影響了河道生態系統食物鏈,打破了河流生態系統的整體平衡。3)改變了濱水環境,破壞了自然景觀及人與河流之間的和諧關系。

            蘇浙地區水網密布、湖濱風景優美,政府已禁止毀林開山。另外,該區域水產品生產及加工業發達,對當地發展旅游業有很好的促進作用。硬質護岸需消耗大量砂石料、水泥、水、電、機械及人工臺班,資源及能耗均較大。硬質護岸多采用混凝土、鋼筋等非天然材料,在一定程度上也有可能污染水體。在蘇浙地區進行航道護岸建設,應盡可能采用生態環保的技術方案。

            生態護岸就是綜合考慮“水安全、水環境、水資源、水景觀”等方面的協調,在滿足防護功能的同時,充分考慮生態效應。日本在20世紀80年代就開始研究生態護岸技術,在10 a前就提出“親水”的概念,并對5 700 km的河流采用多自然型河流治理法進行整治,主要采用植物堤岸或木材護底的河堤。歐洲國家進行護岸設計時,多參照天然狀態下的河岸形式,保護自然生態系統的平衡。我國常采用的生態護岸技術為植草、土工材料綠化網、水力噴播植草技術、植被型生態混凝土、水泥生態種植基、土壤固化劑等[1]。

            根據所采用材料的不同,可將生態護岸分為自然原型護岸、自然型護岸和多自然型護岸三種形式[2]。自然原型護岸指僅采用植被保護天然河岸、保持河岸的天然特性;自然型護岸在種植植被的基礎上,采用石材或木材等天然材料,增強堤岸的穩定性;多自然型護岸指在自然型護岸的基礎上采用混凝土、鋼筋等材料加強抗沖刷能力的生態護岸。

            生態護岸的設計應遵循安全穩定、生態和諧、因地制宜的原則[3]。針對硬質護岸存在的不足,在丹金船閘護岸工程設計工作中,根據河道地形及水流條件、生態環境特點和建材供應條件,選擇了多自然型護岸的整治方案,典型案例為改造已建護岸、建設生態型空箱護岸。

            丹金溧漕河位于江蘇省西南部,是京杭運河的次干航道,航道總長65.6 km。丹金船閘為該段航道上唯一的通航建筑物,為芋級船閘,船閘護岸技術要求為半直立式航道底寬逸45 m,航道最小設計水深逸3.2 m[4]。為集約節約利用土地、減少征地拆遷賠償,航道多采用單邊拓寬的建設方案。

            3.1 已建護岸的加固改造

            工程建設中常采用拆舊建新的建設方案,在拆除已建結構物后,設計邊界條件非常清晰,但資源及能耗均較大。本次設計采用先對已建結構物進行技術評估,再研究改造方案的設計思路,避免了拆舊建新,實現了節能減排、生態環保。

            老丹金溧河段護岸建成于2000年,采用漿砌石半直立式結構。在對應航道樁號20K+208—21K+310的部位,兩側護岸前沿線的間距約為90 m。經測算,采用加固護岸基礎的措施,可將航道疏浚為芋級標準,即兩側護岸可保留利用。該段護岸長期受船行波沖刷,大量勾縫砂漿已流失,耐久性大幅縮短;需對護岸墻身進行加固改造。按芋級航道標準整治后,通航船舶由300噸級提升至1 000噸級,船行波將由0.5 m增高至1.2 m,對護岸上部土體的淘刷將更為嚴重,需對上部土體進行防護。已建成的護岸典型斷面,參見圖1。

            圖1 整治工程實施前老護岸典型斷面

            Fig.1Revetment typical sections before renovation project

            為滿足岸坡防護及生態要求,護岸改造需解決三個方面的問題:一是航道疏浚后護岸的穩定性,二是墻后土體的穩定性,三是護岸墻身的耐久性。

          生態護岸在丹金船閘護岸工程中的應用

            3.1.1 護岸的穩定性

            既有護岸為重力式擋土墻結構,奠基于榆層砂質粉土層上,沒有進行地基處理。航道疏浚會削弱護岸前壓載土體的抗力作用,降低護岸抗滑穩定性及地基穩定性。在不拆除護岸的情況下,只能在護岸前側(臨水側)或后側(填土側)采取措施,對其進行加固,用以提高護岸穩定性。墻前處理方案可通過設置支護樁的方式提供水平抗力,同時增強地基穩定性。墻后處理方案可通過采用支護樁來減少作用在護岸墻上的土壓力,同時增強地基穩定性。墻后為斜坡式結構,搭建施工平臺的工程量和難度均較大;且在施工過程中產生的震動影響和擠土效應,對既有護岸結構穩定不利;故選用墻前加固方案。

            墻前加固方案可采用板樁墻加固方案(參見圖2)和雙排木樁加固方案(參見圖3)進行比選。雙排木樁加固方案可選用當地所產粗皮落葉松(天然材料)。對反鏟進行簡易改裝即可作為沉樁設備,靜壓施工對既有護岸結構影響較小,且具有純天然、易施工、振動小、無噪聲等優點,故作為推薦方案。雙排木樁長均為7.0 m,木樁直徑要求大于0.15 m,縱橫向樁基間距均為0.8 m;木樁頂部與護岸墻身間設置0.4 m厚的鋼筋混凝土帽梁,可增強作用于護岸墻上的水平抗力,有利于結構穩定。木樁可采用靜壓的施工工藝,為方便施工,木樁與底板間需保留0.1 m的空間。

            圖2 板樁墻加固方案斷面圖

            Fig.2Profile of the sheet pile wall strengthening schemes

            圖3 雙排木樁加固方案斷面圖

            Fig.3Profile of double row piles reinforcement schemes

            3.1.2 墻后土體的穩定性

            護岸墻后土坡曾用草皮防護,但局部出現了邊坡坍塌,塌落后的土體會淤積航道,需采取定期疏浚的維護措施。內河航道坍塌主要原因是船行波淘刷,防護范圍可按最高通航水位以上1.5倍波高值和最低通航水位以下1.5倍波高值之間確定[5]。航道整治后,設計船型由300噸級提高到1 000噸級,船行波將由0.5 m增高至1.2 m,對護岸上部土體的淘刷將更為嚴重。為避免船行波淘刷墻后土體造成坍塌,可采用植被型生態混凝土對護岸上部邊坡進行防護。結構層做法自下而上依次為400 g/m2營養型無紡布、0.15 m厚C15生態型混凝土、當地常見的根系發達的狗牙根草皮。

            3.1.3 護岸墻身的耐久性

            既有護岸采用漿砌石的結構形式,受船行波淘刷,部分勾縫砂漿已流失。采用在墻身迎水側增設鋼筋混凝土貼面的措施保證墻身的耐久性,墻身貼面厚0.2~0.3 m。貼面底部位于帽梁頂部,貼面頂部固定在既有護岸壓頂。護岸頂高程定為常水位+0.5 m,可滿足生態系統水陸相連的要求,并方便人們與水親近。在貼面迎水側1.5~3.0 m高程范圍內,設置凹縫圖案,宣傳當地特色文化。

            蘆葦根系發達,盤根錯節呈網狀結構,具有固土護坡、保護岸坡穩定的作用。在護岸墻前補栽3.0 m寬蘆葦防護林,可有效減少船行波對護岸前方土體的淘刷。

            3.2 生態型空箱護岸

            生態護岸設計的生態和諧原則,重點體現在保護河流生態系統多樣性方面。在護岸設計時,應盡可能創造有利于動植物生長、繁殖、棲息的環境條件。丹金溧漕河航道金壇段水域與長蕩湖相通,航道中生長有青魚、草魚、鰱魚、鯉魚等魚類及青蝦等淡水蝦類??紤]魚、蝦的生活習性,在局部地段采用生態型空箱護岸。

          生態護岸在丹金船閘護岸工程中的應用

            護岸墻體設置洞口及連貫空腔通道,既可消減船行波對岸坡的沖刷,降低航道中船行波波高,改善通航條件,又可保護魚類不受撞擊,并成為小生物近岸嬉戲空間。在空腔中填灌疏松肥沃泥土,培植菖蒲、黑藻等水生植物,后期可發展為生態魚巢,為魚類和兩棲類動物提供安全繁衍生息場所。培植的水生物可去除水體中的氮、磷等營養物質,有助于提高水環境質量,兼顧保護生物多樣性。生態型空箱護岸結構見圖4、圖5。

            圖4 生態護岸典型斷面

            Fig.4Ecological revetment typical sections

            圖5 生態護岸立面圖

            Fig.5Ecological revetment elevation

            生態學提出利用數學模型來指導生態工程設計的思路,即在長期監測取得調查數據的基礎上,建立起環境因子和生物因子的相互關系。通過評估生物因子相互關系,及其對環境因子的影響關系,來找出起關鍵作用的生物因子和能使生態系統實現一定程度自我恢復的規律,在此基礎上進行生態工程設計。限于工程投資等因素,本項目并未開展生態方面的原型監測工作。

            為檢驗護岸工程加固方案實施效果,在護岸加固時,每個結構段頂部均設置了2個沉降位移觀測點,進行持續的沉降位移監測。該段護岸于2011年枯水季進行加固處理,于2012年汛前完成改造。監測結果顯示,已建護岸結構無明顯沉降、位移現象;護岸墻前蘆葦生長較為茂盛,墻前土體無淘刷跡象;狗牙根生長較為茂盛,墻后土體較為穩定;生態型空箱護岸內已有魚蝦穿梭。

            丹金船閘護岸通過在墻前設置支護木樁、墻身增加鋼筋混凝土貼面、上部設置生態混凝土護坡等措施,保證了既有護岸結構的穩定性和耐久性。實現了資源節約、節能減排與經濟效益的有效統一,同時維護了公眾保護環境的權力,有助于項目順利推進實施。該護岸的結構設計經驗可為增建二線船閘類項目提供參考。

            生態護岸在建設時應建立完善的生態監測系統,進行長期的觀測,以評估河流生態系統的恢復狀況并指導工程設計。

            參考文獻:

            [1]季春雷,王云靜,王艷麗.對南運河治理工程引發的生態護岸問題的思考[J].海河水利,2009(5):29.

            JI Chun-lei,WANG Yun-jing,WANG Yan-li.Consideration about ecological embankment problems caused by nanyunhe treatment project[J].Haihe Water Resources,2009(5):29.

            [2]周揚,徐亞同.生態護岸在城市河道生態修復中的應用[J].上?;?,2009(8):1-4.

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            [3]劉明輝,陶宇君.生態護坡在城市河道防護工程中的應用[J].江蘇水利,2008(5):42-43.

          生態護岸在丹金船閘護岸工程中的應用

            LIU Ming-hui,TAO Yu-jun.Application of ecological slope protection in restoration of urban rivers protection engineering[J]. Jiangsu Water Resources,2008(5):42-43.

            [4]中交水運規劃設計院有限公司.丹金溧漕河航道整治丹金船閘工程初步設計[R].北京:中交水運規劃設計院有限公司,2009.

            CCCC Water Transportation Consultants Co.,Ltd.Prelinmarydesign report of Danjin shiplock of Danjin Licao River waterway regulation project[R].Beijing:CCCCWaterTransportationConsultantsCo.,Ltd., 2009.

            [5]JTJ 300—2000,港口及航道護岸工程設計與施工規范[S].

            JTJ 300—2000,Code for design and construction of port and waterway revetment engineering[S].

            Applications of ecological revetment in Danjin Ship Lock construction

            NING Wu1,JIANG Xing-liang2

            (1.Guangxi Xijiang Development&Investment Group Co.,Ltd.,Nanning,Guangxi 530022,China; 2.CCCC Water Transportation Consultants Co.,Ltd.,Beijing 100007,China)

            Abstract:With the rapid development of the economy and the excessive consumption of the resources,resource-saving and environment-friendly projects become a social consensus.There are lots of scenic rivers in Jiangsu and Zhejiang provinces,the waterway construction requires a high level of ecological protection.The traditional flinty revetment mainly focuses on durability,but lacks of aquatic growth consideration.In Danjin Ship Lock construction,harmony and unity among resourcesaving,project construction and environmental protection can be anticipated through reforming the existing structures,building new ecological perforated box revetment.The case in this paper can be a reference for the construction of low carbon green recycling channel.

            Key words:ecological revetment;Danjin Ship Lock;revetment strengthening;ecological concrete

            中圖分類號:U656.3

            文獻標志碼:B

            文章編號:2095-7874(2017)09-0058-04

            doi:10.7640/zggwjs201709012

            收稿日期:2017-02-05

            作者簡介:寧武(1968—),男,廣西玉林人,高級工程師,從事工程技術及企業管理工作。

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