木桩知识

生态护岸在丹金船闸护岸工程中的应用

  摘要:随着我国经济的迅速发展和资源的大量消耗,建设资源节约型、环境友好型工程成为社会共识。苏浙地区水网密布、风景优美,在水运建设项目中对生态环保的要求很高。传统的硬质护岸注重耐久性,对水生物的生长考虑不足。在丹金船闸护岸建设中,积极改造利用已建护岸、新建生态型空箱护岸,实现资源节约及工程建设与环境保护的和谐统一,可为建设绿色循环低碳航道提供借鉴。

  关键词:生态护岸;丹金船闸;护岸加固;生态混凝土

  在江苏、浙江航道建设项目中,护岸工程投资约占工程费用的50%~70%,对其结构形式进行分析研究非常必要。

  为了控制河势,在航道建设项目中,常用浆砌石、混凝土等硬质护岸作为整治建筑物。传统的硬质护岸注重耐久性,较少考虑护岸与河道生态之间的关系,造成的负面影响表现为:1)恶化了水域中动植物的生存环境,河流的天然自净能力下降。2)影响了河道生态系统食物链,打破了河流生态系统的整体平衡。3)改变了滨水环境,破坏了自然景观及人与河流之间的和谐关系。

  苏浙地区水网密布、湖滨风景优美,政府已禁止毁林开山。另外,该区域水产品生产及加工业发达,对当地发展旅游业有很好的促进作用。硬质护岸需消耗大量砂石料、水泥、水、电、机械及人工台班,资源及能耗均较大。硬质护岸多采用混凝土、钢筋等非天然材料,在一定程度上也有可能污染水体。在苏浙地区进行航道护岸建设,应尽可能采用生态环保的技术方案。

  生态护岸就是综合考虑“水安全、水环境、水资源、水景观”等方面的协调,在满足防护功能的同时,充分考虑生态效应。日本在20世纪80年代就开始研究生态护岸技术,在10 a前就提出“亲水”的概念,并对5 700 km的河流采用多自然型河流治理法进行整治,主要采用植物堤岸或木材护底的河堤。欧洲国家进行护岸设计时,多参照天然状态下的河岸形式,保护自然生态系统的平衡。我国常采用的生态护岸技术为植草、土工材料绿化网、水力喷播植草技术、植被型生态混凝土、水泥生态种植基、土壤固化剂等[1]。

  根据所采用材料的不同,可将生态护岸分为自然原型护岸、自然型护岸和多自然型护岸三种形式[2]。自然原型护岸指仅采用植被保护天然河岸、保持河岸的天然特性;自然型护岸在种植植被的基础上,采用石材或木材等天然材料,增强堤岸的稳定性;多自然型护岸指在自然型护岸的基础上采用混凝土、钢筋等材料加强抗冲刷能力的生态护岸。

  生态护岸的设计应遵循安全稳定、生态和谐、因地制宜的原则[3]。针对硬质护岸存在的不足,在丹金船闸护岸工程设计工作中,根据河道地形及水流条件、生态环境特点和建材供应条件,选择了多自然型护岸的整治方案,典型案例为改造已建护岸、建设生态型空箱护岸。

  丹金溧漕河位于江苏省西南部,是京杭运河的次干航道,航道总长65.6 km。丹金船闸为该段航道上唯一的通航建筑物,为芋级船闸,船闸护岸技术要求为半直立式航道底宽逸45 m,航道最小设计水深逸3.2 m[4]。为集约节约利用土地、减少征地拆迁赔偿,航道多采用单边拓宽的建设方案。

  3.1 已建护岸的加固改造

  工程建设中常采用拆旧建新的建设方案,在拆除已建结构物后,设计边界条件非常清晰,但资源及能耗均较大。本次设计采用先对已建结构物进行技术评估,再研究改造方案的设计思路,避免了拆旧建新,实现了节能减排、生态环保。

  老丹金溧河段护岸建成于2000年,采用浆砌石半直立式结构。在对应航道桩号20K+208—21K+310的部位,两侧护岸前沿线的间距约为90 m。经测算,采用加固护岸基础的措施,可将航道疏浚为芋级标准,即两侧护岸可保留利用。该段护岸长期受船行波冲刷,大量勾缝砂浆已流失,耐久性大幅缩短;需对护岸墙身进行加固改造。按芋级航道标准整治后,通航船舶由300吨级提升至1 000吨级,船行波将由0.5 m增高至1.2 m,对护岸上部土体的淘刷将更为严重,需对上部土体进行防护。已建成的护岸典型断面,参见图1。

  图1 整治工程实施前老护岸典型断面

  Fig.1Revetment typical sections before renovation project

  为满足岸坡防护及生态要求,护岸改造需解决三个方面的问题:一是航道疏浚后护岸的稳定性,二是墙后土体的稳定性,三是护岸墙身的耐久性。

生态护岸在丹金船闸护岸工程中的应用

  3.1.1 护岸的稳定性

  既有护岸为重力式挡土墙结构,奠基于榆层砂质粉土层上,没有进行地基处理。航道疏浚会削弱护岸前压载土体的抗力作用,降低护岸抗滑稳定性及地基稳定性。在不拆除护岸的情况下,只能在护岸前侧(临水侧)或后侧(填土侧)采取措施,对其进行加固,用以提高护岸稳定性。墙前处理方案可通过设置支护桩的方式提供水平抗力,同时增强地基稳定性。墙后处理方案可通过采用支护桩来减少作用在护岸墙上的土压力,同时增强地基稳定性。墙后为斜坡式结构,搭建施工平台的工程量和难度均较大;且在施工过程中产生的震动影响和挤土效应,对既有护岸结构稳定不利;故选用墙前加固方案。

  墙前加固方案可采用板桩墙加固方案(参见图2)和双排木桩加固方案(参见图3)进行比选。双排木桩加固方案可选用当地所产粗皮落叶松(天然材料)。对反铲进行简易改装即可作为沉桩设备,静压施工对既有护岸结构影响较小,且具有纯天然、易施工、振动小、无噪声等优点,故作为推荐方案。双排木桩长均为7.0 m,木桩直径要求大于0.15 m,纵横向桩基间距均为0.8 m;木桩顶部与护岸墙身间设置0.4 m厚的钢筋混凝土帽梁,可增强作用于护岸墙上的水平抗力,有利于结构稳定。木桩可采用静压的施工工艺,为方便施工,木桩与底板间需保留0.1 m的空间。

  图2 板桩墙加固方案断面图

  Fig.2Profile of the sheet pile wall strengthening schemes

  图3 双排木桩加固方案断面图

  Fig.3Profile of double row piles reinforcement schemes

  3.1.2 墙后土体的稳定性

  护岸墙后土坡曾用草皮防护,但局部出现了边坡坍塌,塌落后的土体会淤积航道,需采取定期疏浚的维护措施。内河航道坍塌主要原因是船行波淘刷,防护范围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倍波高值之间确定[5]。航道整治后,设计船型由300吨级提高到1 000吨级,船行波将由0.5 m增高至1.2 m,对护岸上部土体的淘刷将更为严重。为避免船行波淘刷墙后土体造成坍塌,可采用植被型生态混凝土对护岸上部边坡进行防护。结构层做法自下而上依次为400 g/m2营养型无纺布、0.15 m厚C15生态型混凝土、当地常见的根系发达的狗牙根草皮。

  3.1.3 护岸墙身的耐久性

  既有护岸采用浆砌石的结构形式,受船行波淘刷,部分勾缝砂浆已流失。采用在墙身迎水侧增设钢筋混凝土贴面的措施保证墙身的耐久性,墙身贴面厚0.2~0.3 m。贴面底部位于帽梁顶部,贴面顶部固定在既有护岸压顶。护岸顶高程定为常水位+0.5 m,可满足生态系统水陆相连的要求,并方便人们与水亲近。在贴面迎水侧1.5~3.0 m高程范围内,设置凹缝图案,宣传当地特色文化。

  芦苇根系发达,盘根错节呈网状结构,具有固土护坡、保护岸坡稳定的作用。在护岸墙前补栽3.0 m宽芦苇防护林,可有效减少船行波对护岸前方土体的淘刷。

  3.2 生态型空箱护岸

  生态护岸设计的生态和谐原则,重点体现在保护河流生态系统多样性方面。在护岸设计时,应尽可能创造有利于动植物生长、繁殖、栖息的环境条件。丹金溧漕河航道金坛段水域与长荡湖相通,航道中生长有青鱼、草鱼、鲢鱼、鲤鱼等鱼类及青虾等淡水虾类。考虑鱼、虾的生活习性,在局部地段采用生态型空箱护岸。

生态护岸在丹金船闸护岸工程中的应用

  护岸墙体设置洞口及连贯空腔通道,既可消减船行波对岸坡的冲刷,降低航道中船行波波高,改善通航条件,又可保护鱼类不受撞击,并成为小生物近岸嬉戏空间。在空腔中填灌疏松肥沃泥土,培植菖蒲、黑藻等水生植物,后期可发展为生态鱼巢,为鱼类和两栖类动物提供安全繁衍生息场所。培植的水生物可去除水体中的氮、磷等营养物质,有助于提高水环境质量,兼顾保护生物多样性。生态型空箱护岸结构见图4、图5。

  图4 生态护岸典型断面

  Fig.4Ecological revetment typical sections

  图5 生态护岸立面图

  Fig.5Ecological revetment elevation

  生态学提出利用数学模型来指导生态工程设计的思路,即在长期监测取得调查数据的基础上,建立起环境因子和生物因子的相互关系。通过评估生物因子相互关系,及其对环境因子的影响关系,来找出起关键作用的生物因子和能使生态系统实现一定程度自我恢复的规律,在此基础上进行生态工程设计。限于工程投资等因素,本项目并未开展生态方面的原型监测工作。

  为检验护岸工程加固方案实施效果,在护岸加固时,每个结构段顶部均设置了2个沉降位移观测点,进行持续的沉降位移监测。该段护岸于2011年枯水季进行加固处理,于2012年汛前完成改造。监测结果显示,已建护岸结构无明显沉降、位移现象;护岸墙前芦苇生长较为茂盛,墙前土体无淘刷迹象;狗牙根生长较为茂盛,墙后土体较为稳定;生态型空箱护岸内已有鱼虾穿梭。

  丹金船闸护岸通过在墙前设置支护木桩、墙身增加钢筋混凝土贴面、上部设置生态混凝土护坡等措施,保证了既有护岸结构的稳定性和耐久性。实现了资源节约、节能减排与经济效益的有效统一,同时维护了公众保护环境的权力,有助于项目顺利推进实施。该护岸的结构设计经验可为增建二线船闸类项目提供参考。

  生态护岸在建设时应建立完善的生态监测系统,进行长期的观测,以评估河流生态系统的恢复状况并指导工程设计。

  参考文献:

  [1]季春雷,王云静,王艳丽.对南运河治理工程引发的生态护岸问题的思考[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]周扬,徐亚同.生态护岸在城市河道生态修复中的应用[J].上海化工,2009(8):1-4.

  ZHOU Yang,XU Ya-tong.Application of ecological embankment in restoration of urban rivers[J].Shanghai Chemical Industry,2009 (8):1-4.

  [3]刘明辉,陶宇君.生态护坡在城市河道防护工程中的应用[J].江苏水利,2008(5):42-43.

生态护岸在丹金船闸护岸工程中的应用

  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]中交水运规划设计院有限公司.丹金溧漕河航道整治丹金船闸工程初步设计[R].北京:中交水运规划设计院有限公司,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,港口及航道护岸工程设计与施工规范[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

  中图分类号:U656.3

  文献标志码:B

  文章编号:2095-7874(2017)09-0058-04

  doi:10.7640/zggwjs201709012

  收稿日期:2017-02-05

  作者简介:宁武(1968—),男,广西玉林人,高级工程师,从事工程技术及企业管理工作。

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