护岸结构选型和设计分析

护岸结构选型和设计分析

王创江

陕西省土地工程建设集团陕西西安710075

摘要：根据地形、水文、地质等资料分析现状及存在的问题，结合结构和景观需求，分析常用护岸的优点和缺点，通过方案比选，左岸护坡材料选用格宾石笼护坡，右岸护坡材料选用混凝土栽植槽护岸。设计确定结构形式和尺寸，结果表明：结构满足在设计洪水位和施工期两种工况下临水侧堤坡的稳定性。

关键词：格宾石笼护坡混凝土栽植槽稳定性

中图分类号：TV871.1；文献标识码：A

河道部分河段有堤岸，原有堤岸防洪标准较低；两岸道路兼做堤岸，没有完善的防洪体系；河道两岸坡地杂草丛生，沿河高度2m～10m，天然状态下稳定性良好，现状河堤抗冲能力差，水土流失严重，生态环境差，存在安全隐患。根据水流作用、地质地貌、施工环境等因素，选定适宜本工程的护岸型式是保证堤防和防洪的重要保证措施。

1常用护岸形式选择

从防冲刷、亲水、生态、造价、美观等方面考虑，拟选用生态混凝土、格宾石笼、预制连锁块、植生型雷诺护垫、混凝土栽植槽五种护坡材料进行比较。

1.1生态混凝土护坡

生态混凝土是一种能将工程防护和生态修复很好的结合起来的新型护坡材料，性能介于普通混凝土和耕植土之间的新型材料[1]，具有一定的强度，质量相对较小，自重轻，形成一个个“蜂窝状”空隙，既有利于植被根系生长，又能为植被生长所必需的养分提供存储空间[2]。生态混凝土护岸具有抗冲能力强、施工速度快、生态效果好等优点。

2）格宾石笼护坡

格宾石笼护岸具有很好的柔韧性、透水性，对于不均匀沉降自我调整性能佳，耐久性强，操作简单、施工速度快，受气候影响较小，适用于机械化施工，大大缩短了工期。同时，因岸面多孔性，石材间有利于动植物生长，较好的实现了工程结构和生态环境的有机结合，但是格宾石笼对块石料需求量和强度要求高。

3）预制块联锁式护岸

预制块联锁式护岸由拼装和整体两部分组成，护坡厚度较薄，具有灵活性好、透水性好、生态效果好等优点，但是联锁式护岸施工工艺要求较高，易因堤身的不均匀沉降而开裂，一般适应于流速小于3m/s的河道，且产品的安装质量控制难度大。

4）植生型雷诺护垫

植生型雷诺护垫由雷诺护垫底座和加筋麦克垫盖板组成，整体性好，综合了纯刚性与纯柔性结构的特点，有较强的的河床变形适应能力，有效的解决了不均匀沉降问题，施工便利，还具备促淤特性，能更有效的抵抗水流作用和促进植被生长，稳固边坡。

5）混凝土栽植槽护岸

混凝土栽植槽护岸的核心材料为自嵌块。这种护坡型式是一种重力结构，主要依靠自嵌块块体的自重来抵抗动静荷载，使岸坡稳固；同时该种挡土墙无需砂浆砌筑，主要依靠带有后缘的自嵌块的锁定功能和自身重量来防止滑动倾覆。该类护岸孔隙间可以人工种植一些植物，增加其美感[3]。混凝土栽植槽是由栽植槽按护岸坡度拼装组成，具有柔性、灵活性较好、生态效果好、防洪能力强、造型多变、对地基要求低的优点，但泥土易被水流带走，造成墙后中空，影响结构的稳定，在水流过急时容易导致墙体垮塌[6]。

表1护坡方案比选Table1Comparisonofslopeprotectionschemes

通过比选，格宾石笼护坡，其上覆盖种植土，进行植草绿化，生态性良好、适用范围广、柔性变形等特点得到了越来越多的应用，用于代替浆砌石及混凝土成为河流护岸材料的首选[4]，混凝土栽植槽护岸防洪能力强、生态效果较好、且具有一定的美感。本次左岸护坡材料选用格宾石笼护坡，右岸护坡材料选用混凝土栽植槽护岸。

2护岸边坡设计

2.1护岸边坡确定

对河道进行地质勘探，河岸滩多为粉质壤土、砾砂土或砂卵砾石构成的土坎。考虑整体稳定，对局部不稳定的边坡进行修整。护坡坡比依据实际地形开挖（夯填）成稳定边坡，本次设计左护岸桩号LDC0+000.00至桩号LDC0+400.035m之间岸坡坡比为1:2；右岸护岸桩号RDC0+000.00至桩号RDC1+428.605m之间岸坡坡比均设计为1:3。

2.2护岸断面形式

河道左岸护脚采用C20埋石砼基础，宽0.8m，高1.5m，坡比为1:0.2。左侧护岸迎水坡岸坡比为1:2或1:3，采用2×1×0.3m的格宾石笼护坡，下方敷设300g/m2土工布反滤，上方用20cm营养土覆盖，然后进行植草绿化。格宾石笼砌护高度为30年一遇设计洪水位以上至少1.4m，岸顶布设现浇C20混凝土压顶，宽度0.6m，高度0.4m。

根据以上计算结果，考虑工程安全、重要性等因素，本次堤顶超高在设计过程分段取，在上游段堤顶超高最小以1.4m计，具体根据实际情况作出调整；下游段堤顶超高最小以1.2m计，具体根据实际情况作出调整。

2.3冲刷深度确定

根据项目所在区工程地质条件及现场踏勘、调研情况，河床大部分为河滩地，多为砂砾石覆盖层。考虑到该段堤防设计标准为30年一遇洪水，按照相应洪水流量对应的流速对护岸进行冲刷深度计算。护脚基础置于冲刷深度以下。

堤防基础埋深应满足抗冲刷和冻结深度要求。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）附录D中的公式D.2.2-1和D.2.2-2进行冲刷深度计算。计算公式如下：

（张瑞瑾公式）

式中：hs—局部冲刷深度（m）；

H0—冲刷处的水深（m）；

Uc—泥沙起动流速（m/s），对于粘性与砂质河床可采用张瑞瑾公式，其中d50为20mm，通过计算泥沙起动流速取1.1m/s；

γs、γ—为泥沙与水的容重（KN/m3）；

d50—为床沙的中值粒径（m）；

Ucp—近岸垂线平均流速（m/s）；

U—行近流速（m/s）；

n—与防堤岸坡在平面上的形状有关，n=1/4；

η—水流流速不均匀系数。

基础埋深应结合冲刷计算结果及现场调查、冻结深度等因素综合确定。计算结果见表

表3冲刷深度计算表Table3Scouringdepthcalculationtable

经上表可知该河段堤岸冲刷深度为0.84m；消力池出口冲刷深度为0.40m，消力池齿墙设计深度1.0m大于冲刷深度。

2.3基础设计

根据地质建议，堤防基础采用天然地基方案，在砌筑前对基础进行夯实处理。

为保证护岸坡脚基础安全，结合本工程堤防地质及运行情况，确定本工程设计护岸坡脚基础埋深不小于1.5m。通过以上措施，满足冲刷深度的要求。

河道护脚采用C20埋石混凝土基础，C20埋石混凝土基础高1.5m，宽0.8m；护坡基础主要支撑上侧护坡和防治下侧水流冲刷。C20埋石混凝土基础间距10m设一道伸缩缝，缝宽2cm，缝内填塞聚乙烯闭孔泡沫板。

3护岸稳定分析

（1）计算工况

工况一（正常情况）：设计洪水位时临水侧堤坡的稳定性；

工况二（非常情况I）：施工期临水侧堤坡的稳定性；

（2）计算参数

根据本次护岸设计，护岸高度最大为6.55m，护岸坡比1:2～1:3之间。护岸回填土内摩擦角为26.7°，凝聚力为24.4Kpa。

（3）计算方法

本次采用瑞典圆弧法进行坝坡稳定计算。

稳定分析计算结果表明，各种工况下护岸稳定安全系数能满足规范要求。

4结语

河道生态治理是生态建设的重要环节，生态护岸形式和材料的选取应结合当地特色，就地取材，因地制宜，合理规划。不仅从防洪和景观上考虑，要加入生物科学，生态学等运用，设计合理的生态型护岸，促进河流的可持续发展。

参考文献：

[1]欧阳丽,王从峰.植物相容型生态混凝土制作与性能试验[J].北京:科学出版社环境学与管理,2007（9）:149-150.

[2]宓永宁,梁雪坷,孔德辉.生态混凝土在生态护坡中国的应用[J].农业科技与装备,2009(4):69-71.

[3]汪洋,周明耀,赵瑞龙.城镇河道生态护坡技术的研究现状与展望[J].中国水土保持科学,2005(01):91-95.

[4]陈丙法,黄蔚,陈开宁,古小治.河道生态护岸的研究进展[J].环境工程,2018(3):74-77.

[5]沈建平,郑小平,崔俊涛.格宾网挡土墙(护坡)应用浅析[J].中国高新技术企业,2016(8):140-143.