五河分洪道直墙护砌方案的探讨

金 严 陈 闯 夏成亮 杨雅男

钢筋混凝土挡墙以自身良好的抗冲刷、耐久性、稳定性、易取材等优点，在传统的河道治理中应用广泛，但随着生态河道治理理念的推广，各种生态型护岸正在逐步替代钢筋混凝土挡墙。本文从五河分洪道直墙护砌方案的选定入手，提出了应用生态型护岸对传统混凝土直墙护岸的假设性改良方案的探讨，为类似河道治理工程的设计提供参考。

一、工程概况

五河分洪道是黄河故道宿迁境内重要的分洪河道之一, 位于洋河新区境内，河道总长16.92km，其中平地开河1.9km，自黄河故道桩号K60+500 处五河分洪闸，承泄黄河故道洪水入成子湖。五河平地开河段地势北高南低、西高东低，地面高程黄河老大堤以北24 ～20m，老大堤以南18 ～17m，现状河底高程13 ～9.5m。河道自身控制排涝面积69.27km²，其中平原坡水区面积41.42km²，圩区面积27.85km²；河道设计标准为10年一遇分洪时，五河分洪闸下泄涝水112m³/s，遭遇洪泽湖蒋坝水位13.50m；20年一遇分洪时，五河分洪闸下泄涝水113m³/s，遭遇洪泽湖蒋坝水位14.50m，自身防洪与分洪不叠加。钢筋混凝土挡墙位于五河分洪道平地开河段，黄河老大堤处（五河分洪道桩号K-0-680）设置跌水，跌水以上段直墙高度2.0m；跌水以下段直墙高度2.5m。此次从生态河道治理的角度出发，提出运用生态护岸对该段钢筋混凝土挡墙方案进行改良的探讨。

二、钢筋混凝土挡墙方案设计

1.河道设计方案

五河分洪道平地开河段上游衔接五河分洪闸，下游顺接五河现状河道，河底高程范围基本确定，加之河道堤顶高程相对较高，该段河道深度范围为5.5～8.5m，根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288-2018），应在河底以上3～5m 设置戗道，则河道断面型式基本确定为复式梯形断面。根据平面布置，从控制水位、不冲流速、工程占地、工程投资及相关规范等方面的要求，提出开明河不护砌、开明河+边坡护砌、开明河+直墙护砌及箱涵等四种方案，方案比选见图1。

方案一：开明河（不护砌）方案

采用复式梯形断面，使断面平均流速小于不冲流速，跌水（K-0-680）以上段底宽85m，跌水以下段底宽19m，河底纵比降1/2500，坡比1 ∶3，河底以上4m 设置3m 宽平台。从河道景观、河槽防冲等因素考虑，在跌水上设置溢流堰。

方案二：开明河+边坡护砌方案

为减少征地，在方案一的基础上，河道底宽缩小为15m，跌水以上段河底高程适当降低。由于断面平均流速大于不冲流速，需进行边坡护砌，护砌顶高程为20年一遇水位以上0.5m。

方案三：开明河+直墙护砌方案

为进一步减少征地，在方案二的基础上，跌水以上河道底宽缩小为12m，跌水以下河道底宽缩小为15m，边坡采用施工相对容易且经济的直墙护岸，跌水以上段直墙底高程为19.0m，高度2m；跌水以下段直墙设置于河底以上3m 处，高度2.5m。由于断面平均流速大于不冲流速，直墙以下段边坡及河底需进行护砌。

方案四：箱涵方案

为避免永久征地，采用箱涵方案，箱涵孔径为4 孔，每孔净宽5m，总净宽20m，河底比降1/2500。考虑箱涵位于地下，抗冲刷能力强，跌水上不设置溢流堰。

经比选，选定投资较节省、占地数量较少、水流条件相对较好、水面率相对较大的方案三，即开明河+直墙护砌方案（堰上底宽12m，跌水下底宽15m）。

2.钢筋混凝土直墙设计方案

根据河道设计方案，确定了河道护砌型式为坡式+直墙护岸。其中，跌水以上段（K-0-680～K-1-900）1.22km河道，直墙高度2.0m，跌水以下段（K-0-680～K0+000）0.68km 河道，直墙高度2.5m，平地开河段河道断面平均流速达1.35m/s，大于不冲流速，为防止河底冲刷，直墙以下边坡采用造价较低、水土保持效果较好的联锁块护砌，河底2m 范围内采用灌砌石护脚。

（1）挡墙选择

图1 河道设计方案比选图

由于五河分洪道的定位为黄河故道的分洪河道，保障分洪安全是设计的第一要义，其次考虑生态、环境等因素。根据《挡土墙设计实用手册》，挡土墙按承重方式分重力式挡土墙和轻型结构挡土墙，主要的轻型结构挡土墙包括悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙和孔格式挡土墙，考虑到扶壁式、孔格式挡墙一般适应于9m 以上建筑物，轻型结构挡土墙选用悬臂式挡墙参与比选。

重力式挡土墙自身体积和质量均较大，对地基要求较高，但自身稳定性较好，施工简便；悬臂式挡墙结构较轻、承载能力较大，但自身稳定性较差，需配置钢筋，施工相对重力式挡墙复杂。

由于重力式挡墙较悬臂式挡墙工程投资略高，同时平地开河段挡墙底板位于淤泥质粉质粘土层，地基基础较差，需进行基础处理，综合考虑，选用悬臂式挡墙。

（2）基础处理

根据地勘报告揭示的土质，五河分洪道跌水上段有约2km（两岸，下同）、跌水以下段有约1.2km 河道挡墙底板位于淤泥质粉质粘土层，为保障工程整体安全，需对该段地基基础进行处理。

此次选用水泥土换填和方桩复核基础进行比选分析：

方案一：水泥土换填方案。根据各段挡墙基础下淤泥质粉质粘土层厚度不同，分别进行水泥土换填情况计算，总计使用水泥土33613m³，投资约480 万元。

方案二：方桩复合基础方案。根据各段挡墙基础下淤泥质粉质粘土层厚度不同，分别进行方桩规格计算，总计使用方桩约1808m³,投资约360 万元。

总体而言，方桩复合基础投资较省，且质量控制较好，因此采用方桩复合基础方案。

3.钢筋混凝土直墙方案评价

该方案能够满足五河分洪道河道设计要求，具备良好的稳定性、抗冲刷性、耐久性，节约占地、节约投资等优点，直墙以下连锁块护坡的应用也具有一定的生态效果；但直墙护砌非分洪期呈裸露状态，视觉效果较为生硬，水生态、水景观性较差。该种方案的形成，除了工程投资限制及防洪需求定位等客观因素外，主要受限于传统河道治理思维模式的影响，更多的关注防洪功能，而忽略了河道治理的生态理念，造成了生态效益较差的结果。钢筋混凝土直墙方案典型图如图2所示。

三、生态护岸改良方案设计

造成钢筋混凝土直墙水景观效果较差的根本原因，是传统平面模板造成混凝土材料浇筑成型的单调性；直接原因是裸露挡墙的高度相对较大。

1.解决钢筋混凝土直墙造型单调性

（1）喷涂与石雕

图2 钢筋混凝土直墙护岸典型图

图3 生态护岸改良方案典型图

喷涂技术已发展成熟，在混凝土表面喷涂仿石漆，使混凝土视觉上呈砌石效果，此方法具有一定的观赏性，但造价相对较高，缺乏人文景观色彩。为此，可采取在部分段挡墙混凝土表面进行雕刻创作的方法，以体现地方文化特色，该方法人文景观较佳，但对雕刻工艺要求较高，操作不当将破坏钢筋保护层，造成钢筋锈蚀。

（2）外挂种植槽

在混凝土表面预留钢筋接头，二次浇筑种植槽，内部填充土壤，培植植物。该方法虽增加了施工难度，但对水生态环境及景观提升效果明显，为落水者自救提供了方便，同时为水生动物也提供了一定的栖息环境。

2.生态护岸改良方案

将原设计方案一级直墙高度降低1.0m，挡墙底板结构尺寸对应缩减。为弥补超高不足缺陷，设置二级挡墙，二级挡墙采用阶梯式护岸，阶梯护岸共设置三层，按照不陡于1 ∶0.3 边坡进行镶嵌。箱格尺寸为2.0m（长）×1.0m（宽）×0.5m（高），下部两层箱格内填筑块石，顶层箱格内填充种植土壤，栽种植物形成绿化带。为进一步优化景观效果，在一、二级挡墙间设置1.5m 宽步道，铺设透水砖，形成亲水平台。典型断面见图3。

四、结论

相较于传统的混凝土直墙方案，改良后的方案投资及占地虽略有增加，但混凝土表面过于单调的缺点有所改进；原一级挡墙高度的降低，在满足防洪需求的前提下，改善了视觉效果；二级生态护岸的应用，体现了生态河道的治理理念，配合布设的绿化带，有效实现了挡墙的“硬景软化”；人行步道的增设拉近了人水距离，增加了观赏性。综上，挡墙方案的改良，既保证了河道治理的安全性，又凸显了河道治理的生态性和水环境的优美，具有明显的社会、生态效益。改良方案的提出，延伸并拓展了钢筋混凝土挡墙应用的空间，具有一定的生态效果，可为类似河道治理工程的设计提供参考■