傳統(tǒng)的內河航道護岸工程,考慮到船行波沖刷、船舶碰撞等問題,結構型式多為剛性結構,主要采用漿砌或干砌塊石結構、現澆或預制混凝土結構、鋼筋混凝土結構或現在比較流行的土工模袋混凝土結構等。這些類型的護岸在防止水土流失方面作出了較大成績,但是,型式單一,生態(tài)性差,景觀效果不理想,資源耗費嚴重。針對這些突出問題,國內外專家探索了一些新的護岸結構型式。 1 國內新型護岸型式
江蘇、浙江、上海都是國內內河航運比較發(fā)達的省市,因而在護岸型式的探索上一直走在國內前列。
1.1江蘇省新型護岸型式
(1)京杭運河兩淮段生態(tài)護岸。江蘇在京杭運河兩淮段部分航道利用原本就生長茂盛的蘆葦進行了生態(tài)護岸試驗。航道疏浚拓寬后,在沿岸水邊線、淺水區(qū)蘆葦缺少或分布稀少的零星區(qū)域,進行培植移栽,以保護灘面、凈化水質,并適當栽植黃菖蒲等水生植物。易沖刷的凹岸低洼灘地,通過柳樹樁加土筑壩的措施形成防波子堤,在堤四周邊坡植柳,構筑周邊柳樹林帶、中間為濕洼地,形成自然風光帶。防洪大堤高差較大的邊坡采用空心磚護面,內部裸露的土壤植草,以便防止水土流失,加強護坡能力。這種型式的護岸在滿足運河航運功能的基礎上,因地制宜地營造生態(tài)景觀,既節(jié)省了投資,又達到了生態(tài)環(huán)保的效果。
(2)宿遷城區(qū)段生態(tài)護岸。宿遷城區(qū)段航道整治中,根據城區(qū)段河面相對較寬的有利條件,在低水位與常水位之間的灘面和水下邊坡上,種植2~5m的蘆葦帶,并鋪設塊石護面;在常水位以上采用塊石砌筑直立式低擋墻。當擋墻較高時,考慮兩棲動物的生存,采用臺階式布置。河岸側種植灌喬木,在寬闊地帶人造濕地,在池塘中種植水生植物凈化水質,通過人行道、景觀橋、親水平臺的景觀構筑物,構筑一條濱河景觀走廊。
(3)樁基斜坡式護岸。在泰州建口線南官河段西岸,做了總長100.8m的樁基斜坡式試驗段。該種護岸型式結構簡單,可通過工廠化進行預制樁板的生產,施工快速便捷,用料省占地少。施工不受水位高低的變動影響,施工期基本不影響船舶的正常通行。但其工程特性還需實踐檢驗。
1.2浙江省新型護岸型式
(1)透水性預制砼沉箱式護岸。結合浙北平原地區(qū)航道的實際情況,浙江選取透水性預制砼沉箱式護岸。
斷面型式,于2004年初在湖嘉申線湖州段航道建設工程安豐塘橋進行了1km試驗。透水性預制砼沉箱式護岸的主要特點是采用預制砼沉箱形成護岸墻體,箱內可填土綠化,強化護岸透水性,再造濕地環(huán)境,為動植物生長提供條件,擋墻迎水面設計鏤空花紋,既美觀又便于水中小生物的吸附,有利于小魚小蝦的生存,并基本實現工廠化制作和機械化施工,提高了施工質量和速度;引入椰絲毯用于航道邊坡防護,利用其透水、短期不腐蝕、長期可降解的特性,在保證岸坡透水性、抗沖刷的同時,為植物生長提供良好的環(huán)境,有利于水位變化段岸坡的植被覆蓋。但是地質條件不能太差,因為安放沉井時需保證不會產生不均勻沉降。
透水性預制砼沉箱式護岸,占地少、結構合理、工廠化制作j減少了石礦的開采量和礦產資源的消牦,實現了利用小型機械和半機械化施工的目的,提高了施工,效率和保證工程質量,在強調經濟性的同時,通過強化綠化,充分體現了江南水鄉(xiāng)的秀美,使航道護岸整體感官效果有很大改善。這種護岸結構型式充分體現了航道工程的生態(tài)建設理念,有效保持、改善了航道沿岸的生態(tài)環(huán)境,社會經濟和環(huán)境效益明顯,在平原河網的航道建設中有良好的推廣應用前景。
(2)混凝土劈離塊護岸。嘉興市為了保護不可再生的石料資源,更好地防止水土流夫,嘉興航區(qū)在國內率先將混凝土護面劈離塊技術運用到航道護岸建設中。作為一種新型建筑材料,混凝土劈離塊具有技術先進、質量可靠的優(yōu)點,其設計壽命可達75~lOOa,即使受損需要修復,鑿除破損處補以同樣的塊體,灌實混凝土等之后即可使護岸恢復原樣。更為重要的是,混凝土劈離塊可以利用電爐渣等工業(yè)廢料作為制作材料,既可就地取材降低生產成本,又可減少對環(huán)境的破壞和工業(yè)污染,對保護環(huán)境和不可再生的石料資源具有重要意義。另外,新型護面砌塊材料的表面采用了劈離工藝處理,使其呈現天然裝飾石料特有的效果。新型護岸既具保護河岸、防止水土流失的功能,又能保護生態(tài)、美化環(huán)境。同時,在護岸前增鋪塊石護腳和米字形消浪塊,既可起到減弱船行波和防沖刷的效果,也為水邊的生物提供了活動場所。
新型混凝土劈離塊護面技術解決了傳統(tǒng)的漿砌塊石結構存在的優(yōu)質塊石需求量大、工藝落后、施工效率低、質量難于控制、外觀單一、易損壞和維修困難等難題,具有施工簡單方便,質量容易控制;便于工廠化生產;成本較低,效益好;維修方便,使用壽命長;類似天然石料,景觀效果好等優(yōu)點。試驗段的工程質量優(yōu)良,外形美觀,立體感強,并具有古典式石質砌體的質感效果,成為南郊河工程的一大亮點。
(3)擋板式護岸。嘉興市通過對護岸斷面的優(yōu)化研究,提出了擋板式護岸型式。這種擋板式護岸的主要特點是擋板面水,且深入土中,可防船行波沖刷,避免了岸坡塌方;抗滑性能好,擋板和帶齒底板能較好地抵抗滑移;抗傾性能好,結構重心在岸側,有利于抗傾覆變形;開挖土方少,同時可在不斷航情況下利用開挖土方筑低圍堰,然后用深溝鍬施工,使擋板埋深至最低沖刷線以下,確保護岸的使用壽命和防護效果。采用漿砌塊石直立墻形式,自身比較穩(wěn)定,既能經受船只的撞擊,又可避免斜坡式護岸因下部填土沖刷淘空而坍塌;由于底板上抬,減少了擋土墻斷面,節(jié)省了材料,結構簡單,施工簡便快速,成本低;質量可靠,工程壽命長,也容易維修,減少了疏浚工作。對于水位變化幅度小的內河航道非常適用。從現有工程的狀況看,在中等或中等以上土質和結構高度不高條件下,擋板式護岸結構是安全的,有條件推廣應用。
(4)預制砼連鎖塊鋪面型式護岸。浙江首次從國外引進并采用了預制砼連鎖塊鋪面型式(ARTILOC),用于原始地面較高的地段。預制砼連鎖塊鋪面系統(tǒng)能方便快速安裝,鋪設在土工布上。每一個塊體都有6塊塊體相互咬合,從而使整個鋪面形成一個整體。作為防止土壤沖刷的有效措施,它具有穩(wěn)定性好、持久耐用、可植草改善生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點。
1.3上海新型護岸型式
上海目前正針對多個試點開展生態(tài)型或景觀型護岸研究。綠化混凝土植被護岸是上海內河航道護岸中的一種新型護岸。混凝土植被護岸滿足結構要求,滿足生物多樣性的需求,增強水體自凈能力,保障水體與土壤的滲透交換,綠化混凝土造價與普通混凝土基本相同,是一種較為經濟合理的生態(tài)型護岸。
2 國外新型護岸型式
2.1美國德克薩斯州科伯斯克里斯提航道混凝土連鎖護面塊結構
在美國德克薩斯州科伯斯克里斯提航道,由于船行波淘刷嚴重,導致岸坡不斷崩塌,過去20a采用了各種護岸技術效果都不理想,最后選用了混凝土連鎖護面塊結構。混凝土連鎖護面塊一般用于岸坡的防護,尤其是多用于水位變動的區(qū)域,如岸坡內側馬道附近:所謂連鎖塊,即由預制的塊體并排嵌套契合而組成,塊與塊之間相互搭接,與干砌塊石相近。單塊的體積、重量都較小,以便手工操作,能夠適應岸坡的變形,而且塊體與塊體之間可以種植植物,保護生態(tài)環(huán)境的意識十分之強。
2.2布雷克諾克郡和蒙默思郡運河上的椰子纖維卷護岸技術
在南威爾士的布雷克諾克郡和蒙默思郡運河200m的岸線上,為了阻止運河岸坡的侵蝕,并創(chuàng)建一道自然的水邊風景帶,環(huán)境友好型的椰子纖維卷護岸技術得到了采用。這種椰子纖維卷是用椰子的外皮制成的,并且在里面種上生命力很強的當地植物,然后用劍麻把椰子纖維卷系緊在栗子樹木樁上,離開正在流失的岸邊一段距離,最后在椰子纖維卷和馬道之間填上從該段運河中挖出的淤泥,形成了一道新的河岸。接著要在淤泥里種上當地的植物,一旦新的河岸形成后,運河邊上的馬道就要拓寬并用好的石頭重新鋪面。這種護岸技術具有很好的生態(tài)效益,可以為運河的各種野生動植物提供棲息地:另外,除了偶爾的補種以外,這種護岸基本不需要進行維護,而且椰子纖維卷和栗子樹木樁最后都會降解掉。
在英國最繁忙的蘭戈倫運河航道上,也采用過椰子纖維卷的護岸技術。
2.3越南廣義省的香根草護岸
越南的廣義省是一個濱海城市,當地的年降雨量相當之大,運河岸坡侵蝕現象相當嚴重。當地曾經采用剛性護岸結構,不成功,因為岸坡屬于沙性土而且水流流速太大。最后通過實驗測試了香根草護岸的可能性。通過2a時間在9個試驗點的實驗證明,香根草完全適合當地的水流情況。香根草護岸技術與混凝土護岸技術相比的一個最大的優(yōu)點就是可以大幅度的節(jié)省工程造價并且減少護岸的長期維護。
3 內河航道護岸型式發(fā)展趨勢
3.1基于生態(tài)理念的新型護岸應運而生
在設計理念上,以往的內河航道護岸工程,主要考慮河道防沖刷、抗碰撞等性能要求,結構型式多為剛性結構,而很少去考慮河道與周邊歷史環(huán)境、社會環(huán)境、生態(tài)環(huán)境及人文環(huán)境的統(tǒng)一。所以出現有些治理后的河道與周圍的環(huán)境不相協調,河道的環(huán)境條件模式化,生物種類單一化,并帶來相當嚴重的環(huán)境問題。
近年來,國內外對航道整治護岸型式提出了新理念。歐美國家提出了“自然設計方法”,提出了全新的“親近自然河流”概念和“自然型護岸”技術,日韓等國提出“與自然親近的治河工程”等理念。所謂“自然型護岸”技術,就是放棄單純的鋼筋混凝土結構,改用無混凝土護岸或鋼筋混凝土外覆土植被的非可視性護岸。德國的萊茵河,現在正進行著河流回歸自然的改造,將水泥堤岸改為生態(tài)河堤,重新恢復河流兩岸儲水濕潤帶。世界各國一些示范性工程正在建設,一些河流生態(tài)工程咨詢與技術開發(fā)公司也應運而生。
生態(tài)型護岸在國外已有較廣泛的應用。隨著國民經濟的不斷發(fā)展,人們環(huán)保意識的不斷提高,我國已開始越來越注重生態(tài)型護岸的建設。交通部把新型護岸型式的研究列入“十一五”示范工程項目。
根據護岸所采用材料的不同,將生態(tài)護岸分為以下3種型式:自然原型護岸、自然型護岸以及多自然型護岸。自然原型護岸指只采用種植植被保護河岸、保持自然堤岸特性的護岸。主要采用喬灌混交,發(fā)揮喬木與灌木的自身生長特性,充分利用高低錯落的空間和光照條件,以達到最佳郁閉效果;同時利用植物舒展而發(fā)達的根系穩(wěn)固堤岸,增強其抵抗洪水、保護河堤的能力。自然型護岸不僅種植植被,還采用石材、木材等天然材料,以增強堤岸的抗沖刷能力。如在日常水位線以下采用石籠、木樁或干砌塊石,其上筑一定坡度的土堤,斜坡上喬灌草相結合,固堤護岸。主要型式有大型護坡軟件排和干砌塊石或打木樁等。多自然型護岸是在自然型護岸的基礎上采用混凝土、鋼筋混凝上等材料加強抗沖能力的一種新型生態(tài)護岸型式,多自然型護岸較之自然原型護岸和自然型護岸具有更強的抗水流沖刷能力,能抵御更大速度的水流沖刷。同時也具備其它生態(tài)護岸所共有的生態(tài)效應、景觀效應和自凈效應。因此,它是目前使用最為廣泛的一種生態(tài)護岸型式。主要型式包括纖維織物袋裝土護岸、面坡箱狀石籠護岸法、高效三維網液壓噴播植草法、骨架內植草法、植被型生態(tài)混凝土法以及土壤固化劑法等;
3.2基于全壽命周期的經濟合理型護岸工程
浙江省在開展湖嘉申線湖州段內河航道治理精品示范工程項目過程中,提出了護岸工程全壽命周期成本的慨念,即從設計開始,就要結合工程投資、使用壽命、產生效益方面綜合論證,使投資效益實現真正意義上的最大化。護岸建設工程必須堅持建設、養(yǎng)護中的全壽命周期成本理念,適當加大先期投入,減少后期養(yǎng)護費用,延長使用壽命。
以往的很多護岸建設工程在進行護岸結構型式的選擇時,往往只考慮到盡量減少工程的一次性投資,面忽略了護岸建成以后的養(yǎng)護管理費用的投入以及護岸的使用壽命等,結果導致有些護岸工程建成不久就每年都要投入大量人力、物力進行修復維護,甚至發(fā)展到后來無法進行修復而只能重新建造新的護岸。
3.3基于資源節(jié)約型的護岸工程
護岸工程的建設需要占用大量的土地及材料資源,所以在進行護岸結構型式的選擇時,資源節(jié)約型的護岸結構型式已經成為了發(fā)展趨勢。為了減少土地資源的占用,盡量減小城鎮(zhèn)拆遷和對沿線廠礦企業(yè)的影響,護岸結構在城鎮(zhèn)段一般都是選擇直立式或半直立式的斷面。
在材料方面,為了減少傳統(tǒng)護岸型式對石料的大量需求,正在積極探索新型材料來替代塊石,如浙江省嘉于硤線南郊河航道上的混凝土劈離塊護面,就是將電爐渣、細石、碎石砂、水泥等材料按一定比例攪拌、振動、加壓和劈離以后得到的新型材料,混凝土劈離塊利用電爐渣等工業(yè)廢料作為制作材料,既可就地取材降低生產成本,又可減少對環(huán)境的破壞和工業(yè)污染,對保護環(huán)境和不可再生的石料資源具有重要意義。
3.4護岸結構的優(yōu)化
在內河航道改造工程中,護岸工程一般占整個工程總概算的40%左右(與跨航道橋梁工程量等有關),因此在內河航道改造工程設計中,交通主管部門和業(yè)主對護岸結構優(yōu)化的要求強烈。對護岸斷面進行優(yōu)化以盡可能的減少工程造價也是內河航道護岸結構型式的一大發(fā)展趨勢。
針對內河航道重力式護岸結構,浙江省交通規(guī)劃設計研究院開展了護岸結構型式的優(yōu)化研究,其優(yōu)化措施主要包括:加大底板前趾、后踵懸臂長度;減薄底板厚度;加深前趾深度;改進倒濾棱體;增設擺石等。通過這些措施,使護岸結構得到了優(yōu)化,降低了工程造價,也方便了施工,質量也容易控制。