重力式互锁型生态砌块挡墙施工技术在河道护岸工程中的应用

重力式互锁型生态砌块挡墙施工技术在河道护岸工程中的应用

陈,曼

（中化学生态水利建设有限公司，湖南 长沙，410007）

摘要：近年来，随着国家对生态环境保护的重视，用生态工程学的理论，探索河道生态治理与恢复的机理，利用水陆两栖植物与土木工程相结合，增强河道自净能力，产生舒适的自然景观效果。生态砌块挡土墙正是其中一种新型的施工技术，它集防洪效应、生态效应、景观效应和自净效应于一体，是护岸工程建设的重大进步，也将成为今后护岸工程建设形式的主流。本文以湖南省鹤城区鸬鹚江二期治理工程为背景，通过加大砌块结构增强自重和互锁型结构特殊设计，结合施工方法的有效控制，从而提高施工过程中的机械化程度，节约工程材料，保证施工工期，美化河道景观，取得良好的生态应用效果。

关键词：水利工程 施工技术 生态砌块

引言

目前，中小型河流综合治理应着眼于通过流域的综合整治与管理，兼顾河流功能开发、资源利用和生态环境等各方面，而这其中的河道护岸工程是中小河流综合整治的关键环节，对河流进行全方位、全功能、全流域的综合开发，使中小型河流的资源、环境和生态功能都得到充分发挥，使全流域生态的安全性、舒适性、生物多样性都不断改善，促进人与自然的和谐共存，支持流域实现可持续发展。相对于传统护岸工程而言，生态护岸旨在创造良好的生物生存环境，以及绿色的自然景观，满足水利和行洪需要的同时也为水域和陆地之间相互涵养的过渡地带，建造生态护岸是鸬鹚江全流域河道治理的最优选择。

一、项目基本情况

湖南省鹤城区鸬鹚江二期治理工程位于怀化市鹤城区境内，流域地处亚热带润湿性气候区，气候温和，四季分明，光照充足，雨量充沛。年平均气温16.4℃，极端最高气温35.8℃，极端最低气温-2.9℃。多年平均风速1.9m/s，最大风速17m/s，多年平均日照时数为1392h。流域内多年平均降雨量1425mm，70%的降雨集中在4~7月。多年平均蒸发量1343mm。工程区土质岸坡上部为粉质粘土，下部为砂卵砾石层，阶地后缘地形较平坦，高差小于5m，所涉及的区域为乡村，设计采用乡村防护等级为Ⅳ级，其洪水标准采用10年一遇，主要结构物为生态砌块挡土墙，挡墙全长3853米，平均为5个台阶层，设计用量约20000块砌块。断面墙底高程231.70米，墙顶高程234.05米，墙高2.25米，墙身混凝土压顶宽0.6米，厚度20cm,基础宽1米，基础深0.8米，混凝土设计标号C20,开挖坡比1:0.5。挡土墙典型断面图如下：

根据设计和施工规范要求，混凝土基础按每10米设置分缝，缝宽2cm,沥青杉木板填充。计划施工工期8个月。

二、存在的主要问题分析

2.1堤基地层承载能力不足

工程区地表水层为松散堆积层孔隙水，广泛分布于鸬鹚江及其支流两岸阶地粉质粘土层、砂卵砾石层中，水量中等，一般为空隙潜水，埋藏浅，一般1～4m，局部地段埋深达6m以上，必然会造成施工中地基承载力不足问题，而生态挡墙砌块需要的基础承载力要求达到100KPA以上，如果未达到设计的地基要求，容易发生不均匀沉降，因此必须选定适合的基础形式和施工方法。

2.2堤身整体稳定性不强

工程区岸坡治理段中的土质边坡，多为冲积堆积的Ⅰ级阶地前缘，高出河水面1.5～3.0m不等，其岩性为粉质粘土，其抗冲刷能力差，受洪水冲刷岸坡崩塌较严重，岸坡基岩为砂质泥岩或泥岩，抗风化能力差，被洪水浸泡易崩解软化，容易导致岸坡坍塌。因此宜采用结构自稳性好的重力式生态砌块挡墙，且要求抗冲刷能力强，避免墙后土体冲走导致墙体倾倒。

2.3机械化程度不高，施工较率低

传统护岸施工在很多情况下只是用到挖机开挖、回填和自卸车辆转运部分材料，因此常规条件下采用的刚性挡土墙，在施工过程中有施工较为繁琐，劳动强度大，施工工期长，机械化程度低等问题。本工程施工过程经优化后，可实现吊装、运输和安放流水式作业，用到的劳动作业人员少，全流程大部分是机械作业，施工效率高，从而加快施工进度。

2.4生态多样化效果不佳

传统护岸实施中过多地采用混凝土和块石等硬质材料，使自然水体形态的渠道化或水池化和水岸的混凝土化，不可避免破坏了河流的生态系统。因此在本次施工过程中，应对本土的原生动植物不造成干扰和负面影响，对原有的栖息地环境尽量不造成破坏，确保护岸实施完成后，可以被本土生物接受，还要在未来有条件的中小河流修复工程中应当尽量使用生态材料，文明施工，尽力营造生态多样化。

三、工艺原理和工法特点

（一）工艺原理

本次河道护岸重力式互锁型生态砌块挡土墙施工中，选用改进创新后的生态砌块交错式叠放施工，借鉴混凝土空箱设计，加大生态砌块植生孔结构尺寸，可根据项目情况填充合适的耕植土、碎石或混凝土。预制砌块本体自重不低于250公斤，规格1000*600*330，利用1000*800的C20砼基础、增强砌块个体、互锁结构和分层分块施工方法增强护岸整体的抗不均匀沉降、抗冲刷和抗扰动功能。

图3-1 生态砌块施工结构示意图

生态砌块在空间上的互锁，是通过相邻砌块间横向榫卯结构嵌结和纵向植入Ф20钢筋锚固灌浆实现，并且在混凝土基础上钻孔植筋穿过底层砌块的锚固孔锚固进第2层砌块锚固孔，后续相邻上下层砌块通过锚固孔上下插筋灌混凝土锚固，顶层砌块将钢筋锚入压顶，将挡土墙结构与基础、压顶整体连接。为增强抵抗墙后背土体稳定性，在基础的迎水面侧设置混凝土护脚（二次混凝土）加固底层砌块，增强挡土墙抗主动土压力能力，同时也加大常水位下抗水流冲刷能力。

1-压顶；2-土工布；3-碎石；4-回填土；5-锚固钢筋；6-生态砌块；7-草本植物；

8-混凝土护脚（二次混凝土）；9-砼基础

图3-2 河道护岸重力式互锁型生态砌块挡土墙结构示意图

生态砌块挡土墙砌筑时采用分层砌筑，及时回填施工方式，并根据锚固孔或排水孔位置设计制作吊钩便于砌块的吊运，并在另一端系上吊带配合机械吊装施工，同时生态砌块设计有叉运槽方便使用叉车装卸。挡土墙各层在砌筑稳定后及时填充耕植土，逐层进行墙后回填，再向砌块植生孔播种草本植物，形成河道生态景观效果。

图3-3 生态砌块吊运施工示意

（二）工法特点

3.2.1整体稳定性强

单个生态砌块自重250公斤，砼基础层座落在河床砂卵石层上，面上各层纵向相邻砌块通过榫卯结构嵌结，相邻上下层砌块通过加大后的锚固孔植筋并灌筑细石混凝土相互锁结，并与挡墙基础和压顶植筋锚固一体连接，相比传统生态砌块挡土墙，大大增强了挡土墙结构抗被动区土压力能力和整体稳定性。

3.2施工效率高

利用砌块预制的叉运槽孔与叉车叉齿宽度相适应，以及自制的砌块专用吊钩与随车吊、挖机配合装卸吊装，运输采用履带式田园运输车，一般的涉水农田及护岸薄弱地层经简单粗平后均可施工，相比传统施工方式，砌块装卸施工简便，大大提高了现场砌块安装施工效率。

3.3生态效能好

对常规重力式互锁型生态砌块进行改进创新，通过加大植生孔尺寸，形成类似混凝土空箱结构，可根据项目实际选择填充栽植土和水生陆生植物，相比传统生态砌块挡土墙和混凝土挡墙，减少了挡土墙混凝土用量，堆叠方式及互锁结构满足多种河道护岸挡土墙的施工要求的同时，提高了挡墙生态效能。

四、工艺流程及操作要点

4.1工艺流程

本工法施工工艺操作流程：施工准备→基础施工→土工布铺设→首层砌块安装→首层植生孔填充→首层碎石填筑→护脚施工→上一层砌块安装→上一层植生孔填充→上一层碎石填筑→压顶施工。

4.2操作要点

4.2.1施工准备

1 根据施工总组织设计，按照生态砌块的结构特性和施工作业面的总体部署，严格按生态砌块操作规程要求进行施工。由现场技术人员组织现场管理人员和技术工人进行技术交底，明确不同岗位的职责和施工要求以及质量控制措施。

2 提前准备施工过程所需的水泥、无纺土工布、级配碎石、生态砌块等材料，并由现场生产部门根据现场施工计划制定材料计划单，确保材料供应满足现场施工需求。材料进场验收时，应具有产品出厂合格证书，检测报告，并在材料进场后复试并进行抽样送检，确保使用材料均为合格产品。

3 根据工程量大小计划一线作业人员人数，确保满足现场施工需求，作业人员要求具有生态预制砖等类似施工工艺的施工经验，保证施工质量。

4 施工过程中所用机具的数量准备充分，包括履带式田园运输车、挖机、电钻、吊带等，需要用电的机具确保供电线路计划完善，所有施工机具在动用前均先试用，以确保机具功能正常。

5 生态砌块预制要求：材料密度2300kg/m³;单块体积0.2m³；单块质量250kg，强度不低于MU15/F250，吸水率不超过6％。

4.2.2基础施工

1、基础开挖

进行护岸基础开挖时，要采用人工对基底清理整平，局部承载力不达标时，须深挖到沙卵地层并用适当的材料分层回填压实到底部高程，使表面平整，承载力须符合设计要求。基础在开挖前根据现场情况施作临时土袋围堰，针对沙卵地层的渗水量大情况须采用适合的降排水措施。

2、基础支模浇筑

在平整过后的基底面上根据护岸基础设计位置和结构尺寸安装模板，模板加固后浇筑混凝土。护岸基础宽1000mm，高800mm，基础浇筑完毕后，基础表面需收光。

3、基础墙后回填

墙后填土采用分层回填、分层夯实的施工工艺，回填材料应控制在最佳含水率±2％以内，每层虚铺厚度为200mm~300mm，压实采用小型蛙夯机反复夯实，压实参数根据试验测得，最终压实度应大于85%。回填至距基础顶面100mm时暂停回填,铺设无纺土工布。

4.2.3土工布铺设

将土工布运至坡顶，再从坡顶处开始向下铺设。随铺随在坡顶用沙袋或石块压住防止滑动，搭接30cm并用电动缝纫机缝制。铺设完成后，进行表观检查，对土工布破损处进行修补。

4.2.4首层砌块吊装

1 吊钩制作

吊钩采用现场钢筋弯曲制作，先将钢筋对折弯曲，再将直段部分向同一方向弯曲90°，并在90°角处加焊一段弯曲钢筋进行弯曲段保护，防止吊运过程中从弯曲处变形、断裂。

2 首层砌块安装

砌块采用利用挖机使用专用特制吊钩，分批吊运至护岸基础上，按设计要求在砼基础背水侧安装。在基础上砌筑首层生态砌块前必须对基础顶面进行清扫，保证首层砌块基础平整度并与基础顶面完整砌合，必要时可用砂浆找平。砌筑时相邻砌块横向间通过榫卯结构嵌结牢固，竖向用锚固钢筋及细石混凝土加固，锚固孔灌注饱满度应不低于90%。每个节段(10m）挡墙首层砌块铺设完成后，均需要对砌体做纵向平直度和平面水平度检查。吊装作业过程中必须由专人指挥。

4.2.5首层植生孔填充

首层砌块安装固定后，根据项目设计要求向植生孔中填充耕植土、碎石，土层厚度约为砌块高度的80%。播撒花、草籽时，应将种子均匀地撒播在砌块生态孔的回填土上，并浇透水，促进种子萌发。

4.2.6首层碎石填筑

墙后反滤碎石作为排水骨料，在填筑前应对碎石粒径及级配进行试验检测。待首层锚固孔内混凝土凝固达到一定强度后，开始回填首层砌块墙身后碎石，填筑时采用挖机+人工配合，碎石倾倒的高度不宜过高，填筑速度不宜过快，减小对砌块的压力。

4.2.7护脚施工

按设计要求，在首层生态砌块安装完成，对砌块的迎水面一侧进行二次混凝土加固，对护脚处基础混凝土表面进行凿毛处理，然后沿着基础边缘，在护岸基础上支模，浇筑护脚C20混凝土。护脚混凝土宽度400mm，高度300mm。

1-土工布；2-回填土；3-生态砌块；4-锚固钢筋；5-砼护脚；6-砼基础；7-碎石

图3.2.7 护脚施工结构示意图

4.2.8上一层砌块吊装

上一层砌块安装时，按设计坡度向墙后移动10-15cm距离，在迎水面形成阶梯。在横向上错位交错叠加，相邻砌块通过榫卯结构嵌结。竖向上将已铺筑的生态砌块锚固孔内外露的钢筋锚入下一层砌块的锚固孔内，顶层砌块锚固孔内外露钢筋长度不应超过混凝土压顶厚度。同时河道生态挡土墙外弧段、内弧段、转角处和下河踏步堆码应符合施工方案要求。施工时，下一层砌块先填砌块1/3高度的细石砼，然后放置钢筋，钢筋略向墙背方向倾斜，倾斜角度约为10°，然后填砼至上一层砌块1/3高度，填砼过程中应用细棒适当搅动填入锚固孔的细石砼，使填入锚固孔内的细石砼均匀分布、减少砂眼。

1-凸榫；2-排水孔；3-叉运槽；4-植生孔；5-排水槽；6-榫槽；7-生态面；8-锚固孔；9-锚固筋

图3.2.8 下一层砌块安装施工示意图

4.2.9上一层植生孔填充

利用砌块间露出的植生孔空隙填充耕植土，并播种草本植物。土层厚度约为砌块高度的80%。播撒花种、草籽时，应将种子均匀地撒播在砌块生态孔的回填土上，并浇透水，促进种子萌发。

4.2.10上一层碎石填筑

待上层锚固孔内混凝土凝固达到一定强度后开始回填上层砌块后碎石，填筑时采用挖机+人工配合，碎石倾倒的高度不宜过高，填筑速度不宜过快，减少对砌块的侧向力。然后依次循环上升，安装砌块后回填墙后碎石，逐层安装后逐层填筑。

4.2.11压顶施工

采用现浇施工压顶混凝土，注意将两侧模限位钢筋插打在经压实的密实填土上，采用木模板作为侧模时，限位钢筋间距不大于60cm。由于混凝土结构尺寸较小，支设较长模板后一次浇筑混凝土,混凝土浇筑时布料应少量多次、采用人工扒料方式施工，布料随振捣进度徐徐前进，避免一次布料过多造成施工不便。

五、质量检验与保证措施

施工过程中遵照执行国家和行业的相关的规范、规程和标准。

六、效益分析

6.1经济效益

采用重力式互锁型生态砌块施工河道护岸挡土墙，依靠砌块的交错式叠放实现空间互锁，并利用砌块锚固孔植筋灌浆锚固整体连接，相比传统刚性挡土墙，避免了大量安拆模板和混凝土浇筑施工，操作简便，节省项目施工成本约20.7%，相比传统生态挡墙，利用自重和整体连接，提高了工程质量和使用寿命，节省了工程维护成本达到28.6%，具体经济效益分析如下：

表6.1 经济效益分析表（以长30m，高2.25m，宽0.6m的挡土墙工程量计算）

6.2社会环保效益

河道护岸工程采用重力式互锁型生态砌块施工，利用自重及各层砌块锚固锁结，比普通生态挡墙结构更加牢固，且施工相对便捷。同时内部的植生孔能够有效减小结构重量，减少挡墙对地基承载力的要求；砌体植生孔与墙后填充的级配碎石使挡墙具有一定的锁水纳洪功能，形成海绵河道，对涵养水源具有积极意义；水面以下的生态砌块植生孔则可为水生动物提供栖息场所，有利于生态保护；墙体可在各层砌块空心部位填充耕植土，播种草本植物，极具景观效果，适应装配式化施工发展趋势，提高现场机械化施工效率，塑造优质企业形象，具有良好的推广应用价值。

七、结语

本文根据湖南省鹤城区鸬鹚江二期治理工程的生态挡土墙施工过程，阐述采用生态砌块挡墙施工技术的特点和优势，部分应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，以及结构与功能协调原则，是对探索河道生态治理与恢复的机理一次尝试和创新，为其它的中小河流护岸生态治理工程提供借鉴作用。

参考文献

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